DE3026643A1

DE3026643A1 - Vorrichtung zur messung der gaskonzentration im blut

Info

Publication number: DE3026643A1
Application number: DE19803026643
Authority: DE
Inventors: Dawood Parker
Original assignee: Brattle Res & Dev Ass
Current assignee: Brattle Res & Dev Ass
Priority date: 1979-07-23
Filing date: 1980-07-14
Publication date: 1981-02-19
Also published as: US4265250A; NL8004218A; DK314580A; GB2055476A; FR2461483A1; JPS5657437A

Description

Brattle Research & Development Associates, Cambridge, MA (USA)

Vorrichtung zur Messung der Gaskonzentration im Blut

9.7.80 41 258

130008/0878

Vorrichtung zur Messung der Gaskonzentration im Blut

Die Erfindung betrifft Elektroden zur Messung der Gaskonzentration im Blut.

Es ist oft erwünscht, den Sauerstoffgehalt von Blut ohne Entnahme einer Blutprobe zu messen (z.B. Fötusüberwachung während der Entbindung). Die kann durch Messen des aus den an der Hautoberfläche liegenden Poren austretenden Sauerstoffes des sogenannten transkutanen Sauerstoffpartialdruckes (tpPOp) gemessen werden. Die Messung wird bekanntlich durch Befestigen einer Elektrode mit einer Sauerstoff durchlässigen Membrane auf der Haut vorgenommen. Eine derartige Elektrode ist in dem Aufsatz von Eberhard "An Introduction to Cutaneous Oxygen Monitoring in the Neonate", Hoffmann-La Roche & Co., 1976, beschrieben. Der Sauerstoff dringt durch die Membrane in einen Elektrolytbereich. Der Sauerstoffanteil wird durch Messen des durch das Elektrolyt von einer Anode zu einer Kathode fliessenden Stromes bestimmt. Ein Heizelement in der Elektrode erwärmt die Haut, um die Sauerstoffabgabe zu stimulieren.

Anode, Kathode, Elektrolytbereich und Heizelement sind in einer wiederverwendbaren Einheit enthalten. Die Membrane wird nach jeder Anwendung entfernt, um neues Elektrolyt zuzuführen. Es ist wichtig, die angehobene Temperatur der Elektrode innerhalb eines engen Temperaturbereichs aufrechtzuerhalten, um die Messgenauigkeit sicherzustellen. Die Elektrode ist geeicht.

Es wurde festgestellt, dass diese Elektroden billiger herstellbar und durch Unterteilung der Elektrode in einen wiederverwendbaren Unterteil und einen mit der Haut in Be-

-3-

130008/0678

rührung bringbaren Wegwerfteil einfacher gehandhabt werden können. Der Wegwerfteil enthält' Anode, Kathode, Elektrolyt und Membrane. Der Unterteil enthält ein Heizelement und
Mittel zur Wärmeleitung und Stromleitung zum Wegwerfteil. Nach jedem Gebrauch wird der Wegwerfteil durch einen neuen ersetzt, wobei gegenüber der bekannten Ausführung, bei der die Membrane abgenommen wird, Elektrolyt hinzugegeben und geeicht wird, weniger Zeit benötigt wird. Der wiederverwendbare Unterteilt muss nur einmal geeicht werden, wenn
er das Heizelement enthält.

Bei einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Membrane im Elektrolytbereich durch Eintauchen in eine Lösung, die in einem die Aushärtung erlaubenden Lösungsmittel gelöst ist, mit einem Ueberzug versehen. Bei der Anwendung wird die Membrane durch Aufbringen eines Elektrolyttropfens auf die Aussenseite der Membrane aktiviert,
wobei abzuwarten ist, bis das Elektrolyt die Membrane
durchdrungen hat. Die Wärme und der elektrische Strom werden über Gewindeteile an den Unterteil und ein metallisches Organ (z.B. aus Silber), das die Anode bildet, übertragen. Die Kathode ist eine Nadel (z.B. aus Platin),
die innerhalb der ringförmigen Anode montiert ist und von dieser z.B. durch ein Glasteil elektrisch isoliert ist.
Der elektrische Strom gelangt über einen federnden Kontaktteil im Unterteil an die Kathode. Die Membrane besteht aus Polyhydroxy-ethylmethacrylat und die Temperaturfühler (z.B. Thermistoren) sind im Unterteil angeordnet, um einen Alarm abzugeben, wenn die Temperatur einen bestimmten Wert übersteigt. Der Tauchüberzug schafft sehr dauerhafte Membraneneigenschaften und erlaubt somit, dass die Eichung (Nulleinstellung und Verstärkung) für die Gaskonzentration nur

-4-

130008/0678

anfangs vorgenommen werden muss und nicht bei jedem neuen Wegwerfteil wiederholt werden muss. Bei anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird vor dem Ueberziehen der Membrane ein Ueberzug aus trockenem Elektrolytsalz aufgebracht und die Elektrode wird durch Aufbringen eines Wassertropfens aktiviert.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Schnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Unterseite der in Fig. dargestellten Vorrichtung, die die Membrane, Kathode und Anode zeigt, und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Messung transkutanen Sauerstoffdruckes (t^POp)- Die Vorrichtung 10 besteht aus einem wiederverwendbaren Unterteil 12 und einem mit der Haut in Berührung bringbaren Wegwerfteil 11.

Der Unterteil 12 hat eine gerändelte "Delrin" Kappe (1,5 cm fi, 0,9 cm hoch), die einen Innenteil 25 aus rostfreiem Stahl umschliesst. In einem ringförmigen Spalt 15 zwischen der Kappe 13 und dem Innenteil 24 ist eine Heizwicklung 14 (Kupferdraht, 200 0hm) angeordnet. Zwei Thermistoren 16,18 (100 kn./ 25⁰C, Fenwal) sind in der Basis des Innenteils 24 nahe bei einem Innengewinde 21 eingebettet. In das Innengewinde 21 ist ein Gewindeansatz des Wegwerfteils \l einschraubbar. Ein Federkontakt 20 aus Phosphorbronze ragt nach unten in das Zentrum des Unterteils und ist in einer Epoxyvergussmasse 25 gehalten. Der Kontakt

-5-

130008/0678

20, der Innenteil 24 und die Thermistoren 16,18 sind über Drähte eines Kabels 22 mit einer bekannten, elektronischen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) verbunden.

Der Wegwerfteil 11 hat eine gerändelte "Delrin" Kappe

28 (2,0 cm i), die ein rundes Organ 32 aus Silber umschliesst, Die Stirnfläche dieses Organs 32 bildet eine Anode 31. Die Kappe 28 weist eine ringförmige Rille 27 und einen O-Ring

29 auf, um Unterteil 12 und Wegwerfteil 11 miteinander abzudichten. Das Organ 32 hat einen Gewindeansatz 33, der in das Innengewinde 21 des Unterteils 12 einschraubbar ist. Im Organ 32 ist mit Epoxy ein zentraler Glasisolator 34 befestigt. Im Glasisolator 34 ist mit Epoxy eine Nadel 36 (25 Mikron j5) befestigt, deren Ende eine Kathode 37 bildet. Die mit der Haut in Berührung kommende Unterseite des Wegwerfteils 11 wird in eine Lösung aus Polyhydroxy-ethylmethacrylat (PHEMA), das in einem Lösungsmittel gelöst ist, getaucht. Das Lösungsmittel verdampft, um durch eine wasserdampfdurchlässige Membrane 40 auszutreten (Fig. 1 und 2). Der Rand der Membrane 40 wird dann mit einem Ring 30 verklebt, um die Membrane 40 zu halten.

Bei der Anwendung der Vorrichtung werden zuerst der Thermistor 16, die Heizwicklung und die elektronische Steuereinrichtung so geeicht, dass die Sollbetriebstemperatur (entweder 44⁰C oder 45⁰C) erzeugt wird. Das Eichen wird einmal für das Unterteil 12 durchgeführt und muss beim Einsetzen eines neuen Wegwerfteils 11 nicht jedesmal wiederholt werden.

Um auf der Haut eine Sauerstoffmessung vorzunehmen, wird ein neuer Wegwerfteil 11 in den Unterteil 12 eingeschraubt und durch Aufbringen eines Tropfens einer Elektrolytlösung (Salzlösung) auf die Oberfläche der Membrane 40

-6-

130008/0678

aktiviert. Die Lösung durchdringt die Membrane 40, um eine Elektrolytlösung 38 zwischen der Membrane und Anode 32 und der Kathode 36 zu bilden. Bei der PHEMA-Membrane beträgt die Durchdringungszeit ca. 60 Sekunden.

An die Heizwicklung wird nun Spannung angelegt, um die Vorrichtung, die mit der Haut nicht in Berührung ist, auf die Gleichgewichtstemperatur (44⁰C oder 45⁰C) zu erwärmen. Ist eine Sauerstoffeichung vorzunehmen, werden die elektronischen Elemente so eingestellt, dass ihre Ausgangssignale dem Partialdruck von Umgebungssauerstoff entsprechen. Bei einem barometrischen Druck von 760 mm Quecksilbersäule und einer Vorrichtungstemperatur von 44⁰C, beträgt der Partialdruck von O₂ in Luft (die 20,9% O₂ enthält) 145 mm Quecksilbersäule. Eine weitere Korrektur für den Dampfdruck von Wasserdampf wird auch vorgenommen, weil die Vorrichtung im Betrieb mit Wasser auf der Haut dauernd in Kontakt ist .

Die Vorrichtung wird dann mittels Hafttellern, ähnlich denen bei EKG-Apparaten,auf der Haut befestigt. Es ist eine Wartezeit von ca. 20 Minuten erforderlich, damit sich die Kappilaren für die Freigabe von Sauerstoff ausreichend erweitern. Nach Abschluss der Messung wird der Wegwerfteil 11 von dem Unterteil 12 abgeschraubt und weggeworfen.

Die Temperatur des Elektrolyten wird durch die über den Stahlteil 24 und die Anode 32 übertragene Wärme der Heizwicklung 14 aufrechterhalten. Der Thermistor 16 wird als Schaltelement für die Heizwicklung 14 verwendet, um die Abweichung der Anodentemperatur von der Solltemperatur innerhalb von 0,2⁰C zu halten. Der Thermistor 18 dient als Sicherheitsschalter, der bei zu hoher Temperatur Alarm auslöst.

-7-

130008/0678

lieber die Kathode 36 und Anode 32 wird eine Spannung (z.B. 800 mV) angelegt. Der Glasisolator 34 bildet einen hohen Widerstand, so dass sehr kleine Elektrolytströme

-9

(ca. 10 A) gemessen werden können. Die durch das Epoxyd geschaffene sehr gute Verbindung zwischen Glas und Kathode, stellt sicher, dass nur die Vorderfläche der Kathode dem Elektrolyt ausgesetzt ist. Dadurch werden Aenderungen des Ausgangsstroms vermieden, die aufgrund von Aenderungen im freiliegenden Kathodenflächenbereich auftreten.

Wie Fig. 3 zeigt, kann z.B. ein Ueberzug aus Elektrolytsalz, wie KCl, das in Methylzellulose dispergiert ist, vorher als Membranenüberzug aufgebracht,und als Aktivierungslösung für die Elektrolytlösung kann Wasser angewendet werden. In diesem Fall muss die Membrane nur wasserdampfdurchlässig sein und das Polyhydroxy-ethylmethacrylat kann somit durch PVC oder Polystyrol ersetzt werden. Bei diesem Material vergehen ca. 20 bis 50 Minuten bis der Wasserdampf durchdringt. Um diese Zeit zu verringern, sind'die Wegwerfteile in feuchten Behältern aufzubewahren.

-8-

130008/0678

ZUSAMMENFASSUNG

Die Vorrichtung hat einen mit der Haut in Berührung bringbaren Wegwerfteil {11) und einen wiederverwendbaren Unterteil (12), die miteinander verschraubt werden.

Der Wegwerfteil (11) enthält eine Anode (31), eine
Kathode (37),ein Elektrolyt (38) und eine Membrane (40). Der Unterteil (12) enthält ein Heizelement (14) und Mittel zur Uebertragung der Wärme und des elektrischen Stromes
an den Wegwerfteil.

Durch die Unterteilung in Wegwerfteil und Unterteil kann das Unterteil auf die Betriebstemperatur unabhängig vom Wegwerfteil geeicht werden.

(Fig. 1)

-9-

130008/0678

M.

Leerseite

Claims

PATENTANSPRUECHE

/. Vorrichtung zur Messung der Gaskonzentration im Blut, gekennzeichnet durch einen mit der Haut in Berührung bringbaren Wegwerfteil (11), der einen ersten Halteteil, eine am Halteteil befestigte Anode und Kathodenelektrode und eine mit der Haut in Berührung bringbare für das Gas durchlässige Membrane aufweist, die benachbart zu den Elektroden am Halteteil montiert ist, durch einen wiederverwendbaren Unterteil (12), der einen zweiten Halteteil, ein Metallorgan, das am zweiten Halteteil montiert ist, eine Heizquelle zum Erwärmen des Wegwerfteils (11), einen elektrischen Kontaktteil und Mittel aufweist, um das Metallorgan und den Kontaktteil an ein elektrisches Kabel anzuschliessen und ein elektrisches Potential zwischen diesen zu erzeugen, und durch Verschlussmittel, um das Metallorgan mit der einen Elektrode und den Kontaktteil mit der anderen Elektrode in Kontakt zu bringen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle Mittel zum Erwärmen des Metallorgans aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kontakt mit dem Metallorgan stehende Elektrode, die Anode bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel am Unterteil und Wegwerfteil ausgebildete Gewindeteile sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode ein ringförmiges Element ist, das die Kathode umschliesst.

9.7.80 -1- 41 258

130008/0678

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ueberzug aus trockenem Elektrolytsalz im Elektrolytbereich vorgesehen ist, welcher Salzüberzug unterhalb der Membrane liegt, wobei der Wegwerfteil durch Aufbringen von Wasser auf die Aussenseite der Membrane aktivierbar ist, welches Wasser die Membrane durchdringt und den Ueberzug auflöst, um eine Elektrolytlösung zu bilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytbereich vor der Inbetriebnahme frei von Elektrolyt ist, und dass die Membrane für Wasserdampf und Elektrolytionen durchlässig ist, wobei der Wegwerfteil durch Aufbringen einer die Membrane durchdringenden Elektrolytlösung auf die Aussenseite der Membrane aktivierbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane aus Polyhydroxy-ethylmethacrylat besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane aus PVC oder Polysterol besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane am Wegwerfteil über die Enden durch Aufbringen eines Ueberzugmaterials aufgelegt ist, das in einem Lösungsmittel gelöst ist und den Ueberzug aushärtet.

-Z-

130008/0678