DE2932739A1 - Messaufnehmer fuer die transcutane bestimmung der konzentration von stoffen, insbesondere des partialdrucks von gasen im blut und im koerpergewebe. - Google Patents

Description

B. Beschreibung

Die Erfindung betrifft Meßaufnehmer dür die transcutane Bestimmung der Konzentration von Stoffen, insbesondere des Partialdruck von Gasen im Blut bzw. im Körpergewebe. Wegen der Fähigkeit vieler im Körpergewebe und im Blut enthaltener oder von ihm transportierter chemischer Stoffe, wo es um die Bestimmung der Konzentration von Stoffen im Blut und im Körpergewebe geht, durch die Wandungen der Arterien und Venen, durch das Körpergewebe und durch die Haut hindurch zu diffundieren mit der Folge, daß sich mit der Zeit ein Gleichgewicht der Konzentration dieser Stoffe in den verschiedenen Körperzonen einstellt, können transcutane, d.h. nur auf die Haut aufzusetzende Meßaufnehmer bei vielen diagnostischen und physiologischen Meßverfahren verwendet werden. Die Meßaufnehmer müssen dann so eingerichtet sein, daß der fragliche Stoff auch zum Fühlerteil des Aufnehmers gelangt, wo entsprechend der Konzentration nach verschiedenen physikalischen Prinzipien, z.B. auf photometrische, elektrochemische, bei Sauerstoff auf oxymetrische und insbesondere auf polarographisehe Weise elektrische oder in solche umgewandelte Meßsignale erzeugt werden. Zur weiteren Verabeitung, z.B. zur sichtbaren Darstellung, zur Registrierung oder Speicherung werden diese einem Auswerteteil zugeleitet. Da mit Hilfe transcutaner Meßaufnehmer die früher üblichen blutigen, invasiven diagnostischen

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und physiologischen Meßverfahren vermieden werden können, setzen sie sich im klinischen und medizinischen Bereich immer mehr durch.

In bezug auf die konstruktive Ausbildung haben besonders für die polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen im Blut vor allem von Sauerstoff transcutane Meßaufnehmer einen sehr hohen Entwicklungsstand erreicht. Für die nachfolgende Erläuterung der Erfindung wird daher von solchen transcutanen polarographisehen Meßaufnehmern ausgegangen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht jedoch auch bei transcutanen Meßaufnehmern anderer Art, und die vorgeschlagene Lösung ist auch für diese in gleichem Maße brauchbar und empfehlenswert.

Polarographische Meßaufnehmer haben im allgemeinen eine gedrungene zylindrische Gestalt mit einem Durchmesser von wenigen Zentimetern und etwa der gleichen Höhe. Der eigentliche Fühlerteil umfaßt wenigstens eine Meßelektrode, eine Gegenelektrode, die über einen Elektrolyten elektrischen Kontakt haben, sowie eine Trennmembran, welche in der zur Berührung mit der Haut vorgesehenen Stirnfläche des Aufnehmers ausgespannt ist, den Fühlerteil gegen die Umgebung luftdicht abschließt aber für den zu bestimmenden Stoff durchlässig sein muß, damit er nach Durchdringung der Haut und auch durch die Trennmembran zu den Elektroden des Fühlerteils diffundieren kann.

Da die Blutversorgung des Körpergewebes durch Erwärmung im allgemeinen gesteigert wird (Hyperämisierung), wodurch sich auch das Angebot des zu bestimmenden Stoffes erhöht, wird dieser Effekt zur Erhöhung der Meßempfindlichkeit ausgenützt, indem die polarographisehen transcutanen Meßaufnehmer elektrisch beheizt werden, zweckmäßig mittels eines eingebauten elektrischen Heizwiderstandes. Die erzeugte Wärme soll über das Aufnehmergehäuse und durch die Haut auf das Körpergeübertragen werden. Deshalb wird im allgemeinen nicht die gesamte Stirnfläche des Aufnehmers von der Trennmembran ttber-

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spannt, sondern nur der Fühlerteil, und dieser wird von einem vor allem metallischen Gehäuseteil umgeben, welcher zur Wärmeleitung von der im Aufnehmer eingebauten Wärmequelle auf die Haut sowie auch als Stützteil dient, dessen in der Stirnfläche verlaufende Oberfläche außerdem als Auflage für die Befestigung eines auswechselbaren Kleberinges dient, mit welchem der gesamte Aufnehmer bei der Messung an der Haut fixiert wird. Schließlich umfaßt dieser Stützteil auch die Mittel und Maßnahmen zur luftdichten Befestigung der Trennmembran am Fühlerteil.

Bei einer bekannten Ausführungsform (deutsche Patentanmeldung P 29 11 601.6) wird die über den Fühlerteil gestülpte Trennmembran von einem Ring aus Kunststoff gehalten, und mittels eines äußeren Schraubringes werden die genannten Teile mit dem Gehäusekörper des Aufnehmers fest verbunden. Die Stirnfläche des Schraubringes bildet die Stützfläche für den Aufnehmer beim Ansetzen an die Haut und die Auflage für Doppelkleberinge mit welcher der Aufnehmer an der Haut fixiert werden kann. Dises Konstruktion benötigt zwei Teile zur Befestigung der Membran am Fühlerteil und führt zu einer verhältnismäßig hohen Bauform, weshalb die Signalleitung, die den Aufnehmer mit dem Auswertegerät verbinden, verhältnismäßig hoch entweder am oberen Rand oder an der der Stirnfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäuses einmündet und so leicht ein Kipphebeleffekt entsteht, der den Kontakt des Aufnehmers zur Haut lockert oder unterbricht und damit eine Störung der Messung hervorruft.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform von polarograph! sehen Meßaufnehmern (s. DE-OS 21 45 400, DE-OS 23 65 und DE-OS 25 14 478) wird zwar nur ein Spannring verwendet, der die Trennmembran im wesentlichen flach gegen die Gehäusestirnwand drückt und am Aufnehmermantel entweder durch einen Schnapp- oder Klemmverschluß gehalten oder auch mit ihm verschraubt wird. Diese Konstruktion hat aber den Nachteil, daß bei Anwendung eines Schnapp- oder Klemmverschlusses am Gehäuseumfang der Spannring leicht losgerissen werden kann,

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so daß auch der Aufnehmer den Kontakt zur Hautoberfläche verliert. Die Befestigung eines Schraubringes erfordert dagegen mehr Zeit beim Bespannen der Meßelektrode mit der Trennmembran wegen des notwendigen Schraubvorganges. Schließlich ist bei diesen Ausführungsformen, wo nur ein Spannring verwendet wird, die Membranspannung wegen der im wesentlichen flachen Erstreckung der Trennmembran nur in der Stirnfläche des Aufnehmers sehr ungenügend, so daß sich während einer Messung der Abstand zwischen Membran und den empfindlichen Elektroden sich ändern könnte, was ebenfalls die Empfindlichkeit des Aufnehmers herabsetzt.

Im Hinblick auf die Mangel dieser bekannten Ausführungsformen von transcutanen Meßaufnehmern geht die Erfidnung von folgenden Zielen und Aufgaben aus:

Der Austausch und die Befestigungen der Trennmembran soll mit einfachen Mitteln und ohne zeitraubende Maßnahmen, wie Verschrauben, möglich sein, ohne daß der Sützteil dabei abgenommen oder gelockert werden muß. Die Funktionen des Stützteils als Auflagefläche für die Klebeelektroden und als Wärmeübertragunsorgan von der Heizeinrichtung des Aufnehmers zur Körperzone soll erhalten bleiben. Die Auflagefläche des Stützteils und die Berührungsfläche der Trennmembran in der Körperzone soll möglichst fluchtend in einer Fläche liegen, so daß praktisch für beide Teile eine großflächige und gleichförmige Berührung mit der Haut des Körperteils, an dem gemessen werden soll erreicht wird, um einen guten Wärmeübergang für die Hyperämisierung und einen geringen Diffusionswiderstand für den messend zu erfassenden Stoff zu erzielen. Schließlich soll vor allem mit der erfindungsgemäßen Konstruktion anstatt einer gedrungenen zylindrischen Gestalt eine möglichst flache scheibenförmige Gestalt des Aufnehmers erreicht werden; dennoch soll diese Gestalt den Anschluß der Signalleitung von der Seite her am Zylindermantel des Aufnehmergehäuses möglichst dicht über der Haut zulassen, damit durch die Signalleitung keine den Kontakt zur Hautoberfläche lokkernden Kipphebeleffekte auf den Aufnehmer ausgeübt werden können.

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Diese Forderungen v/erden in vorteilhafter Weise von der Ausbildung des Aufnehmers gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches erfüllt.

Danach dient zur Befestigung der Trennmembran am Fühlerteil lediglich ein in eine umlaufende Nut der Stirnfläche des Aufnehmers verschraubungsfrei einzudrückender Klemmring.

Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch im radialen Querschnitt parallel zur Aufnehmerachse zwei in bezug auf die Befestigungsart des Klemmrings in der umlaufenden Nut verschiedene Ausführungsformen, anhand welcher die Erfindung und die mit ihr erzielten Fortschritte näher beschrieben werden.

Die Konstruktion eines Meßaufnehmers für transcutane polarographische Messungen auf der Haut zur Bestimmung der Konzentration von verschiedenen Stoffen, z.B. von Sauerstoff im Blut und im Körpergewebe gemäß der Erfindung erlaubt dem Aufnehmergehäuse 1 eine flache scheibenförmige Gestalt zu geben, weil die Signalleitung 5» die den Anschluß des Aufnehmers an das Auswerte-, Anzeige- oder Registriergerät herstellt, dicht oberhalb der bei der Messung auf der Haut des Patienten oder Probanden aufliegenden Stirnfläche 11 des Aufnehmers von der Seite her in den Mantel des Aufnehmergehäuses 1 einmünden kann. In der Signalleitung 5 können die zur Übertragung der Meßsignale vom Fühlerteil 7 des Aufnehmers zum Auswertegerät dienenden Leitungen, die zur Speisung des elektrischen, im Aufnehmergehäuse 1 untergebrachten Heizwiderstandes und schließlich die zur Kontrolle und Regelung der erreichten Temperatur dienenden Fühlerleitungen vereinigt sein. Die tiefe Einmündungslage der Signalleitung ist dadurch möglich, daß weder der Stützteil 8 noch ein Teil von ihm zwecks Auswechselung der Trennmembran 2 abgenommen werden muß sondern einen integrierten Bauteil des Gehäuses 1 bildet .

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Die genannten baulichen Eigenheiten sind das Ergebnis der erfindungsgemäßen Konstruktion, gemäß welcher die Trennmembran 2 unter Spannung über dem Fühlerteil 7 lediglich mittels eines Klemmrings 3 gehalten wird, der in eine den Fühlerteil umgebende, zur Stirnfläche 11 offene Nut 6 verschraubungsfrei eindrückbar und nur von Hand wieder lösbar ist. Sowohl für den Meßvorgan als auch für die Übertragung der Wärme aus dem beheizten Aufnehmer auf die von ihm überdeckte Körperzone ist eine im Vergleich zur Dicke oder Höhe des Aufnehmers großflächige Ausbildung sowohl der ringförmigen Stützfläche 8a des Stützteils 8 als auch der vor der Trennmembran überdeckten vorderen Meßfläche 7a des FUhlerteils wesentlich und ein gleichförmiger Kontakt wird dadurch gesichert, daß diese Flächen sowie die Außenfläche 3a des Klemmrings stetig verlaufen und ineinander übergehen.

Um einen verschraubungsfreien festen Sitz des Klemmrings 3 in der Nut 6 zu erzielen, sind die in Radialebenen zur Aufnehmerachse liegenden Querschnitte der Nut 6 und des Klemmrings 3 im wesentlichen gleich bzw.komplementär zueinander gestaltet. Der Klemmring wird verschraubungsfrei allein mittels eines Preß-, Klemm- oder Schnappverschlusses in der Nut 6 festgehalten. Dazu besitzt z.B. gemäß Figur 1 der Klemmring 3 an mindestens einer seiner inneren und äußeren Mantelfläche einen vorzugsweise umlaufenden Kragen 10, der beim Eindrücken des Klemmringes in die Nut 6, in eine zum Kragen komplementär geformte Rille 10a in der entsprechenden Seitenwandung der Nut 6 einschnappt. Oder in der mit Figur 2 gezeigten Ausbildung besitzt die Nut 6 und komplementär dazu der Kragen 3 einen trapezförmigen Querschnitt in der Weise, daß entweder ihre seitliche Begrenzungsfläche zum Fühlerteil von der Stirnfläche 11 ausgehend leicht nach innen mit der Folge einer Verringerung der senkrecht zur Aufnehmerachse liegenden Querschnitts des Fühlerteils 7 geneigt ist,oder daß die äußere Begrenzungsfläche 13 der Nut zum Stützteil von der Stirnfläche 11 ausgehende leicht nach außen unter Verringerung des senkrecht zur Aufnehmer-

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achse verlaufenden Querschnitts des Stützteils geneigt ist. Allein durch Einpressen des Klemmrings wird somit ein fester Sitz auch für die Trennmembran 2 erzielt. Somit ist entweder die innere seitliche Begrenzungsfläche der Nut zum Fühlerteil oder ihre äußere Begrenzungsfläche 13 zum Stützteil leicht konisch ausgebildet.

Da aber die Trennmembran 2 nach einer gewissen Anzahl von Messungen auszuwechseln ist, muß dazu auch der Klemmring 3 von der Nut 6 trennbar sein. Bei der Ausbildung gemäß Figur 1 hat dazu die Nut 6 an einer Stelle ihres Umfangs eine kleine Ausbuchtung oder Erweiterung 16 in den Stützteil hinein, so daß über diese Ausbuchtung der Klemmring mittels eines Stiftes, einer Pinzette oder einer kleinen Zange unterfaßbar und aus dem Preß- oder Schnappsitz herausnehmbar ist, sofern der Klemmring aus einem elastisch verformbaren Material insbesondere aus Kunststoff besteht. Eine andere Lösung zeigt Figur 1, wonach der Stützteil 8 an einer Stelle seiner Stützfläche 8a eine radial verlaufende, zur Stirnfläche 11 offene Hilfsnut 15 und der Klemmring 3 eine an seiner Außenwand angesetzte radial verlaufende Lasche 14 besitzt, die komplementär zu dieser Hilfsnut geformt, in diese einlegbar ist und eine etwas größere radiale Erstreckung als die Hilfsnut 15 hat, so daß ein Endstück der Lasche

14 aus der äußeren Mantelfläche des Stützteils 8 herausragt, mit den Fingerspitzen gefaßt und aus der Hilfsnut

15 gelöst werden kann, wodurch sich auch der Klemmring selbst aus der Nut 6 nehmen läßt.

Weder das Überstülpen der Membran 2 über den Fühlerteil 7 noch das Eindrücken des Klemmrings 3 in die Nut 6 zur Erzielung eines festen Sitzes,noch das Lösen des Klemmrings 3 aus der Nut 6 bereiten deshalb irgendwelche Schwierigkeiten. Es werden nur ganz einfache, schnell durchführbare Handgriffe verlangt, was für den klinischen Einsatz, wo es oft auf Sekunden ankommt, sehr wesentliche ist. Im übrigen bildet die Nut 6 eine Abgrenzung zwischen dem Fühlerteil 7 und dem Stützteil 8.

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In '//eiterbildung des Erfindungsgedankens kann die Hembran 2 auf den Klemmrimr 3 unmittelbar aufgeschweißt nein. Das ist möglich, wenn die Membran z.B. aus einem elastisch verformbaren Kunststoff v/ie Polypropylen besteht, mit Polyäthylen beschichtet ist und deshalb auf einen Klemmring 3 aus Polyäthylen mit den für die Kunststoffverarbeitung bekannten Verfahren aufgespritzt v/erden kann. Damit kann die Membran selbst nicht aus der vom Klemmring 3 erzwungenen Fassung herausrutschen. Sie erhält vielmehr einen engstmöglichen Kontakt zur Meßfläche 7a des Fühlerteils 7.

Die einzelnen Orrane des Fühlerteils, die zur Beheizung und Temperaturkontrolle dienenden Organe sind im einzelnen nicht dargestellt, weil es sich dabei um bekannte Ausbilduncrsmöglichkeiten handelt.

Die Konstruktion der Meßaufnehmer gemä.3 vorliegender Erfindung erfüllt die obendargestellten, für die praktische Handhabung im medizinisch klinischen Bereich wichtigen Fordorun/ren unter Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus gegenüber bisher bekannten /.usführungsformen. Deshalb wird mit ihr ein für die Praxis wesentlicher Fortschritt erzielt. Diese Konstruktion ist nicht nur für transcutane polarographische Meßaufnehmer sondern für transcutane Aufnehmer anderer Art ebenfalls sinnvoll und vorteilhaft.

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Claims (5)

""^ ■·' ' Φ -/C- ν3Π0 FreJMrs i.Br., den 7. Ausr. 1979 "' '"" —' P"r-P i-3h\ riJC/jek Patent- und Gebrauchsmusteranmelduns; Meßaufnehmer für die transcutane Bestimmung der Konzentration von Stoffen, insbesondere des Partialdrucks von Gasen im Blut und im Körpergewebe. A. Ansprüche J Meßaufnehmer für die tran.scutane Bestimmung der Konzentration von Stoffen, insbesondere des Partialdrucks von Gasen im Blut und im Körpergewebe, dessen Fühlerteil durch eine im we sentliehen in der bei der Messung zur Berührung zwischen Aufnehmer und Haut vorgesehenen Stirnfläche des Aufnehmers ausgespannten und für den messend zu erfassenden Stoff durchlässige Trennmembran gasdicht gegen die Umgebung abgeschlossen und an seinem in die Stirnfläche mündenden Teil konzentrisch von einem Stützteil des Aufnehmergehäuses umgeben ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

1.1 Die Stirnfläche (11) hat eine den Fühlerteil (7) umgebende ringförmige, zur Stirnfläche (11) offene Nut (6).

1.2 Ein Klemmring (3), der die Trennmembran (2) über das in die Stirnfläche (11) ragende Ende des Fühlerteils (7) spannt und dort festhält, ist verschraubungsfrei aber lösbar in die Nut (6) eingefügt.

2. Meßaufnehmer nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:

2.1 Die zur Verbindung des Aufnehmers mit dem Auswertegerät dienende Signal- oder Patientenleitung (5) mündet dicht hinter der Stirnfläche (11) von der Seite her in den Mantel des Stützteils (8).

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2.2 Die Auflagefläche (8a) des Stützteils (8), die von der Trennraembran (2) überdeckte Me3flache (7a) des Fühlerteils (7) und die Außenfläche (3a) des Kleramrings (3) verlaufen in der Stirnfläche (11) des Aufnehmers und gehen stetig ineinander über.

2.3 Die Nut (6) ist zwischen Fühlerteil (7) und Stützteil (8) angebracht.

2.4 Der Stützteil (8) bildet einen integrierten Teil des Aufnehmergehäuses (1) und ist von ihm für die Handhabung des Aufnehmers nicht lösbar.

Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:

3.1 Der Klemmring (3) ist im Cuerschnitt komplementär zur Nut (6) gestaltet und wird verschraubungsfrei, nur durch Handbedienung lösbar, mittels eines Preß-, Klemm- oder Schnappverschlusses in der Nut (6) festgehalten.

3.2 Der Klemmring (3) besitzt an mindestens einer seiner inneren und äußeren Mantelfläche einen vorzugsweise umlaufenden Kragen (10), der beim Eindrücken des Klemmringes in die Nut (6) in eine komplementär zum Kragen geformte Rille (10a) der entsprechenden Seitenwandung der Nut (6) einschnappt.

3.3 Die Nut (6) besitzt einen trapezförmigen Querschnitt in der V/eise, daß entweder ihre seitliche Begrenzungsfläche (9) zum Fühlerteil von der Stirnfläche (11) ausgehend leicht nach innen mit der Folge einer Verringerung des Querschnitts des Fühlerteils (7) geneigt ist, oder daß die äußere Begrenzungsfläche (13)

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der Nut zum Stützteil (8) von der Stirnfläche (11) ausgehend leicht nach außen unter Verringerung des Cuerschnitts des Stützteils geneigt ist, während der Klemmring (3) einen zur Nut (6) komplementären Ouerschnitt hat, so daß allein durch Einpressen des Klemmringes in die Nut (6) ein fester Sitz erreicht wird.

4. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Mittel und Maßnahmen für die Lösbarkeit des Klemmrings (3) aus der Nut (6):

4.1 Der Stützteil (8) hat an einer Stelle seiner Stützfläche (8a) eine radial verlaufende, zur Stirnfläche (11) offene Hilfsnut (15) und der Klemmring (3) hat eine an seinem Außenmantel angesetzte komplementär zur Hilfsnut (15) ausgebildete und in diese eindrückbare radial verlaufende Lasche (14), die eine etwas größere Länge als die Hilfsnut (15) hat, so daß ein Stück der Lasche (14) aus der äußeren Mantelfläche des Stützteils (8) herausragt.

4.2 An einer Umfangstelle der Nut (6) besitzt diese eine kleine Ausbuchtung oder Erweiterung (16) in den Stützteil (8) hinein, so daß durch diese Ausbuchtung (16) der Klemmring (3) mittels eines Stiftes, einer Pinzette oder einer Zange unterfaßbar ist.

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5. Meßaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eines des folgenden Merkmale:

5.1 Die Membran (2) ist auf den Klemmring (3) unmittelbar aufgeschweißt.

5.2 Der Klemmring (3) besteht aus einem elastisch verformbaren Kunststoff wie Polyäthylen.

5.3 Die Membran (2) besteht aus einem elastisch verformbaren Kunststoff.

5.4 Die Membran (2) besteht aus Polypropylen und ist mit Polyäthylen beschichtet.

5.5 Der Klemmring (3) aus Polyäthylen ist auf die polyäthylenbeschichtete Polypropylenmembran (2) aufge-

,spritzt.

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