-
Einrichtung zur punktuellen Messung des Abstandes
-
der Grenzflächen von Objekten, insbesondere solchen der m- und Veterinedizin
Einrichtung
zur punktuellen Messung des Abstandes der Grenzflächen von Objekten, insbesondere
solchen der Human- und Veterinärmedizin Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur punktuellen Messung des ßbstandes der Grenzflächen von Objekten, insbesondere
solchen der Human- und Veterinärmedizin.
-
In der Human- und auch Veterinärmedizin ist es oftmals erforderlich,
den Verlauf van Größenänderungen eines Organes während eines bestimmten Zeitraumes
zu erfassen, um Rückschlüsse auf die Intensität der Ursache einer Organveränderung
schließen zu können oder aber um den fir die Voraabme eines chirurgischen Eingriffes
günstigsten Zeitpunkt ermitteln in zu können. So ist es beispielsweise im Bereich
der Geburts-Medizin wichtig, die Eröffnung des Muttermundes während des Geburtsvorganges
nach Möglichkeit genau zu erfassen, um z.B. eine Ge burtsverzögerung rechtzeitig
zu diagnostizieren.
-
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Muttermundsweite
und des Tiefertretens des vorangehenden Teiles des Feten während der Entbindung
bekannt geworden.
-
So kennt man das manuelle Verfahren, im Bahmen dessen die Messung
der Muttermundsweite ca. in zweistündigem zustand durch eine Abtastung des Muttermundes
mit dem Mittel- und Zeigefinger, die durch die Scheide eingeführt werden. Das Tiefentreten
des vorangehenden Teiles wird mit dem
Zeigefinger geprüft und zur
Verbindungslinie der rchten und der linken Spina ischiadica in Beziehung gesetzt
(sog. Interspinallinie).
-
Nachteile: Die Genauigkeit des Verfahrens ist unbefriedigend und abhängig
von der Erfahrung des Untersuchenden. Eine kontinu@erliche Messung ist nicht möglich.
Durch die wiederholte manuelle Untersuchung kommt es zu einer erhöhten Gefahr der
Infektion der Geburtswege.
-
Weiterhin hat man bereits ein mechanisches Verfahren versucht, um
die Muttermundweite und das Tiefertreten des vorangehenden Teiles mechanisch zu
messen m i außerhalb der Scheide anzuzeigen.
-
Als mechanisches Ubertragungsglied diente ein scherenförmiges Gebilde,
das mit einer Klemmvorrichtung an den gegenüberliegenden Muttermundpartien befestigt
wurde. Die Ablesung der Muttermundsweite erfolte auf einer an dem äußeren Toll der
Schere befestigten Skala.
-
Nachteile: Die mechanische Meßapparatur ist unhandlich und für die
Gebärende beschwerlich, da ihr aus der Scheide ständig ein starres Instrument herausragt;
eine kontinuierliche Registrierung ist nicht möglich.
-
Auch die bisher bekannt gewordenen elektromechanischen Verfahren sind
nachteilig. Dabei handelt es sich einmal um eine kontinuierliche Rgistrierung des
Geburtsfortganges, bei der das mechanische verfahren so erweitert wurde, daß durch
die
Schere ein elek*rischer Geber (Potentiometer, DMS) betätigt
wird. Dadurch wurde eine kontiunierliche Registrierung der mechanischen Größe mit
einem elektrischen Schreiber möglich. Die Art der elektromechanischen Messung wurde
auch zur Messung des Tiefertretens des vorangehenden Teiles benutzt. Auch zur Durchführung
dieses Verfahrens wird eine sehr unhandliche Apparatur erforderlich.
-
Die Patientin empfindet das eingeführte Instrument als unangenehm.
Allerdings ist eine kontinuierliche Registrierung auf dem Schreiber vorhanden.
-
Weiterhin gestattet das Ultraschall-Verfahren eine Messung der Muttermundsweite
ohne mechanische Übertragungsglieder. Ein Ultraschallsender, der an dem Muttermundrand
befestigt wird, sendet ein Echallfeld aus, das von einer Empfangssonde, die der
Sande diametral gegenüber befesti; wird, empfangen wird. Durch eine Laufzeitmessung
kann bei konstanter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schallfeldes der Abstand der
Sonden bestimmt werden. Die Nachteile bestehen darin, daß für eine genaue Messung
eine konstante Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls erforderlich ist. Bei geschichteten
Medien unterschiedlicher Konsistenz ist das oft nicht der Fall. Nicht ausschließbare
Lufteinschlüsse führen zu erheblichen Messungsungenauigkeiten. Eine Änderung des
Meßergebnisses durch Drehen und Kippen der Sonden gegeneinander ist durch die Richtcharakteristik
der Sanden nicht auszuschließen.
-
Eine Messung des Höhenstandes des vorangehenden Teiles in Bezug auf
die Spina ischiadica ist noch nicht beschrieben worden.
-
Es sind weiterhin zwei magnetische Verfahren zur Messung und Überwachung
der fortschreitenden Erweiterung der Uterusöffnung bekanntgeworden.
-
Das eine Verfiahren verwendet zwei Sonden, eine Meßsonde und eine
tpfnssonde, die an zwei gegenüberliegenden Punkten des Muttermundes befestigt werden.
Die Entfernungsmessung beruht dann auf der gesetzmäßigen Abnahme der magnetischen
Feldstärke mit dem Sondenabstand. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Notwendigkeit,
die Sonden so an den Lippen des Gebärmuttermundes zu befestigen, daß diese sich
nicht gegeneinander drehen können. Auch Schrägstellunge der Achsen dieser Sonden,
die sich während des ft schreitenden Öffnens des Muttermundes einstellen könnten,
würden das Meßergebnis verfälschen. Eine derartige lagesichere Befestigung der Sonden
an den Muttermundlippen ist nicht möglich, Bei einem weiteren magnetischen Verfahren
werden zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Hallsonden zur Ausmesse des Feldes
eines Permanentmagneten verwendet.
-
Auch in diesem Falle beruht also die Entfernungsmessung auf der Veränderlichkeit
des Feldgradienten mit sich ändernder Entfernung der Sonden von dein Permsnentmagneten.
Dieses System ist insofern nachteilig, weil eine genaue Entfernungserfassung nur
dann erfolgen kann, wenn sieh die Sonden in einer einzigen, definierten Ebene relativ
zueinander bewegen. Jede Drehung oder Kippung der Sonden im Verlauf der for@ schreitenden
Muttermundserweiterung verfälscht das Meßergebnis. Hinzu kommt, daß die Messung
mit
zunehmendem Abstand der beiden Sonden ungenau wird, weil der
Einfluß des überlagerten Magnetfeldes der Erde zun:st.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur punktuellen
Messung des Abstandes der Grenzflächen von Objekten, insbesondere solchen der Human-
und Veterinärmedizin zu schaffen, die zur genauen Messung des punktuellen Abstandes
von Grenzflächen ledilich zwei Sonden, jedoch kein Permanentfeld benötigt, wobei
das Meßergebnis bezüglich möglicher Dreh- und Kippbewegungen der Sonden zueinander
invariant sein soll. erner soll die erfindungsgemäße Einrichtung auch Entfermungen
oberhalb der bisher durch ähnliche Einrichtungen sicher anzeigen.
-
Die erfindungsgemäße Einrichtung soll schließlich in allen Medien,
die eine relative Permeabilität von 1 haben, anwendbar sein.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine an einer Grenzflaohe
zu befestigende Empfangssonde, deren jede magnetische Dipole in Form von drei senkrecht
aufeinander stehend auseriehteten Induktivitäten entbt, wobei die Induktivitäten
der Empfangssonde korrespondierende Spannungen erzeugen, deren he als Maß für den
Grenzflächen abstand dient und über einen programmierten Compute ausgewertet sowie
zur Anzeige gebracht wird.
-
Es handelt sich hier also um ein modifiziertes magnetisches Verfahren,
das es ermöglicht, die Bestimmung der tfernu zweier Sonden voneinander unabhängig
von dem medium zwischen diesen Sonden, solange dieses nur eine relative Permeabilität
von 1 hat, vorzunehmen. Diese Permeabilität ist jedoch für den wichtigsten Fall
der Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung, im oder am menschlichen Körper,
stets gegeben. Die Sonden innerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung, die lediglich
aus drei Induktivitäten bestehen, deren Achsen entsprechend den Achsen eines orthogonalen
räumlichen Koordinatensystems angeordnet sein müssen, können sehr klein bemessen
werden. Die Sonden lassen sich ohne weiteres an zahlreichen Organen des Meschlichen
und auch des tierischen Körpers befestigen, um Abstandesmessungen vornehmen zu können.
-
Weitere Merkmale der ?findung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung
dargestellte Ausführungsbeispiel einer derartigen Einrichtung näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der die Induktivitäten darstellenden
Wicklungen einer Sende- oder Empfangssonde,
Fig. 2 die Stirnansicht
eines Wickelkernes zum Aufbringen der Induktivitäten gem. Fig. 1, Fig. 3 die perspektivische
Darstellung eines Wickelkernes gem. Fig. 2 mit eingezeichnetem Zentimeter-Maßstab
zur Veranschaulichung der Größenordnung, Fig. 4 eine erfindungsgemäße Sonde im Schutzgehäuse,
im unvergossenen Zustand, Fig. 5 ein Blockschaltbild der Steuerung der Sendesonde,
Fig. 6 ein Blockschaltbild der Steuerung der Empfangssonde und Fig. 7 ein Flußdiagramm
der Sondensteuerung und des Rechenprogrammes.
-
Gem. flg. 1 dient als Sonde eine Anordnung von von duktivitäten 1,
2 und 3, die in einem orthogonalen Raumkoordinatensystem angeordnet sind. Diese
Induktivitäten 1, 2 und 3 entsprechen den nicht dar stellten, in gleicher Weise
angeordneten Induktivitäten einer Empfangssonde, die identisch mit der Sendesonde
aufgebaut ist.
-
Jede Induktivität 1, 2 oder 5 stellt einen magetischen Dipol dar,
des im Nahfeld erzeugte mag netische Beldstarke gemessen werden kann.
-
Innerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung werden die Induktivitäten
1, 2 und 3 der Sende sonde nacheinander, ohne Überlappung mit einer sinusförmigen
Spannung von 50 KHz erregt.
-
Gem. Fig. 1 erstrecken sich die Achsen der drei Induktivitätem Lx,
Ly und Lz, die auf einen aus drei mit mittiger Durchdringung senkrecht aufeinander
stehenden Zylindern 1, 2 und 3 gewickelt sind,-der aus Fig. 3 ersichtlich ist, mit
ihren Längsachsen in Richtung von drei Koordinatenashsen eines orthogonalen Raumkoordinatensystems.
-
Die drei sich kreuzenden Wickelzylinder 1, 2 und 3 bilden, wie Fig.
3 zeigt, einen sternförmigen Wickelkörper mit sechs Armen, deren jeder mit einer
In@duktionsspule (in Fig. 1 als I:ndutivität L b#zeichnet) bewickelt ist. Um diesem
mechanischen Aufbau Rechnung zu tragen, sind die Induktivitäten L in Fig. 1 auf
ihrer zugehörigen Koordinatenachse in zwei Teilwicklungen unterteilt schematisch
dargestellt.
-
Der Aufbau des Wickelkörpers geht aus der schematischen Darstellung
gem. Fig. 2 hervor. Danach sind in den Bohrungen 4 eines jeden der Wickelkerne 1,
2 und 3, Kerne 5 aus magnetisierbarem Material angeordnet, wie dies beispielsweise
unter der Bezeichnung "Ferrocube" bekanntgeworden ist. Weiterhin trägt jede Wickelkernhälfte
eine Wicklung 6. Da die erfindungsgemäße Sonde möglichs
kleine
Abmessungen haben soll, werden hier beispielsweise Wicklungen 6, bestehend aus einhundertfünfundsiebzig
Windungen aus einem Kupferlackdraht von nur 0,05 mm Durchmesser verwendet. Die Schaltung
der einzelnen Wicklungen 6 folgt aus Fig. 1, wobei die Anschlüsse über ein dreiadriges
abgeschirmtes Kabel mit der jeweiligen Meßapparatur, die hier nicht dargestellt
worden ist, verbunden.
-
Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Sonde am Schutzgehäuse, wobei jedoch
die Anschlüsse noch nicht vergossen sind, wie es später fur den praktischen Einsatz
der Sonde erforderlich ist.
-
Mit Hilfe des Blockschaltbildes gen. Fig. 5 soll die Funktion der
Sendeeinrichtung, die die Erregung der einzelnen Dipole vornimmt, beschrieben werden:
Der Generator 7 erzeugt eine Sinusspannung mit einer F Frequenz von 50 . Diese Spannung
wird mit einen Demultiplexer, der vom Rechner gesteuert wird (Steuereingänge a1,
a2) den drei Induktivitäten Lxs, Lys, Lzs zugeordneten Endstufen (9, 10 11) zugeführt.
-
Der Aufbau der Empfangsanlage geht aus dem Blockschaltbild in Fig.
6 hervor. Danach erfolgt das Ausmessen der einzelnen Feldstärkekomponenten des von
den Sendedipolen erzeugten Feldes mit den aus den Induktivitäten Lx@, L@@, Lz@ und
der Kapazität a gebildeten Schwingkreisen 13, 14 und 15 gebildeten
vorgenommen.
Ein nachgeschalteter, vom Rechner über die Steuereingänge a2 und a3 gesteuerter
Multiplexer 15 legt die an don drei Schwingkreisen 13, 14 und 15 induzierten rPrnungen
nacheinander an einen sog. "Autoranging Amplifier" 16, dessen Verstärkung über die
Steuereingänge a4, a5 und a6 so gesteuert wird, daß stets eine optimale Aussteuerung
gegeben ist. Diese Verstärkung kann beispielsweise vom Rechner in folgenden Stufen
verändert werden: V-1024; 128; 8; 0,5.
-
Durch diesen Aufbau des Verstärkers laßt sich der große Dynamikumfang
der Eingangsspannung (ca.
-
60 dB) gut beherrschen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 16 wird
einem Effektivwert-Gleichrichter 17 zugeführt, dessen Ausgangsspannung einer vom
Rechner über den Eingang a7 gesteuerten "Sample and Hold" zugeführt. Der 8 Bit-Analog-Digitalwand-1er
19 stellt den digitalisierten Meßwert über den Ausgang 20 dem Rechner zur Verfügung.
-
In Fig. 7 ist das Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt,
das im folgenden näher erläutert wird: Wegen der außerordentlichen Kleinheit der
erfindungsgemäßen Einrichtung, deren Größe aus Fig.4 wegen des dort mit eingezeichneten
Vergleichsmaßstabes besonders deutlich hervorgeht, kann diese Einrichtung in vielen
Fällen Anwondung finden, in donen bisher eine exakte Abstandmessung nicht möglich
war. Hierzu gehören nicht nur die bereits
erwähnten Anwendungsfälle
innerhalb und am mensch, lichen Körper, sondern es können beispielsweise auch Entfernungsmessungen
an Objekten, die sich unter Wasser befinden und deshalb nicht ohne weiteres zugänglich
sind, vorgenommen werden. Das gleiche gilt für die Dickenbestimmung an geschick,
teten Medien.
-
Der Ablauf der ständigen Erfassung der zu messenden Entfernung der
Sonden (Sendesonde und Empfangssonde) einer erfindungsgemäßen Einrichtnng wird im
folgenden unter Heranziehung des Flußdiagrammes gern. Fig.? erläutert. Sämtliche
Vorgänge laufen vollautomatisch ab.
-
Vorausgeschickt seien die Definitionen der einzelnen Variablen des
Computerprogrammes: n: Indexzähler der drei Sendedipole Lxs, Lys und Zs.
-
Lxs : n=0, Lys : n=1, Lzs : n=2.
-
m: Indexzähler der drei Empfangsdipole Lxe, Lye und Lze.
-
Lxe : m=0, Lye : m=1, Lze : m=2 p: Indexzähler des Verstärkungsfaktors
v des "Autoringing Verstärkers". Nimmt ab mit stufenweiser Erhöhung der Zählstufe,
also P r 0 bei vX 1024
p = 1 bei v = 128 p r 2 bei v = 8 p = 3
bei v r 1.
-
Die Variation des Verstärkungsfaktors v ist erforderlich, um eine
eindeutige Aussage über die åeweils vorliegende tatsächliche Empfangsspannung zu
erhalten. Zeigt beispielsweise das Gerät bei p r O also v I 1024, einen Voll-Ausschlag
(EF) des AD-Wandlers an, so besteht die Möglichkeit, daß die tatsächliche Empfangsspannung
größer ist, als der maximale Ausschlag des Gerätes und mlthin nicht angezeigt werden
kann. In diesem Falle wird der Ver; stärkungsfaktor stufenweise herabgesetzt, also
zunächst auf p » 1 (V=128). Zeigt jetzt das Gerät eine Empfangsspannung unterhalb
der maximalen Anzeige an, so steht fest, daß diese und nur diese Empfangsspannung,
unter Berücksichtigung des Verstärkungsfaktors, dem systemimmanenten Zusammenhang
zwischen Sondenabstand und Empfangsspannung entspricht, mithin die tatsächliche
Entfernung indiziert wird.
-
Sollte auch bei p = 1 immer noch die Maximalanzeige (FF) erfolgen,
so wird p fortlaufend stufenweise erhobt, bis eine im Anzeigebereich liegende Anzeige
der Empfangsspannung @erfolgt.
-
In der Stufe A des Flußdiagranmes gem.Fig. 7 werden sämtliche Indexzähler
m, n und p auf Null gesetzt.
-
Damit ist die Ausgangsbedingung hergestellt.
-
In der Stufe B wird der erste Sendedipol Ln mit n I O erregt, In der
Stufe C wird der Empfangsdipol Lm mit m I 0 abgefragt, also die Empfangssonde Lxe
eingeschiltet.-In der Stufe D wird die Empfangsspannung an Lm gemessen. Stellt sich
heraus, daß diese Empfangs-Spannung zu groß ist, also die maximal mögliche Anzeige
übersteigt und somit keine Aussage über den tatsächlichen Sondenabstand liefert
(Stufe F), so wird p erhöht und damit der Verstärkungsfaktor v verringert. Die Erhöhung
von p, die in drei Stufen erfolgt, kann bis zu einme Verstarkungsfaktor von 1 durchgeführt
werden. Sobald jedoch bei einem bestimmten Verstärkungsfaktor die gemessene Spannung
innerhalb des Anzeigebereiches liegt, ist die Erfassung der Spannung des Empfangsdipols
Lm beendet und es wird in der Stufe F der gemessene Wert der Empfangsspannung gespeichert.
-
In der Stufe G wird außerdem die zugehörige Verstärkung p gespeichert.
-
In der Stufe H wird danach der nächste Empfangsdipol Lm mit m = 1
(Empfangssonde L@@) eingeschaltet, wobei p wieder auf 0 (v=1024) gesetzt wird.
-
Jetzt wiederholt sich das in den Stufen C - G zuvor abgelaufene Funktionsspiel
in der Funktionsstufe I, bis sämliche Enpfangsdipole Lm mit m = 0,1 und 2 abgefragt
worden sind.
-
Danach springt der Computer zur Funktionsstufe C zurück. Der Abfragezyklus
sämtlicher Empfangsdipole hinsichtlich ihres Empfangsverhältnisses zum ersten Sendedipol
Ln (Lxs) ist beendet und in der Funktionsstufe K wird der nächste Sendedipol L mit
n . 1 eingeschaltet. Es beginnt ein neuer Abfragezyklus der Empfangsdipole Lm, wie
zuvor beschrieben.
-
Die Bunktionsstufe L entscheidet darüber, ob er neut zur Funktionsstufe
B zurückgeschaltet werden muß, oder nicht. Ist der letzte Abfragezyklus mit n =
2, erreicht, also sämtliche Empfangsdipole Lm gegenüber der letzten Sende sonde
Lze abgefragt, so liegen in der Funktionsstufe M neun Werte der Empfangs Spannungen
soiwe neun Werte der jeweils zugehörigen Verstärkungsfaktoren vor und der Rechner
kann jetzt das Auswerteprogramm durchführen. Das Rechenergebnis wird in der Funktionsstufe
N in einem Display digital angezeigt. Gleichzeitig wird ein neuer Meßzyklus durch
Rücksprung auf den Beginn
der Funktionsstfe A eingeleitet.
-
Sämtliche geschilderten Funktionen laufen fortlaufend automatisch
ab, so daß eine ständige Anzeige des jeweils gegebenen Sondenabstandes und damit
der zu erfassnden Strecke erfolgt.