DE3816209A1

DE3816209A1 - System zum messen des volumens eines teils des menschlichen koerpers

Info

Publication number: DE3816209A1
Application number: DE3816209A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Shimazu; Hiroshi Ito; Kenichi Yamakoshi
Original assignee: INOUE TAKASHI TOKIO; NIPPON MDM KK
Current assignee: INOUE TAKASHI TOKIO; NIPPON MDM KK
Priority date: 1987-05-13
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1988-12-01
Also published as: GB2205163A; FR2615093A1; DE3816209C2; JPS63281626A; JPH0349B2; FR2615093B1; GB8810992D0; GB2205163B; US4875488A

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Messen des Volumens von Teilen des menschlichen Körpers wie beispielsweise des Kopfes oder der Gliedmaßen. Die Änderung des Volumens mit der Zeit ist Ausdruck des Zustands des menschlichen Körpers. Deshalb wird das System auf verschiedenen Gebieten eingesetzt, zum Beispiel bei der medizinischen Versorgung, zur Erhaltung der Gesundheit und im Sport etc.

Dazu benutzt man ein Instrument, Plethysmograph genannt, mit dem die Größenänderung des betreffenden Körperteils festgestellt wird, und zwar durch Messen der Blutmenge in diesem Körperteil.

In Fig. 2 sind zwei Beispiele eines solchen Instruments nach herkömmlicher Vorstellung gezeigt.

Bei einem der beiden Instrumente werden ein Paar Draht elektroden 2 a und 2 b zur Stromanwendung und ein Paar Drahtelektroden 3 a und 3 b zum Spannungsnachweis um ein Körperglied herum befestigt, das in diesem Falle ein Arm 1 ist. An die Elektroden 2 a und 2 b wird Wechselstrom einer vorher bestimmten Größe angelegt. Zum Nachweis der Impedanz oder Admittanz zwischen den Drahtelektroden 3 a und 3 b wird die Spannung zwischen diesen Elektroden gemessen. Wenn das Volumen des Arms 1 zwischen den Spannungs nachweiselektroden 3 a und 3 b groß wird, so verringert sich die Impedanz oder vergrößert sich die Admittanz zwischen diesen Elektroden. Das heißt der Nachweis des Körpervolumens erfolgt in Übereinstimmung mit dem gemessenen Wert der Impedanz oder Admittanz.

Bei dem anderen der beiden Instrumente ist ein zylinderförmiger Behälter 4 vorgesehen, der ein inneres biegsames Rohrteil 6 aus einer Gummischicht aufweist. Die Abschlußränder des rohrförmigen Teils 6 sind durch biegsame Abschluß flansche 5 a und 5 b gehalten, die an dem Behälter 4 befestigt sind. Der Raum zwischen dem Behälter 4 und dem inneren Rohrteil 6 ist mit einer vorher festgelegten Wassermenge W gefüllt. Wenn nun der Arm 1 in das rohrförmige Teil 6 gedrückt wird, so verformt sich dieses in Abhängigkeit von der Größe des Arms 1. Dadurch wird ein Teil der Wassermenge W in ein Überlaufrohr 7 verdrängt, und die verdrängte Wassermenge wird zur Ermittlung des Volumens des Arms 1 gemessen.

Der Nachteil bei dem zuerst beschriebenen herkömmlichen Instrument ist, daß die Elektroden 2 a und 2 b direkt an dem Arm 1 befestigt werden und deshalb, um den Körper vor Verletzungen zu schützen, die Anlegung einer hohen Spannung an die Elektroden nicht möglich ist. Folglich läßt sich die Meßgenauigkeit nicht verbessern. Hinzu kommt schließlich, daß die Person, die die Elektroden am Körper befestigt, über sehr viel Erfahrung und Übung verfügen muß.

Bei dem zuletzt beschriebenen Instrument besteht die Gefahr, daß die biegsamen Flansche 5 a und 5 b durch den beim Einlegen des Arms 1 in das rohrförmige Teil 6 entstehenden Wasserdruck nach außen vorspringen, derart, daß die in Übereinstimmung mit der Änderung des Volumens des Arms 1 in das Überlaufrohr 7 verdrängte exakte Wassermenge nicht gemessen werden kann.

Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zur Verfügung zu stellen, mit welchem das Volumen eines Körperteils mit großer Genauigkeit auf einfache Weise gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem System nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Dazu weist das erfindungsgemäße System zum Messen des Volumens eines menschlichen Körperteils ein äußeres Rohr aus festem Isoliermaterial auf sowie ein inneres Rohr aus biegsamem Isoliermaterial, das an seinen beiden Enden an der Innenwand des äußeren Rohres derart befestigt ist, daß zwischen der Innenwand des äußeren Rohres und der Außenwand des inneren Rohres eine wasserdichte Kammer gebildet wird, und Elektroden, die an der inneren Wand des äußeren Rohres in sich axial erstreckenden Räumen angeordnet sind.

Die wasserdichte Kammer ist mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllt.

Darüber hinaus weist das System eine Einrichtung auf, mit deren Hilfe der die elektrisch leitende Flüssigkeit passierende Strom durch ein aus den Elektroden ausgewähltes Elektrodenpaar hindurchgeführt wird, sowie eine Einrichtung die zum Nachweis der Spannung über einem anderen Elektrodenpaar dient.

Auf diese Weise ist die Messung des Körpervolumens möglich.

Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Einrichtung zur Einstellung des Flüssigkeitsdrucks vorgesehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnungen.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zum Messen des Volumens eines Teils des menschlichen Körpers;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zweier Meßinstrumente nach herkömmlicher Vorstellung.

Das in Fig. 1 gezeigte System weist ein Basisteil 10, ein darauf montiertes festes äußeres Rohr 11 und ein in letzterem angeordnetes bewegliches bzw. biegsames inneres Rohr 12 auf. Das innere Rohr 12 ist an seinen beiden Enden mit Flanschen 12 a und 12 b versehen, deren Ränder an der inneren Wand des äußeren Rohres 11 befestigt sind, und zwar mittels wasserdichter Dichtungen an beiden Endabschnitten des äußeren Rohres. Das äußere Rohr 11 ist aus Isoliermaterial hergestellt wie beispielsweise Acrylharz. Das innere Rohr 12 besteht aus Gummi und ist so geformt, daß es einen den Arm A aufnehmenden rohrförmigen Abschnitt B bildet. Durch das äußere Rohr 11 und das innere Rohr 12 wird eine Flüssigkeitskammer 13 gebildet, die zwecks Versorgung mit einem Elektrolyt W′ mit einem Elektrolytbehälter 14 kommunizierend verbunden ist. Als Elektrolyt W′ wird eine physiologische Salzlösung oder eine Salzlösung mit einer niedrigeren Konzentration als erstere verwendet. Ein Druckregler 15 ist in einem Raum oberhalb des Elektrolyts W′ mit dem Elektrolytbehälter 14 verbunden, und ein Druckfühler 16 für den Nachweis des Drucks des Elektrolyts W′ in der Flüssigkeitskammer 13 ist vorgesehen. In Abhängigkeit eines Signals aus dem Fühler 16 versorgt der Regler 15 den Elektrolytbehälter 14 mit einem Steuerdruck. Dadurch behält der Druck des Elektrolyts W′ in der Flüssigkeitskammer 13 einen vorher festgelegten Wert bei. Der Elektrolyt behälter 14, der Druckregler 15 und der Fühler 16 bilden ein Flüssigkeitsdruck-Steuersystem.

An der Innenwand des äußeren Rohres 11 ist ein Ringelektrodenpaar 17 a und 17 b vorgesehen, wobei die Elektroden zwischen sich einen vorher festgelegten Abstand aufweisen. Zwischen den Elektroden 17 a und 17 b befinden sich vier Ringelektroden 18 a, 18 b, 18 c, 18 d, die zum Nachweis der Spannung dienen und mit einem Meßinstrument 19 zum Messen der Impedanz oder Admittanz des Elektrolyts W′ verbunden sind. Das Basisteil 10 weist Stützbereiche 20 a und 20 b auf, die zur Auflage des Arms A dienen.

Zur Messung des Volumens eines Abschnitts des Arms A wird eine vorher festgelegte Menge des Elektrolyts W′ in die Flüssigkeitskammer 13 geleitet. Während der Arm A in den Rohrabschnitt B des inneren Rohres 12 geführt wird, werden die Elektroden 17 a und 17 b mit Wechselstrom einer vorher festgelegten Größe versorgt.

Danach erfolgt die Messung der Impedanz oder Admittanz des Elektrolyts W′ zwischen den Spannungsnachweiselektroden - zum Beispiel den Elektroden 18 b und 18 c - mit Hilfe des Meßinstruments 19.

Benennt man die Impedanz zwischen den Elektroden 18 b und 18 c mit Z, die Entfernung zwischen den Elektroden 18 b und 18 c mit L und die dem zu messenden Abschnitt des Arms entsprechende Querschnittsfläche des Elektrolyts W′ in der Flüssigkeitskammer 13 mit S und den spezifischen Widerstand des Elektrolyts mit P _s, so lautet die Formel für die Impedanz Z folgendermaßen:

Z=P _s · L/S

Für die Querschnittsfläche S gilt:

S=P _s · L/Z

Da das Volumen V _s des betreffenden Elektrolyts annähernd S · L entspricht, lautet dessen Formel wie folgt:

V _s=P _s · L ²/Z

Bezeichnet man das dem Armabschnitt entsprechende Volumen des Innenraums des äußeren Rohres 11 als VT, so gilt für das Volumen V des Armabschnitts:

V=V _T-P _s · L ²/Z

Der Betrag einer geringen Veränderung Δ V im Volumen V des Arms, die durch eine Änderung der Blutmenge in diesem Armabschnitt verursacht wird, läßt sich durch die Größe der Änderung Δ Z in der Impedanz wie folgt ausdrücken:

Δ V=(P _s · L ²/Z ²) · Δ Z

Somit können also Änderungen des Volumens in einem Bereich des Arms gemessen werden durch die Änderungen der Impedanz des Elektrolyts W′.

Der Druckregler 15 dient zur Regelung und/oder Steuerung der Differenz zwischen dem Blutdruck des Arms und dem Flüssigkeitsdruck, so daß also die Größe der Änderung Δ V unter verschiedenen Druckverhältnissen gemessen werden kann, um die Eigenschaften der Arterien und Venen zu er mitteln.

Obwohl im vorstehenden Beispiel die Impedanz zwischen den Spannungsnachweiselektroden 18 b und 18 c gemessen wird, können beliebige zwei aus den Elektroden 18 a bis 18 c ausge wählt werden, um die Volumenänderung des gewünschten Abschnittes zu messen.

Ferner ist es möglich, die Ringelektroden für den Spannungsnachweis axial verschiebbar an dem äußeren Rohr 11 anzubringen, um so jeweils den gewünschten Abstand L zwischen den Elektroden zu erhalten.

Da die Admittanz der Kehrwert der Impedanz ist, wird das Volumen des Arms auf dieselbe Weise gemessen wie die Impedanz.

Erfindungsgemäß werden folgende Wirkungen und Vorteile er zielt:

(1) Meßfehler aufgrund der Verformung der Endabschnitte des inneren Rohres des Instruments werden vermieden, und zwar ohne den Einfluß der Nachgiebigkeit dieser Abschnitte.
(2) Es ist möglich, den zu messenden Bereich des Arms ganz klar zu definieren.
(3) Durch das Flüssigkeitsdruck-Steuersystem wird die Differenz zwischen dem Blutdruck des Arms und dem Außendruck vorzugsweise eingestellt.
(4) Da die Elektroden nicht unmittelbar an dem Arm be festigt werden, ist der Meßvorgang an sich einfacher und die Meßzeit kürzer. Außerdem kann ohne Gefahr für den Körper eine hohe Spannung an die Elektroden angelegt werden, wodurch sich eine höhere Meßgenauigkeit erzielen läßt.
(5) Da die Impedanz des Körpers anders als bei herkömmlichen Systemen nicht direkt gemessen wird, ist eine Messung des spezifischen Widerstands des Bluts nicht notwendig.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben. Abwandlungen sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten, der in den Ansprüchen wiedergegeben ist.

Claims

1. System zum Messen des Volumens eines Teils des menschlichen Körpers, gekennzeichnet durch ein äußeres Rohr (11) aus festem Isoliermaterial; ein inneres Rohr (12) aus biegsamem bzw. flexiblen Isoliermaterial, welches an beiden Enden an der Innenwand des äußeren Rohres (11) derart befestigt ist, daß darin ein rohr förmiger Abschnitt und zwischen der Innenwand des äußeren Rohres (11) und der Außenwand des inneren Rohres (12) eine wasserdichte Kammer (13) gebildet werden; Elektroden (18 a, 18 b, 18 c, 18 d), die an der Innenwand des äußeren Rohres (11) in sich axial erstreckenden Räumen vorgesehen sind; eine elektrisch leitende Flüssigkeit in der wasserdichten Kammer (13); eine Einrichtung zur Leitung des die elektrisch leitende Flüssigkeit passierenden Stroms durch ein aus den Elektroden (18 a, 18 b, 18 c, 18 d) ausgewähltes Elektrodenpaar; eine Einrichtung zur Ermittlung bzw. zum Nachweis der Spannung über einem anderen Elektroden paar.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden (18 a, 18 b, 18 c, 18 d) axial verschiebbar an der Innenwand des äußeren Rohres (11) angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (14, 15, 16) zur Einstellung des Flüssigkeitsdrucks vorgesehen ist.