DE3024203C2

DE3024203C2 - Meßwertaufnehmer für die transkutane polarographische Bestimmung des Partialdruckes eines Gases

Info

Publication number: DE3024203C2
Application number: DE19803024203
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Leist; Karl-Heinz 7800 Freiburg Pomorin
Original assignee: Hellige GmbH
Current assignee: GE Medical Systems Information Technologies GmbH
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1984-08-23
Also published as: JPS6220813B2; JPS5731845A; DE3024203A1; CH653236A5

Description

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.

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.

Polarographische Meßwertaufnehmer, deren Weiterentwicklung Ziel der Erfindung ist haben im allgemeinen eine flache scheiben- oder plättchenförmige Gestalt mit einem Durchmesser von 1 bis 2 cm. Die meßtechnisch wichtigen Organe sind die Kathoden 1,2,.., 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 polarograph!- scher Strom, der über Signalleitungen la, 2a und 13a einem Strommeßgerät bzw. dem Registrier- und Auswertegerät zugeführt wird. Die Leitungen sind normalerweise in einer einzigen Patientenleitung vereinigt

Gemäß der Lehre der Erfindung ist nun jede Metallkathode 1, 2, ... innerhalb eines eigenen isolierenden Körpers, Zylinders oder Prismas aus Glas angeordnet und bildet mit diesem Körper je eine Meßzelle Mi, M 2, ..., 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 Parfialdruck des messend zu erfassenden Gases festgestellt und iaufend messend verfolgt werden soll.

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 Patientenleilung 9 mündet. Als Heizorgan dient eine elektrische Wiederstandswicklung 6, die um den Mantel des Anodenblocks 5 gelegt ist und üb«;r die Anschlußleitung 6a mit der Stromquelle und der Regelschaltung für die Heizleistung in Verbindung steht Zur Kontrolle und Regelung der Temperatur ist weiterhin in den Anodenblock 5 ein Temperaturfühler 7 eingesetzt der über die Leitungen Ta mit der Regelschaltung in Verbindung steht Für eine ausreichende Hyperämisierung odsr Gefährdung der Hauptpartie wird zweckmäßig die Temperatur im Anodenblock auf einem konstanten Wert über der normalen Körpertemperatur gehalten. Die einzelnen Meßzellen M1, A/2... aus den Isolatorkörpern 16, 2b... mit den Kathoden 1, 2 ... stecken in Bohrungen des Anodenkörpers 5, die in gleichmäßiger Verteilung im mittleren Bereich des Anodenkörpers angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßwertaufnehmer für die transkutane polarographische Bestimmung des Partialdruckes eines Gases, insbesondere von Sauerstoff, mit

— wenigstens zwei Melallkathoden, die innerhalb einer gemeinsamen, als Metallkörper gestalteten Anode gegenseitig isoliert angeordnet sind,

— einem mit Elektrolyt gefüllten Zwischenraum entlang den dem Meßobjekt zugekehrten Flächenabschnitten der Kathoden und der gemeinsamen Anode, welcher Zwischenraum gegen das Meßobjekt mit einer für das zu messende Gas durchlässigen Membran abgeschlossen ist, und mit

— einer den Anoden^:Metahkörper erwäimenden elektrischen Heizung und einem Temperaturfühler, um den Meßaufnehmer auf konstanter Temperatur zu halten,

dadurch gekennzeichnet, daß jede Metallkathode (1,2,...) in einen eigenen elektrisch isolierenden und vom Metall der Anode (5) umgebenen stabförmigen Körper, Zylinder oder ein stabförmiges Prisma {ib, 2b, ...) aus Glas oder Kunststoff eingesetzt ist und jede aus einer derart isolierten Kathode und umgebender Anode gebildete Meßzelle (M\, M₂,...) in einer mittleren Zone des metallischen Anodenkörpers so angeordnet ist, daß ihr gegenseitiger Abstand geringer ist als ihr Abstand zu dem Teil der äußeren Wandung des Anodenkörpers, der der jeweiligen Meßzelle (M\, Mi,...) am nächsten liegt

2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

— mindestens drei Meßzellen (M_u M₂, Mj,...) sind innerhalb des metallischen Anodenkörpers angeordnet,

— die Meßzellen (Mu Mt, M3,...) sind in den Ekken eines gleichmäßigen Vielecks bzw. gleichmäßig auf einem Kreisumfang angeordnet.

3. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der einzelnen Kathoden (1, 2, 3, ...) ΙΟμιη bis 50μΐτι beträgt.

Es sind Meßwertaufnehmer für die transcutane polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen, insbesondere von Sauerstoff, im lebenden Gewebe bzw. im Blut bekannt (US-PS 39 29 605 und DE-OS 35 730), die mit einer oder mit mehreren Kathoden sowie mit einer Anode ausgestattet sind. In den genannten Fällen sind alle Kathoden, die z. 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 Anodenblock isoliert. Die Isolierung dient auch zur Halterung und Fixierung der Kathoden.

Des weiteren sind auch schon Meßwertaufnehmer für die transcutane polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen vorgeschlagen worden (KIMMICH, H. P.; SPAAN, V. G.; KREUZER, F.: Transcoutaneous Measurement of ρ_οθ2 at 37° C with a Triple Electrode System, Acta Anaesth. Scand. 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 disse Anoden thermisch und elektrisch von einander isoliert sind.

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 Oxygen Sensor and its Performance. J. AppL Physiol. 27; 435... 437 (1969)).

Die Vorteile des Mehrkathodensystems 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 Meißstrom vervielfacht ohne daß die günstigen Eigenschaften der Mikrokathoden (geringer O2-Verbrauch, kurze Zeitkonstante) verschlechtert werden, wie es der Fall wäre, wenn man die gleiche Vervielfachung des Meßstromes durch Vergrößerung einer Kathode erzielen wollte. Voraussetzung ist allerdings, daß der Abstand der Kathoden untereinander größer ist als der Durchmesser der einzelnen Kathoden.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die Eigenschaften von Meßwertaufnehmern für die transcutane polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen durch die Verwendung von gegeneinander isolierten Mehrfachkathoden zu verbessern hinsichtlich des Wärmeübergangs vom Meßwertaufnehmer zur Meßstelle im Körpergewebe und hinsichtlich der Mittelung des Meßwerts über eine im Vergleich zu Meßwertaufnehmern mit Einzelkathoden größere Hautfläche unter Beibehaltung der günstigen Eigenschaften von Mikrol'.athoden, um die Hyperämisierung zu erhöhen und eine bessere Korrelation zum Partialdruck des Gases zu erreichen.

Mit einer Ausbildung von Meßwertaufnehmern für die transcutane polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen gemäß der Lehre von Anspruch 1 wird diese Aufgabe vorteilhaft gelöst, ohne daß auf die günstigen Eigenschaften bisher vorgeschlagener Mehrkathodensysteme für transcutane polarographische Meßwertaufnehmer verzichtet werden muß. Da

so der Querschnitt der einzelnen Meßzellen wesentlich geringer ist als der Querschnitt einer Meßzelle, die mehrere Kathoden enthalten soll, und da zwischen den einzelnen Meßzellen das gut wärmeleitende Anodenmaterial in genügend 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 Wärmebrücken und Wärmeleiter zu den einzelnen Meßzellen und zu den Hauptpartien, die unter den Meßzellen liegen, so daß der Vorgang der Hyperämisierung sehr begünstigt wird. Die Hyperämisierung der von den empfindlichen Teilen des Meßwertaufnehmers bedeckten Körperzone ist daher praktisch gleichmäßig und verzögerungsfrei.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind im Unteranspruch 2 beschrieben. Um die Vorteile der Erfindung auszunützen, ist es zweckmäßig, wenigstens drei Meßzellen der in Anspruch 1 definierten Art zu