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Stand der Technik Es sind Meßwertaufnehmer für die transcutane polarographische
Bestimmung des Partialdrucks von Gasen, insbesondere von Sauerstoff im lebenden
Gewebe bzw. im Blut bekannt (US-Patent 3 929 605 und DE-OS 28 35 730), die mit einer
oder mit mehreren Kathoden sowie mit einer Anode ausgestattet sind. In den genannten
Fällen sind alle Kathoden, die t.B. aus Platin oder aus Gold bestehen, als dünne
zylindrische Rohre oder als Drähte ausgebildet und im Inneren eines gemeinsamen,
beheizten Anodenblocks aus Silber angeordnet. Mittels Glas oder einem Epoxyd-Harz
sind sie gegen den Amodentlock isoliert. Die Isolierung dient auch zur Halterung
und Fixierung der Kathoden.
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Des weiteren sind auch schon Meßwertaufnehmer für die transcutane
polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen vorgeschlagen worden (KIMMICH,H.P.;
SPAAN, V.G.; KRwUZER,F.: Transcoutaneous Measurement of PaO2 at 37 0C with a Triple
Electrode System, Acta Anaesth. Scand.
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Suppl. 68; 28...32 (1978)), bei welchen mehrere Kathoden in je einem
eigenen Isolierkörper angeordnet sind, der von je einer beheizten eigenen Anode
umgeben ist, wobei diese Anoden thermisch und elektrisch von einander isoliert sind.
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Schließlich wurden bei solchen Meßwertaufnehmern auch schon mehrere
Kathoden in je einem eigenen Isolierkörper innerhalb einer gemeinsamen Anode angeordnet,
die nicht beheizt ist (FATT,I. and HELEN,R.St., A Multicathode Polarographic Oxycren
Sensor and its Performance. J. Pppl.
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Physiol.27: 435...h37 (1aSa).
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Die Vorteile des Mehrkathodensvstems mit einzelnen Mikrokathoden für
transcutane Meßwertaufnehmer sind folgende: Der Meßwert, also der Partialdruck z.B.
von Sauerstoff wird über eine größere Fläche der Haut gemittelt. Gemäß der Zahl
der Kathoden wird der Meßstrom vervielfacht, ohne dáß
die funstizen
Eigenschaften der Mikrokathoden (gerin'rrer Q-Verbrauch, kurze Zeitkonstante ! verschlechtert
werden, wie es der Fall wäre, wenn man die vlviehe Vervielfachunz des Meßstromes
durch Vergrößerunx einer Kathode erzielen wollte. Voraussetzung ist allerdings,
daß der Abstand der Kathoden untereinander größer ist als der Durchmesser der einzelnen
Kathoden.
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Aufgabe Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, derartige
Meßwertaufnehmer für die transcutane polarographische Bestimmung des Partialdrucks
von Gasen noch zu verbessern, und zwar hinsichtlich der Thermostatisierung durch
die Beheizung der Anode und hinsichtlich des Wärmeüberganges an den Meßzellen zur
Haut, um die Hyperämisierung zu erhöhen und eine bessere Korrelation zum arteriellen
Partialdruck des Gases zu erreichen.
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Vorteile Mit einer Ausbildung von Meßwertaufnehmern für die transcutane
polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen gemäß der Lehre von Anspruch
1 werden diese Forderungen vorteilhaft erfüllt, ohne daß auf die günstigen Eigenschaften
bisher vorgeschlagener Mehrkathodensvsteme für transcutane polarographische Meßwertaufnehmer
verzichtet werden muß. Pa der ouerschnitt der einzelnen Meßzellen wesentlich geringer
ist als der ouerschnitt einer Meßzelle, die mehrere Kathoden enthalten soll, und
da zwischen den einzelnen Meßzellen das gut wärmeleitende Anodenmaterial in menüFend
dicker Zwischenschicht verbleibt, ist die Wärmeleitung von dem beheizten Rand des
Anodenblocks bis in die Mitte der Anode, wo die Meßzellen verteilt angeordnet sind,
nicht behindert. Diese Zwischenschichten bilden gute tTärmebrücken und T:rärmeleiter
zu den einzelnen Meßzellen und zu den Hautpartien, die unter den Meßzellen liegen,
so daß der Vorgang der Hyperämisierung sehr begünistigt wird. Die Hvperämisierung
der von den empfindlichen Teilen des Meßwertaufnehmers bedeckten Körperzone ist
daher praktisch gleichmäßig und verzögerungsfrei.
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Vorteilhafte reiterbildtmgen der wrfindunffl sind mit Unteranspruch
2 beschrieben. Um die Vorteile der Erfindung auszunützen,ist es zweckmäßig, wenigstens
drei Meßzellen der in anspruch 1 definierten Art zu verwenden und diese in den Ecken
eines gleichmäßigen Vielecks bzw. gleichmäßig auf einem Kreisumfang anzuordnen.
Dabei braucht die Dicke der verbleibenden Zwischenschichten aus dem metallischen
Anodenmaterial nicht sehr groß zu sein, so daß der gegenseitige Abstand zwischen
den einzelnen Meßzellen geringer ist als ihr Abstand vom Mantel bzw. Rand des Anodenblocks.
Dieser ist, wie an sich schon bekannt, mit einem elektrischen Heizwiderstand, vorzugsweise
in Form einer den Mantel des Blocks umgebenden Heizwicklung ausgestattet. Zur Temperaturüberwachung
und zur Steuerung der Heizleistung in dem Sinne, daß eine vorbestimmte Temperatur
im Anodenblock aufrechterhalten wird, ist zweckmäßig unmittelbar im Anodenblock
ein Temperaturfühler eingebaut, der über Leitungslitzen, die in der Signalleitung
untergebracht sind, mit der in einem entfernten Meßgerät untergebrachten Regelschaltung
für die Heizleistung in Verbindung steht, wodurch die Temperatur konstant gehalten
wird.
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Darstellunrr der Erfindung Die Erfindung wird im folgenden anhand
einer Ausführungsform eines Meßwertaufnehmers beschrieben, die in der Figur in einem
Schnitt parallel zur Aufnehmerachse dargestellt ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung
und Zeichnung hat dieser aufnehmer nur zwei Kathoden. Praktisch werden es vorzugsweise
drei oder mehr sein.
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Polarographische Meßwertaurnehmer, deren Weiterentwicklung Ziel der
Erfindung ist, haben im allgemeinen eine flache scheiben- oder plättohenförmige
Gestalt mit einem Durchmesser von 1 bis 2 cm. Die meßtechnisch wichtigen Organe
sind die Kathoden l, 2, ... vorzugsweise aus Platin bzw. Platindraht und eine Referenz-Elektrode
5 vorzugsweise aus Silber oder aus einer Silberlegierung, die bei der Ausführungsform
gemäß der Erfindung einen Anodenblock 5 bildet. In der Figur sind zwar nur zwei
derartige Kathoden 1 und 2 dargestellt, jedoch wird man vorzugsweise drei Kathoden
oder auch einige mehr verwenden. Zwischen diesen Kathoden und der Anode fließt bei
angelegter Spannung in Gegenwart von Sauerstoff ein pplarographischer Strom, der
über Signalleitungen 1 a, 2 a und 15 a einem Strommeßgerät bzw. dem Registrier-
und Auswertegerät zugeführt wird. Die Leitungen sind normalerweise in einer einzigen
Patientenleitung vereinigt.
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Gemäß der Lehre der Erfindung ist nun jede Metallkathode l, 2, ...
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innerhalb eines eigenen isolierenden Körpers, Zylinders oder Prismas
aus Glas angeordnet und bildet mit diesem Körper je eine Meßzelle Ml, M2> ...,
aus welchen die Enden der zugehörigen Kathoden in den Elektrolyt-Raum 4 hineinragen.
Dieser Elektrolyt-Raum ist nach außen von einer Membran 15 abgedeckt, welche bei
der Applikation des Meßwertaufnehmers auf die Haut- oder Körperpartie zu liegen
kommt, an welcher der Sauerstoff-Partialdruck bzw. der Partialdruck des messend
zu erfassenden Gases festgestellt und laufend messend verfolgt werden soll.
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Die genannten Organe sind in einem Grundkörper 11 vorzugsweise aus
Kunststoff eingesetzt, über den mittels eines Ringes 8 aus Kunststoff die Membran
15 unter Belassung eines dünnen Zwischenraumes 4 gespannt wird. In dem letzteren
befindet sich der pastenförmige oder flüssige Elektrolyt,der die leitende Verbindung
zwischen den Kathoden 1, 2, ... und der Anode 5 herstellt. Eine ringförmige Fassung
10 aus Kunststoff bildet den äußeren Anschluß, in den das Ende der Patientenleitung
9 mündet. Als Heizorgan dient eine elektrische Widerstandswicklung 6, die um den
Mantel des Anodenblocks 5 gelegt ist und über die Anschlußleitung 6a mit der Stromciuelle
und der Regelschaltung für die Heizleistung in Verbindun steht. Zur Kontrolle und
Regelung der Temperatur ist weiterhin in den tnodenblock 5 ein Temperaturfühler
7 eingesetzt, der über die Leitungen 7a mit der Regelschaltung in Verbindung steht.
Für eine ausreichende Hyperämisierung ohne Gefährdun der Hautpartie wird zweckmäßig
die Temneratur im Pnodenblock auf einem konstanten Wert über der normalen Körpertemperatur
gehalten. Die einzelnen Meßzellen Ml, N2 ... aus den Isolatorkörpern 1b, 2b mit
7nit den Kathoden 1, 2 ... stecken in Bohrungen des Anodenkörpers 5, die in gleichmäßiger
Verteilung im mittleren Bereich des Anodenkörpers angebracht sind.
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