DE2919118C3

DE2919118C3 - Meßfühler zum transkutanen Messen der Blutsauerstoffkonzentration

Info

Publication number: DE2919118C3
Application number: DE19792919118
Authority: DE
Inventors: Isao Osaka Isshiki; Kikuo Nomura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1978-05-12
Filing date: 1979-05-11
Publication date: 1983-12-15
Also published as: FR2430218B1; GB2020819B; DE2919118A1; GB2020819A; JPS54175388U; JPS5613933Y2; FR2430218A1; DE2919118B2; SE7904172L; SE439068B

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßfühler zurr. Messen der transkutanen Biutsauerstoffkonzentration mit einer Elektrodenanordnung, die eine Kathode und eine die Kathode umgebende und von dieser durch einen Isolator beabstandete Anode aufweist, mit einer Elektrodenmembran, die derart angeordnet ist, daß ein Elektrolyt zwischen der Elektrodenmembran und dem Endabschnitt der Elektrodenanordnung gehalten ist, und mit einer Heizeinrichtung, die die Außenseite des Elektrodenteils umgibt und in der Mitte mit einer Öffnung zur Freigabe der Elektrodenmembran ausgebildet ist.

Für die Atmungskontrolle eines Babys oder eines schwererkrankten Patienten, der eine künstliche Beatmung benötigt, ist es von Bedeutung, die Konzentration oder den Partialdruck des Sauerstoffs im Blut festzustellen, insbesondere im arteriellen Blut Bei einem herkömmlichen Verfahren zur transkutanen Sauerstoff messung, bei dem keine direkte Sauerstoffmessung mit Entnahme von arteriellem Blut erfolgt, wird der durch das subkutane Gewebe diffundierte Sauerstoff von dem Blut auf der Haut aufgenommen, so daß der Sauerstoffwert fortwährend gemessen wird. Die Anordnung eines bei diesem herkömmlichen Verfahren verwandten Fühlers ist in Fig. { dargestellt Der Fühler umfaßt eine zylinderförmige Kathode 1 aus Gold oder Platin, eine zylinderförmige Silberanode 3,'weHie durch

ίο einen Isolator 2 von der Kathode beanstandet ist und eine Elektrodenhalterung 4, weiche die Anordnung aus der Kathode 1 und der Anode 3 hält Eine Elektrodenmembran 5 ist derart angeordnet, daß sie die Elektroden 1 und 3 überdeckt Ein zylinderförmiger Elektroden membran-Halter 6 stützt den Umfangsabschnitt der Elektrodenmembran 5 fest ab. Eine Abdichtung 7 ist zwischen dem Elektrodenmembran-Halter 6 und der Elektrodenhalterung 4 angeordnet und ein Elektrolyt 8 befindet sich in der Form einer dünnen Schicht zwischen der Elektrodenmembran 5 und dem Ende der Elektrodenanordnung. Schließlich ist ein Heizabschnitt 10 aus Aluminium oder Kupfer mit großer Wärmeleitfähigkeit der eine Heizeinrichtung 9 aufweist, relativ zu den Elektroden angeordnet

25- Die Elektrodenmembran 5 besteht aus eine hydrophoben und sauerstoffdurchlässigen Kunststoff bzw. Kunstharz. Der Elektrolyt 8 enthält im wesentlichen KCL Wenn der so ausgebildete Fühler auf der Haut einer zu untersuchenden Person angeordnet wird, wird das Gewebe durch d«i durch die Heizeinrichtung geheizten Heizabschnitt erwärmt und als Ergebnis hiervon wird die Haut aktiv hyperämisiert, d. h. das Kapillarblut wird durch verstärkte Durchblutung »arterialisiert«. Somit diffundiert der in dem subkutanen Gewebe vorhandene Sauerstoff von der Hautoberfläche, wobei er durch die Elektrodenmembran 5 hindurchgeht Ferner diffundiert der Sauerstoff in den Elektrolyten 8 und erreicht die Kathode 1. Wenn in diesem Fall eine niedere Spannung, wie z. B. ein Gleichspannungspotential von 0,5—03 V, zwischen der Anode und der Kathode angelegt wird, erfolgt eine Sauerstoffreduktionsreaktion an der Kathode 1, während eine Silberoxidationsreaktion an der Anode 3 stattfindet Daraus ergibt sich ein elektrolyti-

« scher Strom zwischen der Anode und der Kathode, und die Größe des Stroms ist proportional zur Anzahl der Sauerstoffmoleküle, welche durch die Membran hindurchgehen. Die Messung dieses Stroms zeigt ungefäte die Konzentration, des Sauerstoffs in dem subkutanen

Gewebe an und mithin in dem Arterienblut

Jedoch weist die Ausgestaltung des zuvor beschriebenen herkömmlichen Fühlers verschiedene Nachteile auf. Wie sich aus F i g. 1 ergibt, weist der Heizabschnitt 10 eine öffnung 11 auf, welche die Elektrodenmembran

freigibt jedoch ist die Öffnung 11 relativ groß. Wenn der Fühler mit der Hautoberfläche in Berührung gebracht wird, bewegt sich die Hautoberfläche in die öffnung 11 und drückt gegen die Elektrodenmembran 5. Als Ergebnis hiervon wird die Dicke der Schicht des Elektrolyten 8 verändert. Infolgedessen ist es schwierig, die Messung auf beständige Weise durchzuführen.

Ferner weist bei dem herkömmlichen Fühler die Umfangskante der öffnung 11 zum Freigeben der Elektrodenmembran einen wesentlichen Abstand von der Kathode 1 auf. Infolgedessen ist die Temperatur der der Kathode 1 gegenüberliegenden Haut wesentlich kleiner als die Temperatur der Haut, die sich in direkter Berührung mit dem Heizabschnitt 10 befindet. Das

heißt, die Hautoberfläche ist nicht gleichförmig erwärmt.-Somit ist es schwierig, eine stabile bzw. beständige Messung des Arterienblutes durchzuführen.

In der DE-OS 2640 987 ist ein Meßfühler zum transkutanen Messen der Blutsauerstoffkonzentration beschrieben und dargestellt, der ähnlich wie der vorhergehend beschriebene ausgebildet ist, bei dem sich jedoch das Heizelement über die Membran erstreckt, wobei im Bereich der mittleren Elektrode in dem Heizelement eiuige öffnungen vorgesehen sind, durch to die das zu bestimmende Gas zu der Membran gelangen kann. Bei diesem Meßfühler steht nur derjenige Teil der Membran als aktive Meßfläche zur Verfügung, der von den Flächen der öffnungen überdeckt wird. Durch diese Verringerung der aktiven Meßfläche wird die Empfind- is lichkeit des Meßfühlers beeinträchtigt Die Ansprechzeit des Meßfühlers wird dadurch vergrößert, daß die Gasmoleküle durch die kleinen Öffnungen hindurchgehen müssen. Auch kann, wenn einige der öffnungen verstopft sind, das Meßergebnis dadurch verfälscht werden, wobei die Gefahr besteht, daß das Vorhandensein verstopfter öffnungen unbemerkt bleibt

In Biomedizinische Technik, Bd 19/1974,1¹A. 3 ist ein Meßfühler angegeben, bei dem Meßelektrcden aus dünnem Platindraht und eine ringförmig um diese angeordnete Bezugselektrode aus Silber verwandt werden. Beide Elektroden sind ebenfalls durch eine Membran überspannt, die als Auflage auf die Haut dient Die Bezugselektrode wird beheizt, um dadurch die Haut an der Meßstelle zu erwärmen. Dabei erfolgt die Erwärmung erst nach einem langen Weg der Wärme durch in der Wärmeleitung verschiedene Bauelemente. Dadurch können relativ große Regelschwankungen auftreten, da Temperaturänderungen nur über eine Reihe von Wärmeträgern registriert werden können. Bei diesem Meßfühler können auch die bereits eingangs erwähnten Schwierigkeiten bezüglich einer Änderung der Schichtdicke des Elektrolyten auftreten.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Meßfühler der eingangs genannten Art derart weiterzu- *o bilden, daß sehr genaue und zuverlässige Meßergebnisse erhalten werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Meßfühler der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Endabschnitt der Elektrodenanordnung « mit einer schräg verlaufenden Oberfläche ausgebildet ist, welche sich zu dem Endabschnut verjüngt, daß die Innenv/andung der Öffnung zum Freigeben der Elektrodenmembran in der Heizeinrichtung a)s eine schräg verlaufende Oberfläche in der Form eines kreisförmigen Kegelstuvnpfes ausgebildet ist, wobei diese Oberfläche unter im wesentlichen dem gleichen Winkel wie die schräg verlaufende Oberfläche verläuft, und daß der Rand der Öffnung zum Freigeben der Elektrodenmembran in der Heizeinrichtung anschließend an die Kathode verläuft

Bei dem erfindungsgemäßen Meßfühler erfolgt eine direkte Beheizung der Haut wobei die gesamte aktive Fläche der Membran der Haut gegenüberliegt, wodurch sich eine hohe Empfindlichkeit des Meßfühlers ergibt &o und sehr genaue Meßergebnisse erhalten werden können. Die aus der Haut austretenden Gasmoleküle treffen unmittelbar auf der Membran auf, was eine kurze Ansprechzeit zur Folge hat. Da die Öffnungsfläche in der Heizeinrichtung im wesentlichen die gesamte ^b5 Kathode querseknittsmäßig überdeckt, besteht auch nicht die Gefahr, daß diese öffnung verstopft wird.

Vorteilhafte Weitero'.dungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fi g. 1 eine senkrechte Schnittansicht, die den Aufbau eines herkömmlichen Meßfühlers zeigt, und

F i g. 2 eine senkrechte Schnittansicht, die den Aufbau eines erfindungsgemäßen Meßfühlers darstellt

Ein erfindungsgemäßer Meßfühler wird unter Bezugnahme auf die Fig.2 beschrieben. Der Meßfühler gemäß der Erfindung kann dadurch erhalten werden, daß der vorhergehend beschriebene, herkömmliche Meßfühler so abgewandelt wird, daß die Elektrodenanordnung schräg verläuft Genauer gesagt weist die Elektrodenanordnung eine schräg verlaufende Oberfläche 12 auf, die an dem Endabschnitt des Isolators 2 zwischen der Kathode 1 und der Anode 3 ausgebildet ist Ferner ist eine schräg verlaufende Oberfläche 13 mit dem gleichen Winkel wie der der schräg verlaufenden Oberfläche 12 an der Innenseite der öffnung 11 zum Freigeben der Elektrodenmembrar in dem Heizabschnitt 10 vorgesehen. Der Rand der Öffnung 11 zum Freigeben der Elektrodenmembran ist anschließend an die Kathode 1 angeordnet, und die freie Fläche der Elektrodenmembran 5 ist verringert. Ferner ut das Kathodenende nächst dem Boden eines kreisförmigen Kegelstumpfes angeordnet, der durch die schräg verlaufende Oberfläche 13 gebildet ist Die Elektrodenmembran 5 erstreckt sich durch den engen Spalt zwischen den zwei schräg verlaufenden Oberflächen 12 und 13.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich unmittelbar, daß gemäß der Erfindung die Fläche der Öffnung 11 zum Freigeben der Elektrodenmembran in dem Heizabschnit.t 10 so weit verringert ist, daß im wesentlichen nur die Kathode 1 freiliegt bzw. freigegeben ist Infolgedessen kann die Hautoberfläche gleichförmig erwärmt werden, was zu einer beständigen Meßung mit großer Genauigkeit führt. Die Berührungsfläche zwischen der Hautoberfläche und der Elektrodenmembran 5 ist kleiner, d. h„ die Haut kann mit dem He'?abschnitt 10 bedeckt werden, welcher sich bis nahe an die Kathode 1 erstreckt Infolgedessen bewegt sich die Haut nicht wesentlich in die öffnung 11 zum Freigeben der Membran. Somit wird die Eiektrodenmembran 5 nicht verschoben, d. h. die Schichtdicke des Elektrolyten 8 bleibt im wesentlichen unverändert, wodurch sich eine Messung mit großer Genauigkeit ergibt

Da der Endabschnitt der Elektrodenanordnung schräg verläuft, kann die Elektrodenmembran 5 gleichförmig über dem Endabschnitt der Elektrodenanordnung ausgebreitet werden. Daher kann die Schwierigkeit behoben werden, daß nämlich nur ein Teil oder Teile der Elektrodenmembran 5 ausgebreitet bzw. gespannt sind. Die Sauerstoffdurchlässigkeit der Elektrodenmembran wird also gleichförmig aufrechterhalten, was zu einer beständigen Messung führt

Durch die Erfindung wird also ein Meßfühler zum Messen der tranrkutanen Blutsauerstoffkonzentration mit einer Elektrodenanordnung geschaffen, welche eine Kathode und eine die Kathode umgebende Anode aufweist, wobei zwischen der Kathode nnd der Anode ein Isolator angeordnet ist. Eine Elektrodenmembran ist so angeordnet, daß ein Elektrolyt zwischen der Elektrodenmembra > und dem Endabschnitt der Elektrodenanordnung gehalten ist. Ein Heizabschnitt ist vorgesehen, der die Außenseite des Elektrodenteils

umgibt und in der Mitte mit einer öffnung zur Freigabe der Elektrodenmembran ausgebildet ist. Der Endabschnitt der Elektrodenanordnung weist eine schräg verlaufende Oberfläche auf, welche sich zu dem Endabschnitt verjüngt, wobei der Rand der öffnung zum Freigeben der Elektrodenmembran in dem Heizabschnitt anschließend an die Kathode angeordnet ist. Die Innenwandung der öffnung zum Freigeben der Elektrodenmembran ist als eine schräg verlaufende Oberfläche in der Form eines kreisförmigen Kegelstumpfes ausgebildet, wobei die Oberfläche der Innenwandung unter dem gleichen Winkel wie die schräg verlaufende Oberfläche verläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßfühler zum Messen der transkutanen Blutsauerstoffkonzentration mit einer Elektrodenanordnung, die eine Kathode und eine die Kathode umgebende und von dieser durch einen Isolator beabstandete Anode aufweist, mit einer Elektrodenmembran, die derart angeordnet ist, daß ein Elektrolyt zwischen der Elektrodenmembran und dem Endabschnitt der Elektrodenanordnung gehalten ist, und mit einer Heizeinrichtung, die die Außenseite des Elektrodentefls umgibt und in der Mitte mit einer öffnung zur Freigabe der Elektrodenmembran ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt der Elektrodenanordnung mit einer schräg verlaufenden Oberfläche (12) ausgebildet ist, welche sich zu dem Endabschnitt verjüngt, daß die Innenwandung der öffnung (11) zum Freigeben der Elektrodenmembran (5) ip -Jer Heizeinrichtung (9,10) als eine schräg verlaufend© Oberfläche (13) in der Form eines kreisförmigen Kegelstumpfes ausgebildet ist, wobei diese Oberfläche unter im wesentlichen dem gleichen Winkel wie die schräg verlaufende Oberfläche (12) verläuft, und daß der Rand der öffnung (11) zum Freigeben der Elektrodenmembran in der Heizeinrichtung (9,10) anschließend an die Kathode (1) verläuft

2. Meßfahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Membran (5) zwischen der schräg verlaufenden Oberfläche (12) der Elektrodenanordnung und der schräg verlaufenden Oberfläche (13) der Heizeinrichteuig (9,1ξ/ erstreckt

3. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (Ii; zum Freigeben der Elektrodenmembran (5) eine solche Größe aufweist, daß nur die Kathode (1) freigelegt ist

4. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (3) aus Silber und die Kathode (1) aus einem Material besteht, welches aus einer Gold und Platin umfassende Gruppe ausgewählt ist

5. Meßfühlt nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenmembran (5) aus einem hydrophoben und sauerstoffdurchlässigen synthetischen Kunststoff bzw. Kunstharz besteht.