DE2920038C2 - Sensor for transcutaneous measurement of the blood oxygen concentration - Google Patents
Sensor for transcutaneous measurement of the blood oxygen concentrationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Meßfühler zum transkutanen Messen der Blutsauerstoffkonzentration mit einer Elektrodenanordnung, die eine Kathode und eine von dieser isolierte Anode aufweist, und mit einer Elektrodenmembrane, die von einem Halteteil gehalten und derart angeordnet ist, daß ein Elektrolyt zwischen der Elektrodenmembrane und dem Endabschnitt der Elektrodenanordnung gehalten ist, wobei dieser Endabschnitt über die durch das Halteteil bestimmte Ebene für die Elektrodenmembrane hervorsteht.The invention relates to a sensor for transcutaneous measurement of the blood oxygen concentration with a Electrode arrangement, which has a cathode and an anode insulated therefrom, and with an electrode membrane, which is held by a holding part and arranged such that an electrolyte between the Electrode membrane and the end portion of the electrode assembly is held, this end portion protrudes beyond the plane for the electrode membrane determined by the holding part.
Für die Atmungskontrolle eines Babys oder eines schwer erkrankten Patienten, der eine künstliche Beatmung benötigt, ist es von großer Bedeutung, die Konzentration oder den Partialdruck des Sauerstoffes im Blut, insbesondere im Arterienblut zu bestimmen.For breathing control of a baby or a seriously ill patient who has an artificial If ventilation is required, the concentration or partial pressure of the oxygen is of great importance to be determined in the blood, especially in the arterial blood.
Statt einer direkten Sauerstoffmessung mit einer Entnahme von Arterienblut wird der Sauerstoff transkutan gemessen. Dabei wird der durch das subkutane Gewebe von dem Blut diffundierte Sauerstoff auf der Haut aufgenommen, so daß die Sauerstoffkonzentrationswerte fortlaufend gemessen werden können.Instead of a direct oxygen measurement with a withdrawal of arterial blood, the oxygen measured transcutaneously. The oxygen diffused from the blood through the subcutaneous tissue is thereby removed absorbed on the skin so that the oxygen concentration values can be measured continuously.
Ein Meßfühler der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 29 19 118 angegeben und in den hier enthaltenen Fig. la und Ib dargestellt. Dieser Meßfühler umfaßt eine zylinderförmige Kathode 1 aus Gold oder Platin, eine zylinderförmige Silberanode 3, welche durch einen Isolator 2 von der Kathode beabstandet ist, einen Elektrodenhalter 4 zum Halten der Kathode 1 und der Anode 3. Eine Elektrodenmembrane 5 ist so angeordnet, daß sie die Elektroden 1 und 3 überdeckt. Ein zylinderförmiges Halteteil 6 für die Elektrodenmembrane hält deren Umfangsbereich fest. Eine Abdichtung 7 ist zwischen dem Halteteil 6 für die Elektrodenmembrane und dem Elektrodenhalter 4 angeordnet. Eine dünne Schicht eines Elektrolyten 8 befindet sich zwischen Elektrodenmembrane 5 und dem Ende der Elektroden. Ein Heizabschnittsteil 10 aus Aluminium oder Kupfer mit großer Wärmeleitfähigkeit weist eine Heizung 9 auf.A sensor of the type mentioned is given in DE-OS 29 19 118 and in those contained here Fig. La and Ib shown. This probe comprises a cylindrical cathode 1 made of gold or platinum, a cylindrical silver anode 3, which through an insulator 2 is spaced from the cathode, an electrode holder 4 for holding the cathode 1 and the Anode 3. An electrode membrane 5 is arranged so that it covers the electrodes 1 and 3. A cylindrical holding part 6 for the electrode membrane holds its peripheral area firmly. A seal 7 is arranged between the holding part 6 for the electrode membrane and the electrode holder 4. A thin one Layer of an electrolyte 8 is located between the electrode membrane 5 and the end of the electrodes. A heating section part 10 made of aluminum or copper with high thermal conductivity has a heater 9.
Die Elektrodenmembrane 5 besteht aus einem wasserabstoßenden und sauerstoffdurchlässigen Kunststoff oder Kunstharz. Der Elektrolyt 8 enthält im wesentlichen KCl.The electrode membrane 5 consists of a water-repellent and oxygen-permeable plastic or synthetic resin. The electrolyte 8 essentially contains KCl.
Wenn ein solcher Meßfühler auf die Haut einer zu untersuchenden Person aufgesetzt wird, wird das subkutane Gewebe unter dem Heizabschnittsteil 10 durch die Heizung 9 erwärmt, so daß das Gewebe teilweise mit Arterienblut versorgt wird. Der in dem subkutanen Gewebe vorhandene Sauerstoff diffundiertIf such a probe is placed on the skin of a person to be examined, it will subcutaneous tissues under the heating section part 10 are heated by the heater 9, so that the tissue is partially supplied with arterial blood. The oxygen present in the subcutaneous tissue diffuses
ίο durch die Hautoberfläche hindurch und gelangt durch die Elektrodenmembran 5. Der Sauerstoff diffundiert in den Elektrolyten 8 und erreicht die Kathode 1. Wenn in diesem Fall eine geringe Spannung von z. B. 0,5—0,8 V an die Elektroden angelegt wird, erfolgt eine Sauerstoffreduktion-Reaktion an der Kathode 1, während eine Silberoxydations-Reaktion an der Anode 3 erfolgtίο through the skin surface and gets through the electrode membrane 5. The oxygen diffuses into the electrolyte 8 and reaches the cathode 1. If in in this case a low voltage of e.g. B. 0.5-0.8V is applied to the electrodes, an oxygen reduction reaction occurs at the cathode 1, while a silver oxidation reaction takes place at the anode 3
Dies hat zum Ergebnis, daß ein elektrolytischer StromThe result is that an electrolytic current
zwischen den beiden Elektroden fließt Die Messung dieses Stromes zeigt ungefähr die Sauerstoffkonzentration in dem subkutanen Gewebe und damit in dem Arterienblut an.flows between the two electrodes. The measurement of this current shows approximately the oxygen concentration in the subcutaneous tissue and thus in the arterial blood.
Es ist hierbei von großer Bedeutung, um die Sauerstoffdurchlässigkeit der Elektrodenmembrane beständig zu machen und dadurch eine beständige Elektrodenreaktion sicherzustellen, eine vorbestimmte, mechanische Spannung der Elektrodenmembrane 5 vorzusehen, so daß letztere nicht übermäßig gedehnt wird oder durchhängt. Zu diesem Zweck wird der Umfangsbereich der Elektrodenmembrane 5, wie es in Fig. Ib gezeigt ist fest von einem ringförmigen Halteteil 6 für die Elektrodenmembrane von vorneherein gehalten. Das Halteteil 6 mit der Elektrodenmembrane 5 ist außerhalb des Endabschnittes der Elektroden eingepaßt, so daß sich der Endabschnitt der Elektroden über die Ebene der Elektrodenmembrane 5 erstreckt und die Elektrodenmembrane 5 eine entsprechende Ausformung erfährt.It is of great importance here to keep the oxygen permeability of the electrode membrane stable to make and thereby ensure a constant electrode reaction, a predetermined, mechanical tension to provide the electrode membrane 5, so that the latter is not excessively stretched becomes or sags. For this purpose, the peripheral area of the electrode membrane 5, as shown in FIG Fig. Ib is shown fixed by an annular Holding part 6 for the electrode membrane held from the start. The holding part 6 with the electrode membrane 5 is fitted outside the end portion of the electrodes so that the end portion of the electrodes extends over the plane of the electrode membrane 5 and the electrode membrane 5 a corresponding Undergoes formation.
Dabei ergeben sich jedoch gewisse Probleme. Beim Zusammenbau wird nämlich die Elektrodenmembrane ■to über die Endfläche der Elektroden gespannt. Infolgedessen wird auf die zwischen der Endfläche der Elektroden und der Membrane vorhandene Flektrolytflüssigkeit ein Druck derart ausgeübt, daß diese Elektrolytflüssigkeit abnehmend radial nach außen gedrückt wird, so daß die Dicke der flüssigen Elektrolytschicht verringert wird. Dies hat zum Ergebnis, daß bei einem solchen Meßfühler eine zeitliche Drift hinsicht'ich der Meßergebnisse auftritt, bis die Bewegung der Flüssigkeit beendet ist. Es dauert im allgemeinen 2 bis 15 Stunden um stabile Meßergebnisse mit einem solchen Meßfühler zu erhalten.However, this poses certain problems. During assembly, namely, the electrode membrane ■ to stretched over the end face of the electrodes. Consequently is applied to the flectrolyte fluid present between the end face of the electrodes and the membrane Pressure exerted so that this electrolyte liquid is pushed radially outward in a decreasing manner, so that the The thickness of the liquid electrolyte layer is reduced. As a result, in such a Sensor a time drift with respect to the measurement results occurs until the movement of the liquid is finished. It generally takes 2 to 15 hours in order to obtain stable measurement results with such a probe.
In der DE-OS 26 40 987 ist ein Meßfühler zum Messen der transkutanen Sauerstoffkonzentration beschrieben und dargestellt, bei dem die Membrane über einen zylindrischen Ansatz eines Gehäuses gespannt ist. Die Anspannung erfolgt mittels eines Wärmeisolationskörpers, der an dem Gehäuse befestigt ist. Zwischen der Membrane und der Meßelektrode bildet sich eine dünne Elektrolytschicht aus. Aus dieser Druckschrift geht nicht hervor, daß die Meßelektroden über die Ebene hervorstehen, in der die Stirnfläche des zylindrischen Ansatzes liegt Dies bedeutet, daß, wenn die Membrane gespannt ist, ein geringer freier Raum zwischen den Elektroden und der Membran vorhanden ist. Infolgedest>5 sen erfolgt durch die gespannte Membran kein Druck gegen die Stirnfläche der Elektroden.In DE-OS 26 40 987 a sensor for measuring the transcutaneous oxygen concentration is described and shown in which the membrane is stretched over a cylindrical extension of a housing. The tension takes place by means of a heat insulation body which is attached to the housing. Between the The membrane and the measuring electrode form a thin layer of electrolyte. This publication does not work show that the measuring electrodes protrude above the plane in which the end face of the cylindrical This means that when the membrane is stretched, there is little free space between the Electrodes and the membrane is present. As a result> 5 Due to the tensioned membrane, there is no pressure against the end face of the electrodes.
Wenn dieser bekannte Meßfühler auf der Haut angeordnet wird, liegt ein gewisser Abstand zwischenWhen this known probe is placed on the skin, there is a certain distance between
Membrane und der Hautoberfläche vor, da eine Heizscheibe vorgesehen ist welche auch die Membrane überdeckt Damit überhaupt gasförmiger Sauerstoff von der Haut zu der Membrane gelangen kann, sind in der Heizscheibe im Bereich der Membrane kleine öffnungen vorgesehen. Dadurch steht nur derjenige Teil der Membrane als aktive Meßfläche zur Verfügung, der von den Flächen der öffnungen überdeckt wird. Durch diese Verringerung der aktiven Meßfläche wird die Empfindlichkeit des Meßfühlers beeinträchtigt. Die Ansprechzeit de? Meßfühlers wird dadurch vergrößert, da die Gasmoleküle durch die kleinen öffnungen zunächst hindurchgehen müssen. Auch kann, wenn einige der öffnungen verstepft sind, das Meßergebnis dadurch verfälscht werden, daß die Gefahr besteht, daß das is Vorhandensein verstopfter öffnungen unbemerkt bleibt.Membrane and the surface of the skin, as a heating disk is provided, which is also the membrane covered So that gaseous oxygen can get from the skin to the membrane at all, are in the Small openings are provided in the area of the membrane. As a result, only that part of the Membrane available as an active measuring surface, which is covered by the surfaces of the openings. Through this If the active measuring area is reduced, the sensitivity of the sensor is impaired. The response time de? The sensor is enlarged because the gas molecules initially pass through the small openings have to go through. Also, if some of the openings are plugged, the measurement result can thereby falsified that there is a risk that that is The presence of blocked openings goes unnoticed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßfühler der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß nach möglichst kurze/ Zeit stabile Meßergebnisse erhalten werden können.The invention is based on the object of developing a measuring sensor of the type mentioned at the outset in such a way that that after as short / time as possible stable Measurement results can be obtained.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß diss Elektrodenmembrane entsprechend der Form des Endabschnittes der Elektrodenanordnung vorgeformt istThis object is achieved according to the invention in that the electrode membrane corresponds to the shape of the end portion of the electrode assembly is preformed
Aufgrund der Erfindung wird erreicht daß, weil die Membran entsprechend der Ausbildung des Endabschnittes der Elektroden vorgeformt ist, beim Zusammenbau des Meßfühlers keine besondere Spannung an der Elektrodenmembrane entsteht Infolgedessen wird jo auch auf die sich zwischen dem Endabschnitt der Elektroden und der Elektrodenmembrane befindende Elektrolytflüssigkeit kein nennenswerter Druck ausgeübt der über einen längeren Zeitraum hinweg die Elektrolytflüssigkeit nach außen bewegt. Bei einem erfindungsgemäßen Meßfühler sind zur Stabilisierung lediglich 5 bis 15 Minuten erforderlich.Due to the invention it is achieved that, because the membrane according to the design of the end portion of the electrodes is preformed, no particular voltage is applied when assembling the probe the electrode membrane arises As a result, jo is also applied to the area between the end section of the Electrolyte liquid located in the electrodes and the electrode membrane did not exert any appreciable pressure which moves the electrolyte fluid to the outside over a longer period of time. At a Sensors according to the invention are only necessary for 5 to 15 minutes for stabilization.
Der erfindungsgemäße Meßfühler ermöglicht auch eine konstruktive Ausgestaltung, bei der sowohl der Fühlerabschnitt zum Messen der Blutsauerstoffkonzentration als auch eine diesen üblicherweise umgebenden Heizeinrichtung nahe an der Haut angeordnet werden können.The probe according to the invention also enables a structural design in which both the Sensor section for measuring the blood oxygen concentration as well as a usually surrounding it Heating device can be placed close to the skin.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the subject matter of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigtThe invention is based on an exemplary embodiment described with reference to the drawings. It shows
Fig. l(a) und l(b) senkrechte Schnittdarstellungen längs der Mittelachse, wobei zwei herkömmliche Fühler zum transkutanen Messen der Blutsauerstoff-Konzentration dargestellt sind,FIGS. 1 (a) and 1 (b) are vertical sectional views along the central axis, with two conventional sensors are shown for the transcutaneous measurement of the blood oxygen concentration,
F i g. 2 ein Schnittbild, in dem eine Elektrodenmembrane und ein Elektrodenmembranen-Halter bei einem herkömmlichen Fühler, vor dessen Zusammenbau dargestellt sind undF i g. 2 is a sectional view in which an electrode membrane and an electrode membrane holder in a conventional sensors, shown before assembly and
F i g. 3(a) und 3(b) Schnittdarstellungen von Elektrodenmembranen und einem Elektrodenmembranen-Halter gemäß der Erfindung.F i g. 3 (a) and 3 (b) are sectional views of electrode membranes and an electrode membrane holder according to the invention.
Bei der Ausführungsform eines Meßfühlers nach der Erfindung, wie es anhand der F i g. 3{a) in bezug auf die Ausbildung eines herkömmlichen Meßfühlers gemäß Fig. l(a) und der Fig.3(b) hinsichtlich der Ausbildung eines herkömmlichen Meßfühlers gemäß der Fig. l(b) dargestellt ist hat die Elektrodenmembrane eine ursprüngliche Form, welche dem Endabschnitt der Elektrodenanordnung entspricht Die Elektrodenmembrane 5 ist soweit vorgeformt daß, wenn die vorgeformte Elektrodenmembrane 5 in dem Meßfühler befestigt worden ist, sie etwas, jedoch nicht zu stark gespannt oder gedehnt ist.In the embodiment of a sensor according to the invention, as shown in FIGS. 3 {a) with respect to the Formation of a conventional sensor according to FIG. 1 (a) and FIG. 3 (b) in terms of design a conventional sensor according to Fig. L (b) is shown, the electrode membrane has a original shape, which corresponds to the end section of the electrode arrangement The electrode membrane 5 is preformed to the extent that when the preformed electrode membrane 5 is in the probe has been attached, it is somewhat stretched or stretched, but not too much.
Die vorgeformte Elektrodenmembrane 5 ist fest an dem Halteteil 6 für die Elektrodenmembrane durch Schweißen oder Kleben des Umfangsbereiches der Elektrodenmembrane 5 an das Halteteil 6 befestigt. Die Anordnung aus Halteteil 6 und Elektrodenmembrane 5 wird um den Endabschnitt der Elektrodenanordnung 1, 3 in bekannter Weise eingepaßt.The preformed electrode membrane 5 is firmly attached to the holding part 6 for the electrode membrane Welding or gluing of the peripheral area of the electrode membrane 5 attached to the holding part 6. the Arrangement of holding part 6 and electrode membrane 5 is around the end portion of the electrode arrangement 1, 3 fitted in a known manner.
Wegen der Vorformung der Elektrodenmembrane kann diese eine im wesentlichen gleichförmige Dicke in bezug auf die Elektroden beibehalten, da der Berührungsdruck von vorneherein gleichförmig ist. Ebenso ist auch die Dehnung gleichförmig, da die Elektrodenmembrane nicht zunächst formmäßig gespannt werden muß, um mit der Elektrodenanordnung übereinzustimmen, wie dieses der Fall wäre, wenn eine Anordnung aus Halteteil 6 und Elektrodenmembrane 5 gemäß Fig.2 verwandt würde.Because of the preforming of the electrode membrane, it can have a substantially uniform thickness with respect to the electrodes, since the contact pressure is a priori uniform. Likewise is the elongation is also uniform, since the electrode membrane does not have to be tensioned in terms of shape first, to match the electrode arrangement, as would be the case if an arrangement were made Holding part 6 and electrode membrane 5 would be used according to Figure 2.
Da bei Verwendung einer vorgeformten Elektrodenmembrane 5 diese eine im wesentlichen gleichförmige Dicke aufweist, werden eine gleichmäßige Sauerstoffdurchlässigkeit und eine beständige Elektrodenreaktion erhalten. Dies wiederum führt zu einer genauen und beständigen Messung der Konzentration oder des Partialdruckes des Sauerstoffes im Arterienblut.Since when using a preformed electrode membrane 5 this one is essentially uniform Thickness, uniform oxygen permeability and stable electrode response become obtain. This in turn results in an accurate and consistent measurement of the concentration or des Partial pressure of oxygen in arterial blood.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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