DE3128107C2

DE3128107C2 - Pulse-heated thermoelectric flow measuring device for living tissue

Info

Publication number: DE3128107C2
Application number: DE3128107A
Authority: DE
Inventors: Peter Prof. Dr.rer.nat. 4400 Münster Sorger
Original assignee: GMS Gesellschaft fuer Medizinische Sondentechnik mbH
Current assignee: GMS Gesellschaft fuer Medizinische Sondentechnik mbH
Priority date: 1981-07-16
Filing date: 1981-07-16
Publication date: 1983-07-21
Also published as: DE3128107A1

Abstract

Eine Strömungsmeßeinrichtung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit in lebendem Gewebe, z.B. in Blutgefäßen, bestimmt aus der Abkühlkonstante eines impulsbeheizten thermoelektrischen Sensors die Strömungsgeschwindigkeit. Dabei werden die Temperaturhübe des Sensors durch Regelung der Heizimpulse konstant gehalten. Die Abkühlkonstante wird aus dem Zeitabstand je zweier Temperaturdurchgänge der Abkühlkonstante bestimmt.A flow measuring device for determining the flow rate in living tissue, e.g. in blood vessels, determines the flow rate from the cooling constant of a pulse-heated thermoelectric sensor. The temperature swings of the sensor are kept constant by regulating the heating pulses. The cooling constant is determined from the time interval between two temperature cycles of the cooling constant.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art. Einrichtungen dieser Art sind bekannt aus:The invention relates to a device of the type mentioned in the preamble of claim 1. Facilities of this type are known from:

1. Eggert, Wi-'ss »Periodic Microflow Pattern Measured with...«, Pflügers Archiv, 1980, Seite 224,1. Eggert, Wi-'ss, "Periodic Microflow Pattern Measured with ... «, Pflüger's archive, 1980, page 224,

2. Betz »Cerebral Blood Flow.« Physiological Reviews Vol. 52, Nr. 3, July 197V. Seite 602, und2. Betz "Cerebral Blood Flow." Physiological Reviews Vol. 52, No. 3, July 197V. Page 602, and

3. L Priebe »Zur Theorie der Lurchblutungsbestimmung mit Wärmeleitsonden« in »Pharmakologie der lokalen Gehirndurchblutung«, Werk-Verlag München, 1969, Seite 20 ff.3. L Priebe »On the theory of determining the blood flow with heat conduction probes "in" Pharmacology of local cerebral blood flow ", Werk-Verlag Munich, 1969, page 20 ff.

Diesen Literaturstellen sind unterschiedliche Meßaufbauten und Meßmethoden zu entnehmen. Als thermoelektrische Sensoren sind Thermoelemente und Thermistoren geeignet, die sowohl fremdbeheizt sein können (1) oder selbstbeheizt durch Strombeaufschlagung des Sensors in Meßpausen (2). Als Meßgröße dient entweder der bei konstantem Wärmeimpuls auftretende Temperaturhub (1) oder unter Ausnutzung des Newtonschen Abkühlungsgesetzes (3) die Abkühlkonstante, also der Exponentialfaktor, der die Abkühlkurve nach Abschalten des Heizimpulses bestimmenden Potenzfunktion, der proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist Um Gewebebeschädigungen zu vermeiden und schnelle Temperaturänderungen des Sensors zu erreichen, ist dieser, wie bei (1) beschrieben, sehr klein, also mit geringer Wärmekapazität ausgebildet und beispielsweise in geeigneter Weise als Dünnfilmaufbau mit einem Sondenspitzendurchmesser von einigen ΙΟμπι ausgebildet oder z. B. für Blutgefäßmessungen in der Spitze eines spritzenkanülenartig angeschliffenen Stichsondeninstrumentes untergebracht.Different measurement setups and measurement methods can be found in these references. As a thermoelectric Sensors are suitable for thermocouples and thermistors, which can both be externally heated (1) or self-heated by applying current to the sensor during measurement pauses (2). Serves as the measured variable either the temperature swing (1) that occurs with a constant heat pulse or using Newton's Cooling law (3) the cooling constant, i.e. the exponential factor, which the cooling curve according to Switching off the power function that determines the heating pulse and is proportional to the flow velocity To avoid tissue damage and to achieve rapid temperature changes of the sensor, if this, as described in (1), is very small, i.e. designed with a low heat capacity and, for example in a suitable manner as a thin film structure with a probe tip diameter of a few ΙΟμπι trained or z. B. for blood vessel measurements in the tip of a needle-like sharpened needle instrument housed.

Vorteilhaft bei der Impulsmethode ist die Möglichkeit, die Gewebetemperatur als Störgröße der Durchblutungsmessung durch geeignete Schaltungsmaßnahmen zu eliminieren.The advantage of the pulse method is the possibility of using the tissue temperature as a disturbance variable in the blood flow measurement to be eliminated by suitable circuit measures.

Nachteilig bei den bekannten Methoden ist die Tatsache, daß bei konstantem Wärmeimpuls, wie ihn insbesondere (1) vorschreibt, der sich aus demThe disadvantage of the known methods is the fact that with a constant heat pulse, like him in particular (1) prescribes, which results from the

Wärmeimpuls ergebende Temperaturhub des Sensors von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Daraus ergibt sich bei beiden bekannten Methoden eine nichtlineare Beziehung zwischen dem Meßparameter und der Strömungsgeschwindigkeit. Die Auswertung der Ergebnisse ist also nur über Eichkurven bzw. komplizierte Korrekturrechnungen möglich, die für den Routinebetrieb den Einsatz von Computern voraussetzen. Es hat sich ferner herausgestellt, daß die Eichkurven stets sehr stark von der Sensorgi'ometrie abhängen. Ferner muß bei konstantem Heizimpuls dieser so gewählt werden, da3 er bei der höchsten noch nachzuweisenden Strömung (also starker Kühlung des Sensors) noch eine auswertbare Temperaturerhöhung erzeugt. Daraus ergibt sich jedoch bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten eine sehr große Temperaturerhöhung des Sensors, die zu Gewebeschädigungen bzw. das Meßergebnis beeinflussenden Temperaturbeeinflussungen der Umgebung führt So ist beispielsweise die Gefäßweite vor. Blutgefäßen stark temperaturabhängig, was zu temperaturabhängigen Strömungsänderungen führt Durch diesen F.ffekt sind weitere mit Unsicherheiten behaftete Korrekturrechnungen erforderlich. The temperature swing of the sensor resulting from the heat pulse depends on the flow velocity. From it In both known methods, there is a non-linear relationship between the measurement parameters and the flow velocity. The results can only be evaluated using calibration curves or Complicated correction calculations possible, which require the use of computers for routine operation. It has also been found that the calibration curves always depend very much on the sensor geometry depend. Furthermore, with a constant heating pulse, this must be chosen so that it is still at the highest to be detected flow (i.e. strong cooling of the sensor) still an evaluable temperature increase generated. However, this results in a very large increase in temperature at low flow velocities of the sensor, the temperature influences affecting tissue damage or the measurement result of the environment. For example, the vessel size. Blood vessels strongly dependent on temperature, which leads to temperature-dependent flow changes Corrective calculations subject to uncertainty required.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Strömungsmeßeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfacher anwendbar ist und insbesondere einfacher auswertbare Meßergebnisse liefert.The object of the present invention is to provide a flow measuring device of the initially mentioned to create mentioned type, which is easier to use and in particular easier to evaluate measurement results supplies.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved according to the invention with the features of the characterizing part of claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung bestimmt in aus (1) bekannter Weise den Temperaturhub des Sensors und regelt danach den Energieinhalt der Heizimpulse derart nach, daß der Temperaturhub konstant gehalten wird. Die Potenzfunktion der Abkühlkurve läßt sich unter diesen Verhältnissen erheblich einfacher auswerten, und insbesondere wird die Abhängigkeit des Exponec'ialfaktors von der Strömungsgeschwindigkeit derart vereinfacht daß sich stets eine lineare, durch null gehende Eichkurve ergibt, die insbesondere weitgehend unabhängig von der Sensorgeometrie ist, wodurch die Eichkurve weitgehend unabhängig von fertigungsbedingten Exemplarstreuungen des Sensors wird. Das Meßergebnis läßt sich ohne Rechnerhilfe einfacher auswerten, so daß sich eine insgesamt wesentlich einfacher bedienbare und auch billigere für Routineanwendung geeignete Methode ergibt.The measuring device according to the invention determines the temperature swing of the in a manner known from (1) Sensor and then regulates the energy content of the heating pulses in such a way that the temperature swing is kept constant. The power function of the cooling curve can be reduced under these conditions evaluate considerably easier, and in particular the dependence of the exponential factor on the Flow velocity simplified so that there is always a linear calibration curve going through zero, which in particular is largely independent of the sensor geometry, whereby the calibration curve is largely becomes independent of manufacturing-related sample variations of the sensor. The measurement result can Easier to evaluate without the help of a computer, so that an overall much easier to use and also results in a cheaper method suitable for routine use.

Durch die Konstanthaltung des Temperaturhubes entfällt die schädliche Temperaturerhöhung bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten, so daß Gewebebeeinflussungen und Gewebeschädigungen sowie temperaturabhängige Strömungsveränderungen mit Sicherheit vermieden werden. Insbesondere entfallen den Meßvorgang beeinflussende thermochemische Abscheidungsreaktionen auf der Sondenspitze.By keeping the temperature lift constant, there is no harmful temperature increase with small ones Flow velocities, so that tissue influences and tissue damage as well as temperature-dependent Changes in flow can be avoided with certainty. In particular, the measuring process is omitted influencing thermochemical deposition reactions on the probe tip.

Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Meßeinrichtung durch die Merkmale des Anspruches 2 gekennzeichnet. Bei der Bestimmung des Exponentialfaktors der Abkühlkurve sind im wesentlichen die Methode gemäß Anspruch 2 sowie die Bestimmung des gesamten Kurvenintegrals möglich. Letztere Methode erfordert jedoch eine lange Meßzeit zur Bestimmung der Abkühlkurve, die die Wiederholfrequenz der Messung erniedrigt. Die beanspruchte Methode läßt erheblich schneller auf Flußänderungen ansprechendeThe measuring device according to the invention is also advantageous due to the features of claim 2 marked. When determining the exponential factor of the cooling curve are essentially the Method according to claim 2 and the determination of the entire curve integral are possible. The latter method however, requires a long measurement time to determine the cooling curve, which is the repetition frequency of the Measurement decreased. The claimed method makes it much faster to respond to changes in flow

Messungen zu und kann durch einfache Bestimmung zweier Triggerwerte mit einfachem elektronischem Meßaufbau durchgeführt werden.Measurements can be made by simply determining two trigger values with a simple electronic Measurement setup can be carried out.

Schließlich ist die erfindungsgemäße Meßeinrichtung vorteilhaft durch die Merkmale des Anspruches 3 gekennzeichnet. Wenn einer oder beide Schenkel des messenden Thermoelementes zur Kontaktstelle hin abnehmende Leitungsquerschnitte aufweisen, so nimmt der Leitungswiderstand zur Kontaktstelle hin zu und erreicht dort den größten Wert. Bei direkter Strombe- ι ο heizung des Thermoelementkontaktes ergibt sich folglich eine Widerstandsaufheizung der Schenkel, bei der die Heizleistung zur Kontaktstelle hin stark ansteigt, im wesentlichen also nur am gewünschten Ort, nämlich der Meßstelle, wirksam ist. Als weiterer Vorteil dieser Schenkelverjüngung ergibt sich eine kleine Masse und somit eine niedrige Wärmekapazität der Meßstelle, während die Referenzkontaktstelle an einem dickeren Schenkelende eine erheblich größere Wärmekapazität aufweist }n schaltungstechnisch einfacher Weise können daher Meßstrom und Heizstrom denselben Weg durch beide Kontaktstellen nehmen, wobei die Aufheizung der Referenzkontaktstelle um Größenordnungen geringer und somit das Meßergebnis nicht vermischend ist. ^2; Finally, the measuring device according to the invention is advantageously characterized by the features of claim 3. If one or both legs of the measuring thermocouple have line cross-sections that decrease towards the contact point, the line resistance increases towards the contact point and reaches the greatest value there. With direct current heating of the thermocouple contact, there is consequently resistance heating of the legs, in which the heating power rises sharply towards the contact point, so it is essentially only effective at the desired location, namely the measuring point. Another advantage of this leg taper is a small mass and thus a low heat capacity of the measuring point, while the reference contact point at a thicker leg end has a considerably larger heat capacity} n technically simple way, measuring current and heating current can therefore take the same path through both contact points, whereby the heating the reference contact point is lower by orders of magnitude and therefore the measurement result is not mixed. ^2;

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt Es zeigtThe invention is illustrated schematically and by way of example in the drawings

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Strömungsmeßeinrichtung mit Blockschaltung der elektronischen Meßeinrichtung und einer Einstichsonde in einer ersten J" Ausführungsform,F i g. 1 shows a flow measuring device according to the invention with a block circuit of the electronic measuring device and a puncture probe in a first J "embodiment,

Fig.2 eine Einstichsonde in einer zweiten Ausführungsform, 2 shows a puncture probe in a second embodiment,

F i g. 3 eine Kurvendarstellung von Heizimpulsen und dementsprechenden Temperaturverläufen der Sonden- i-> spitze undF i g. 3 shows a graph of heating pulses and the corresponding temperature curves of the probes- i-> lace and

Fig.4 Temperaturverläufe an der Sondenspitze bei Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit an einer erfindungsgemäßen Einrichtung (a) sowie an einer Einrichtung nach dem Stand der Technik (b).Fig. 4 Temperature curves at the probe tip at Changes in the flow rate on a device according to the invention (a) and on one State-of-the-art facility (b).

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ist in F i g. 1 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Im Inneren einer Einstichkanüle 1 sind die Leiter 2 und 3 eines Thermoelementes 4 verlegt, das in der Kanülenspitze angeordnet und dort z. B. mit einem Klebstotftropfen 5 ■»"' fixiert ist. Die Stirnfläche der so gebildeten Sondenspitze ist mit einem Widerstandsfilm 6 versehen, der sich in leitendem Kontakt sowohl mit dem Thermoelement 4 als auch mit dem Metallrohr der Einstichkanüle I befindet. >"The measuring device according to the invention is shown in FIG. 1 shown in a first embodiment. Internally a puncture cannula 1, the conductors 2 and 3 of a thermocouple 4 are laid in the cannula tip arranged and there z. B. with a drop of glue 5 ■ »" ' is fixed. The end face of the probe tip formed in this way is provided with a resistive film 6, which is in conductive contact both with the thermocouple 4 and with the metal tube of the puncture cannula I. is located. > "

Die Sonde ist in der Darstellung der F i g. 1 in ein Gewebeteil 7 bis in ein Bkitgefäß 8 hinein gestochen und soll in diesem die Blutströmungsgeschwindigkeit bestimmen. The probe is shown in FIG. 1 in a Part of tissue 7 pricked into a kit vessel 8 and should determine the blood flow velocity in this.

Die beiden Leiter 2 und 3 sind aus dem nicht i> dargestellten äußeren Ende der Kanüle 1 herausgeführt und an einen Meßv;rstärker 9 angeschlossen. Dabei ist der eine Leiter 3 direkt und der andere Leiter 2 über eine Referenzkontaktstelle 10 angeschlossen, indem das gegenüber dem Leiter 3 unterschiedliche Thermoele- t>" mentmaterial des Leiters 2 in das Materia! des Leiters 3 übergeht. In üblicher Weise ergibt sich aus der im Verstärker 9 bestimmten Thermospannung die Tempe· roturdifferenz zwischen der Referenzkontaktstellc 10 und der Kontaktmeßsielle 4 des Thermoelementes. Die »3 Refcrcnzkontaktstelle 10 ist, wie in der Figur angedeutet, wesentlich dicker und massereicher ausgeführt als die Meßkontaktstelle und vorteilhaft zusätzlich durch eine Außenisolation geschützt, so daß ihre Temperaturschwankungen aufgrund von Stromdurchfluß bzw. Änderung der Umgebungstemperatur sich mit einer Zeitkonstante ändert, die erheblich größer ist als die der Meßkontaktstelle.The two conductors 2 and 3 are from the not i> The outer end of the cannula 1 shown is led out and connected to a measuring amplifier 9. It is one conductor 3 is connected directly and the other conductor 2 is connected via a reference contact point 10 by the compared to the conductor 3 different thermocouples t> " ment material of the conductor 2 in the Materia! of the head 3 transforms. In the usual way, the thermal voltage determined in the amplifier 9 results in the temperature difference in rotation between the reference contact point c 10 and the contact sensor 4 of the thermocouple. The 3 Reference contact point 10 is, as indicated in the figure, made much thicker and more massive than the measuring contact point and advantageously also through external insulation is protected so that its temperature fluctuations due to current flow or Change in ambient temperature changes with a time constant that is considerably greater than that of the Measuring contact point.

Ein Heizgenerator 11 ist mit seinem Ausgang einerseits an einen Leiter 3 des Thermoelementes und über eine Leitung 12 an den metallischen Mantel der Einstichkanüle 1 angeschlossen und heizt den Widerstandsfilm 6 und damit die Sondenspitze auf, wobei sich in dem Widerstandsfilm 6 aufgrund der radialen Stromrichtung der Leiterquerschnitt zur Mitte hin verjüngt, wobei der ohmsche Widerstand entsprechend ansteigt und sich eine Aufheizung im wesentlichen nur in unmittelbarer Nähe des Thermoelementes 4 ergibt. Die Einstichkanüle 1 ist über den Leiter 12 ferner geerdet.A heating generator 11 is with its output on the one hand to a conductor 3 of the thermocouple and Connected via a line 12 to the metallic jacket of the puncture cannula 1 and heats the resistance film 6 and thus the probe tip, being in the resistance film 6 due to the radial Current direction of the conductor cross-section tapers towards the center, the ohmic resistance correspondingly increases and heating occurs essentially only in the immediate vicinity of the thermocouple 4. the Puncture cannula 1 is also grounded via conductor 12.

Der Ausgang des Meßverstärkers 9 ist über eine Leitung 13 an den Eingang einer Auswert- und Anzeigeeinheit 14 geschaltet.The output of the measuring amplifier 9 is via a line 13 to the input of an evaluation and Display unit 14 switched.

Der Heizgenerator 11 erzeugt in zeitlichem Abstand Heizimpulse, während deren Dauer der Meßverstärker 9 abgeschaltet ist. Entsprechende Steuereinrichtungen sind der Einfachheit halber in der Zc. -hnung fortgelassen. Die sich aufgrund der zugeführten Heizimpulse im Thermoelement 4 ergebenden Temperaturhübe werden von der Auswerteinheit 14 bestimmt. Über eine Steuerleitung 15 wird der Heizgenerator 11 geregelt, so daß über Veränderung des Energieinhaltes der Heizimpulse die Temperaturhübe konstant gehalten werden.The heating generator 11 generates heating pulses at intervals, during the duration of which the measuring amplifier 9 is switched off. For the sake of simplicity, corresponding control devices are shown in FIG. -knowing omitted. The temperature increases resulting from the supplied heating pulses in the thermocouple 4 will be determined by the evaluation unit 14. The heating generator 11 is regulated via a control line 15, see above that the temperature increases are kept constant by changing the energy content of the heating pulses.

F i g. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Sondenspitze.F i g. Figure 2 shows a second embodiment of the probe tip.

In einem metallischen Mantelrohr 21 ist konzentrisch aus dem vorderen Ende des Mantelrohres herausragend ein Schenkelstift 22 angeordnet, der in entsprechender Materialauswahl den ersten Schenkel des messenden Thermoelementes bildet. Im hinteren Teil ist dieser Stift relativ dick ausgebildet und mit einer Steckbuchse 23 kontaktiert, die am hinteren Ende zum Anschluß eines Kabels mittels Steckverbindung ausgebildet ist. Die Steckbuchse ist aus dem Material des zweiten Thermoelementschenkels gefertigt, so daß die Kontaktstelle 22, 23 als Referenzkontaktstelle großer Masse ausgebildet ist.In a metallic jacket tube 21 is concentric from the front end of the jacket tube protruding a leg pin 22 is arranged, which in corresponding Material selection forms the first leg of the measuring thermocouple. In the back is this pen formed relatively thick and contacted with a socket 23, which at the rear end for connecting a Cable is formed by means of a plug connection. The socket is made of the same material as the second Thermocouple leg manufactured so that the contact point 22, 23 as a reference contact point of large mass is trained.

Die Referenzkontaktstelle 22, 23 ist mit einem ersten Isoliermaterial 24 umgössen, das eine hohe Wärmekapazität aufweist und somit zur Erhöhung der Wärmekapazität der Referenzkontaktstelle beiträgt. Die Anordnung ist mit einem zweiten Isoliermaterial 25 im Mantelrohr 21 fixiert.The reference contact point 22, 23 is with a first Insulating material 24 encapsulated, which has a high thermal capacity and thus contributes to increasing the thermal capacity of the reference contact point. The order is fixed in the jacket tube 21 with a second insulating material 25.

Das vordere Ende des Schenkelstiftes 22 ist konisch verjüngt und im Spitzenbereich mit einer Isolierschicht 26 und einem darüber angeordneten Metallfilm 27 überzogen. Der Metallfilm 27 ist an der Spitze, an der die Isolierschicht 26 fehlt, unter Ausbildung der Meßkontaktstelle 28 mit dem Schenkelstift 22 kontaklie-t. Ans hinteren Ende ist der Metallfilm 27 mit dem Mantelrohr 21 kontaktiert. Die Materialien der Steckbuchse 23, des Mantelrohres 21 und det Metallfilmes 27 sind so gewählt, daß sie untereinander keine wesentlichen Thermospannungen aufweisen, jedoch gegenüber dem Material des Schenkelstiftes 22 eine große Thermospannung besitzen. Der zweite Thermoschenkel ist am hinteren Ende des Mantelrohres 21, das als Zuleitung dient, mit der Meßeinrichtung verbunden.The front end of the leg pin 22 is tapered and in the tip area with an insulating layer 26 and a metal film 27 disposed thereover. The metal film 27 is at the tip, at the the insulating layer 26 is missing, forming the Measuring contact point 28 in contact with the leg pin 22. At the rear end, the metal film 27 is in contact with the jacket tube 21. The materials of the Socket 23, the jacket tube 21 and det metal film 27 are chosen so that they do not interfere with each other Have substantial thermal stresses, but compared to the material of the leg pin 22 one have a large thermal voltage. The second thermal leg is at the rear end of the jacket tube 21, the serves as a lead, connected to the measuring device.

Aufgrund der konischen Ausbildung der Spitze des Schenkelstiftes 22 und der entsprechenden konischen Ausbildung des Metallfilmes 24 kann die Meßkontaktstclle 28 durch direkten Stromdurchfluß durch dieDue to the conical design of the tip of the leg pin 22 and the corresponding conical Formation of the metal film 24 can measure the measuring contact 28 by direct current flow through the

Kontaktstelle 28 beheizt werden. Der Strom fließt in beiden Schenkeln durch Leiterquerschnitte. die sich zur Meßkontaktstelle 28 hin verjüngen. Aufgrund des stark ansteigenden Leitungswiderstandes ergibt sich eine Widerstandsheizwirkung, die im wesentlichen an der > Spitze, also am Mcükontakt 28 konzentriert ist. Die Sonde wird also nur in einem sehr kleinen Bereich beheizt, der aufgrund seiner geringen räumlichen Ausdehnung von extrem kleiner Wärmekapazität ist, verglichen mit der großen Wärmekapazität der '" Referenzkontaktstelle 22,23.Contact point 28 are heated. The current flows in both legs through conductor cross-sections. which to Taper measuring contact point 28. Because of the strong Increasing line resistance results in a resistance heating effect, which is essentially due to the > Tip, that is, is concentrated at the Mcükontakt 28. the The probe is only heated in a very small area, which is due to its small spatial area Expansion is of extremely small heat capacity compared to the large heat capacity of the '" Reference contact point 22.23.

Der Anschluß der Sondcnspit/c gemäß F i g. 2 erfolgt an eine ähnliche Meßanordnung wie gemäß Fig. 1. Unterschiedlich ist lediglich der Anschluß des Heizgencrators. der parallel zum Meßverstärker 9. gegebe- ι > nenfalls mit entsprechenden Umschaltern an die beiden Schenkel des Thermoelementes angeschlossen wird.The connection of the Sondcnspit / c according to FIG. 2 takes place to a similar measuring arrangement as shown in FIG. 1. The only difference is the connection of the heating generator. which is given in parallel to the measuring amplifier 9 If necessary, it is connected to the two legs of the thermocouple with appropriate switches.

F i g. 3 zeigt in zeitsynchroner Übereinanderdarslellung in der unteren Darstellung den Verlauf des Heizstromes in. Hs sind zwei m /.ciiiiciicril Ahsi/iilu gegebene Heizimpulse dargestellt. In der oberen Darstellung der F i g. J ist der zeitliche Verlauf der Temperatur T des Thermoelementes in zwei Fällen übereinander dargestellt. Während des ersten Heizimpulses steigt die Temperatur des Thermoelementes bis .·> auf den Wert T» an. Der Temperaturanstieg ist in der in F i g. 3 dargestellten Originaltemperaturmeßkurve nicht zu ersehen, da zu dieser Zeit der Meßverstärker 9 abgeschaltet ist. Nach Abschalten des lleizimpulses fällt die Temperatur von To allmählich ab, und zwar ι» entsprechend dem Newtonsehen Abkühlungsgesetz nach einer e-Funktion. Es sind, ausgehend von derselben Temperatur To zwei Abkühlkurven dargestellt, wobei die tieferliegende bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit des die Sondenspitze umgebenden li Mediums und die höherliegende Abkühlkurve bei der Strömungsgeschwindigkeit null aufgenommen wurden. M^n sieht deutlich die Abhängigkeit der Abkün^konstante der Abkühlkurve von der Strömungsgeschwindigkeit, die mit der Meßanordnung ausgewertet wird. -»oF i g. 3 shows in time-synchronized superimposition in the lower representation the course of the heating current in. Two heating pulses given m /.ciiiiciicril Ahsi / iilu are shown. In the upper illustration of FIG. J the time course of the temperature T of the thermocouple is shown in two cases one above the other. During the first heating pulse, the temperature of the thermocouple rises to. ·> To the value T » . The temperature rise is in the in F i g. The original temperature measurement curve shown in FIG. 3 cannot be seen, since the measuring amplifier 9 is switched off at this time. After switching off the lead pulse, the temperature of To gradually falls, namely ι »according to Newton's law of cooling according to an exponential function. Starting from the same temperature To, two cooling curves are shown, the lower one being recorded at a certain flow rate of the medium surrounding the probe tip and the higher one being recorded at zero flow rate. M ^ n clearly sees the dependence of the cooling constant of the cooling curve on the flow rate, which is evaluated with the measuring arrangement. -"O

Die Messung erfolgt periodisch. Der in der Figur dargestellte zweite Heizirnpuls erzeugt an der Sondenspitze wiederum einen in der Figur nicht mehr dargestellten entsprechenden Temperaturverlauf.The measurement is carried out periodically. The second heating pulse shown in the figure no longer generates one in the figure at the probe tip corresponding temperature profile shown.

In der Auswerteinheit 14 wird aus dem jeweiligen Temperaturverlauf die Abkühikonstante bestimmt. Entsprechend der erfindungsgemäß gewählten Meßmethode erfolgt diese Bestimmung aus den Zeitpunkten, zu denen die Kurve durch zwei in bezug auf 7o konstant gewählte Temperaturen 71 und T geht. Die gemessene Zeitdifferenz t\ — /> ist direkt proportional der Abklingkonstante der Ku.ve. die wiederum proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist. Im dargestellten Falle der beiden Kurven bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit sowie bei der Strömungsgeschwindigkeit null fallen die Werte fi bzw. /Ί, bei der Temperatur Ti zusammen. Bei T2 unterscheiden sich die Zeitpunkte h bzw. f 2 deutlich.In the evaluation unit 14, the cooling constant is determined from the respective temperature profile. In accordance with the measuring method selected according to the invention, this determination is made from the times at which the curve passes through two temperatures 71 and T that are chosen to be constant with respect to 70. The measured time difference t \ - /> is directly proportional to the decay constant of the curve. which in turn is proportional to the flow velocity. In the case of the two curves shown at a certain flow velocity and at zero flow velocity, the values fi and / Ί coincide at temperature Ti. At T2 , the times h and f 2 differ significantly.

Die Temperatur T an der Sondenspitze verläuft nach Abschalten des Heizstromes nach der Beziehung wAfter the heating current has been switched off, the temperature T at the probe tip follows the relationship w

T= r_o-e-*'. T = r _o -e- * '.

Die Abklingkonstante «ist proportional zur bestimmten Temperaturdifferenz fi — i₂ und ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit. *>ϊThe decay constant is proportional to the determined temperature difference fi - i ₂ and is proportional to the flow velocity. *> ϊ

Bei der erfindungsgemäßen Steuerung des Heizgenerators 11 über die Leitung 15 von der Auswerteinheit 14 her wird der Temperaturhub an der Sondenspitze durch entsprechende Nachregehing der lleizimpulse stets konstant gehalten. F i g. 4a zeigt das Regelverhalten bei einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung. Dort sind die periodischen Temperaturverlaufe an der Sondenspitze bei periodisch aufeinanderfolgenden Heizimpulsen dargestellt. Bei einer bestimmten Zeit, die in der Zeichnung mit einem Pfeil (Stop Flow) markiert ist. wird in eiti.ni Vcrsuchsaufbau die vor diesem Zeitpunkt konstante Überströmung der Sondenspitzc abgeschaltet. Infolge der plötzlich verringerten Kühlung erhöht sich der unmittelbar auf diesen Zeitpunkt folgende Temperaturhub an der Sondenspilze beträchtlich. Die Temperaturhübe werden mit einer gewissen schaltungsbedingten Zeitkonstante sofort wieder auf den alten Wert verringert.With the control of the heating generator 11 according to the invention via the line 15 from the evaluation unit 14 The temperature increase at the tip of the probe is always increased by a corresponding follow-up of the lead impulses kept constant. F i g. 4a shows the control behavior at a measuring device according to the invention. There are the periodic temperature profiles at the probe tip shown for periodically successive heating pulses. At a certain time that is in the Drawing is marked with an arrow (Stop Flow). is set up in eiti.ni before this point in time constant overflow of the probe tipc switched off. Increased as a result of the suddenly reduced cooling the temperature increase on the probe head immediately following this point in time is considerable. the Temperature increases are immediately restored to the old one with a certain circuit-related time constant Decreased value.

F i g. 4b zeig! das Temperaturverhalten einer entsprechenden Meßeinrichtung nach dem Stande der Technik, bei der die 1 leizimpulse nicht geregelt werden, also stets konstanten F.nergieinhalt haben. Die Strömung vordem StoF i g. 4b show! the temperature behavior of a corresponding state-of-the-art measuring device, in which the 1 leizimpulse is not regulated, i.e. always have constant energy content. The current before Sto

' low'low

is; von gleicher Hoheis; of the same height

F" i g. 4a. Bei Stop Flow wird auch hier die Strömung auf Null abgeschaltet. Bei der bekannten Meßeinrichtung erhöht sich der erste auf die Umschaltung folgende Temperaturhub in derselben Weise wie bei der erfindungsgemäßen Einrichtung. Durch die konstant bleibenden Heizimpulse erhöhen sich die Temperaturhübc jedoch nachfolgend noch, bis sie sich bei einem stark erhöhten Wert einpegeln. Aufgrund der gleichbleibenden . Wizung der Sondenspitze bei stark verringerter Kühlung (Strömung null) erhöh' sich entsprechend die mittlere Temperatur. Diese mittlere Temperatur betrug vor dem Umschalten bei beiden Konstruktionen (a und b) Tm /. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion (F i g. 4a) erhöht sie sich nur auf den Wert 7"w_·. bei der bekannten Konstruktion jedoch auf den wesentlich höheren Wert Tm tFig. 4a. With Stop Flow, the flow is switched off to zero. In the known measuring device, the first temperature lift following the switchover increases in the same way as in the device according to the invention. The constant heating pulses increase the temperature lift However, subsequently, until they level out at a greatly increased value. Due to the constant heating of the probe tip with greatly reduced cooling (zero flow), the average temperature increases accordingly. This average temperature was prior to switching in both constructions (a and b) Tm /. In the construction according to the invention (FIG. 4a) it only increases to the value 7 "w_ ·. in the known construction, however, to the much higher value Tm t

Bei der Meßeinrichtung nach dem Stand der Technik (Fig. 4b) ergibt sich also bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten eine starke Erhöhung der Umgebungstemperatur der Sondenspitze. Diese Temperatur kann eine gewebeschädigende Größe annehmen bzw. die Meßergebnisse durch Gefäßerweiterungen bzw. Eiweißabscheidungen an der Sondenspitze beeinflussen.In the measuring device according to the prior art (FIG. 4b), the result is therefore at low flow velocities a large increase in the ambient temperature of the probe tip. This temperature can assume a tissue-damaging size or the measurement results due to vasodilatation or protein deposits affect at the probe tip.

Gegenüber den bekannten Meßeinrichtungen mit schwer auswertbaren, nichtlinearen Eichkurven, die nur mit Computerhilfe linearisiert werden können, zeichnet sich die erfindungsgemäße Einrichtung durch eine lineare, durch null gehende Eichkurve aus, die zudem von Fertigungstoleranzen derSondenspitze weitgehend unabhängig ist.Compared to the known measuring devices with difficult to evaluate, non-linear calibration curves that only can be linearized with computer help, the device according to the invention is characterized by a linear calibration curve going through zero, which is also largely dependent on manufacturing tolerances of the probe tip is independent.

Die dargestellte Meßeinrichtung kann auf verschiedene Weise variiert werden. So kann anstelle der dargestellten (Fig. 1) Heizanordnung der Sondenspitze mit einem Widerstandsfilm das Thermoelement z. B. durch einen in der Kanüle 1 verlegten Lichtleiter mit Lichtimpulsen geheizt werden, wie dies in der eingangs zitierten Literaturstelle (1) beschrieben ist.The measuring device shown can be varied in various ways. So instead of the shown (Fig. 1) heating arrangement of the probe tip with a resistive film the thermocouple z. B. by a laid in the cannula 1 light guide with Light pulses are heated, as described in the reference (1) cited at the beginning.

Anstelle eines Thermoelementes kann an der Meßstelle 4 ein Thermistor oder ein sonstiger thermoelektrischer Wandler, z. B. ein temperaturabhängiger Transistor, verwendet werden. Die dargestellte Sensorspitze ist als Einstichkanüle unter Verwendung einer handelsüblichen Spritzenkanüle von einigen Zehntel Millimeter Durchmesser dargestellt Derartige Sonden eignen sich insbesondere zur Strömungsbestimmung in Blutgefäßen, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist Die Sonden können jedoch auch bis zur Grenze der Sichtbarkeit, also bis zu Durchmesserbereichen vonInstead of a thermocouple, a thermistor or something else can be used at measuring point 4 thermoelectric converter, e.g. B. a temperature dependent Transistor, can be used. The sensor tip shown is used as a puncture cannula a commercially available syringe needle with a diameter of a few tenths of a millimeter is shown Probes are particularly suitable for determining flow in blood vessels, as shown in FIG. 1 is shown However, the probes can also be used up to the limit of visibility, i.e. up to a diameter range of

etwa 5 μ verkleinert ausgebildet sein.be made about 5 μ reduced.

Stark miniaturisierte Meßsonden der beschriebenen Art weisen neben ilen Vorteilen hoher zeitlicher Auflösung und geringer Temperaturbelastung des Gewebes den Vorteil hoher raumlicher Auflösung auf, si) daß mit ihnen die Strömung unmittelbar im Gewebe,Highly miniaturized measuring probes of the type described have, in addition to ilen advantages, high temporal advantages Resolution and low temperature stress of the tissue has the advantage of high spatial resolution, si) that with them the flow directly in the tissue,

z. B. in Kapillaren bestimmt werden kann.z. B. can be determined in capillaries.

Weiterhin kann die Erfindung bei sogenannten Aufsetzsonden verwendet werden, die auf die Haut aufgesetzt werden und in analoger Weise durch das unter der 1 laut vorbeiströmende Blut gekühlt werden.Furthermore, the invention can be used with so-called attachment probes that are applied to the skin be put on and cooled in an analogous way by the blood flowing loudly under the 1.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Flow measuring device for tissue and flow paths in living bodies with a pulse-heated thermoelectric sensor of small heat capacity, the cooling constant of which is determined in pauses between the heating pulses, characterized in that the stroke (To - Ts) of the temperature pulses at the sensor (4) is achieved by energy regulation of the heating pulses. is kept constant ι ο.

2. Device according to claim 1, characterized in that the cooling constant (α) is determined from the time interval (h - U) of the points of intersection of the cooling curve with two fixed predetermined temperature is stroke values (T \, T>) .

3. Device according to one of the preceding claims, with a sensor designed as a thermocouple heated by direct current flow, characterized in that the conductor cross-section 2 »of one or both of the thermocouple legs (22, 27) decreases towards the measuring thermocouple (28).