DE3833131A1 - Fotoelektrischer pulsabnehmer mit faseroptik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen fotoelektrischen Pulsab­ nehmer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wie er bei­ spielsweise aus der deutschen Patentschrift 25 17 129 bekannt ist.

In dieser Patentschrift ist ein fotoelektrischer Pulsabnehmer offenbart, bei dem die elektromagnetische Strahlung faser­ optisch von einem körperfernen Betriebsgerät zu einem an der Körperoberfläche eines Patienten anlegbaren Fühlerelement über­ tragen werden. Dabei haben faseroptische Meßanordnungen eine Reihe von Vorteilen, die insbesondere für eine Anwendung im medizintechnischen Bereich bedeutend sind. So sind sie bei­ spielsweise unempfindlich gegen elektromagnetische Einstrah­ lung und ermöglichen eine potentialfreie Messung an der Körperoberfläche des Patienten. Da dem Fühlerelement außerdem keine elektrische Leistung zugeführt wird, entfällt eine den Einsatzbereich des Pulsabnehmers einschränkende Wärmeerzeugung am Applikationsort.

Trotz dieser bekannten Vorteile werden jedoch in der Praxis fotoelektrische Pulsabnehmer bevorzugt, bei denen ein oder mehrere Sender und Empfänger für das Licht unmittelbar im Fühlerelement angeordnet sind, das dann über ein elektrisches Kabel an ein Betriebsgerät angeschlossen wird. Ein derartiger fotoelektrischer Pulsabnehmer ist beispielsweise im deutschen Gebrauchsmuster G 79 27 017.0 offenbart. Bei dieser bekannten Gestaltung des fotoelektrischen Pulsabnehmers lassen sich insbesondere die Sende- und Empfangsverhältnisse durch geeignete Wahl der Empfangsfläche, der Anzahl der Sender sowie deren geometrische Lage relativ zueinander und relativ zur Applikationsfläche leichter optimieren. Außerdem ist die Verwendung elektrischer Steckverbindungen im klinischen Be­ trieb weniger störungsanfällig als die Verwendung von bei­ spielsweise für Verschmutzung anfälligeren optischen Steck­ verbindungen.

Solche fotoelektrischen Pulsabnehmer werden dabei nicht nur für diagnostische Zwecke eingesetzt, sondern beispielsweise auch in der Kernspintomographie zum Ableiten von Triggersignalen für die Bilderzeugung verwendet. Dadurch sollen Bewegungsartefakte im Bild vermieden werden. Beim Betrieb dieses bekannten foto­ elektrischen Pulsabnehmers im Hochfrequenzfeld eines Kernspin­ tomographen hat sich jedoch gezeigt, daß durch das Hochfre­ quenzfeld Ströme in das Fühlerelement eingekoppelt werden, die zu seiner Erwärmung bis hin zu Verbrennungen an der Körperober­ fläche des Patienten führen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen fotoelek­ trischen Pulsabnehmer anzugeben, der im Hochfrequenzfeld eines Kernspintomographen verwendet werden kann, hinsichtlich seiner Eigenschaften den Anforderungen eines klinischen Betriebes standhält und einfach herzustellen ist.

Die genannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des An­ spruchs 1. Da im Fühlerelement keine Verwendung elektrischer Bauteile mit metallischen Bestandteilen erfolgt, ist eine Wechselwirkung mit dem Hochfrequenz-Magnetfeld eines Kernspin­ tomographen und eine dadurch entstehende Temperaturerhöhung nicht möglich. Die Betriebssicherheit eines fotoelektrischen Pulsabnehmers mit faseroptischem Fühlerelement wird außerdem dadurch erhöht, daß der Sender und der Empfänger im Stecker angeordnet sind und der Anschluß an das Betriebsgerät über elektrische Kontakte erfolgt, die eine störungsfreie Handhabung in der Praxis sicherstellen. Die optische Ankopplung der Licht­ leiter an den Sender und an den Empfänger erfolgt beim Zusammen­ bau des Steckers und unterliegt somit im täglichen Betrieb weder einer Verschmutzung noch einem mechanischen Verschleiß. Dadurch wird eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Pulsabnehmers ergeben sich gemäß den in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmalen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in deren

Fig. 1 ein fotoelektrischer Pulsabnehmer schematisch veran­ schaulicht ist. In

Fig. 2 und 3 ist das Fühlerelement bzw. der Stecker des fotoelektrischen Pulsabnehmers gemäß der Erfindung jeweils in einem Schnitt dargestellt.

Entsprechend Fig. 1 enthält der fotoelektrische Pulsabnehmer ein Fühlerelement 2, das über ein Lichtleiterkabel 4 mit einem Stecker 6 verbunden und in eine ringförmige Fingerhülse 8 ein­ gesetzt werden kann. Das Fühlerelement 2 hat die Gestalt eines flachen Prismas, dessen Grundfläche 22 parallel zu einer an die Körperoberfläche eines Patienten anlegbaren Applikationsfläche 21 verläuft.

Das Fühlerelement 2 wird in eine Aussparung 81 der Finger­ hülse 8 eingesetzt, die aus einem weichelastischen Material besteht und den Kontakt zur Fingerkuppe herstellt.

Die geometrischen Abmessungen des Fühlerelementes 2 und des Steckers 6 sowie die Länge des Lichtleiterkabels 4 sind in einer bevorzugten Ausführungsform den geometrischen Abmessungen des aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 79 27 017.0 bekannten fotoelektrischen Pulsabnehmers angepaßt.

Gemäß Fig. 2 enthält das Fühlerelement 2 ein Unterteil 24 mit der Applikationsfläche 21, das zur Aufnahme des fühlerseitigen Endes 43 eines Lichtwellenleiters 42 mit einer senkrecht zur Applikationsfläche 21 verlaufenden Bohrung 25 versehen ist. Auf das Unterteil ist eine Kappe 23 aufgesteckt. Zur Aufnahme des Lichtleiterkabels 4 sind die Kappe 23 und das Unterteil 24 je­ weils mit einer seitlichen Öffnung versehen, so daß das in das Fühlerelement 2 einmündende Lichtleiterkabel mit seiner Längs­ achse parallel zur Applikationsfläche 21 orientiert ist. Der Lichtwellenleiter 42 schließt bündig mit der Applikations­ fläche 21 ab und wird gemeinsam mit dieser poliert. Zwischen dem Unterteil 24 und der Kappe 23 befindet sich ein Hohlraum 27, der die Biegung des Lichtwellenleiters 42 zur Bohrung 25 aufnimmt. Die Kappe 23 ist mit Bohrungen 26 zum Auffüllen des Hohlraums 27 mit einem Gießharz versehen. Durch das Vergießen des Hohlraumes 27 wird sowohl das Glasfaserbündel 42 innerhalb des Hohlraumes 27 als auch das Lichtleiterkabel 4 mit seinem Mantel 44 über eine als Knickschutz für das Lichtleiterkabel 4 dienende Führungshülse 43 am Gehäuse des Fühlerelementes 2 fixiert. Zur Zugentlastung des Lichtleiterkabels 4 kann in der Kappe 23 und im Unterteil 24 noch eine Nut 29 zur Aufnahme eines ringförmigen Steges am Außenmantel der Führungshülse 43 vorgesehen sein.

Kappe 23 und Unterteil 24 bestehen ebenso wie der Mantel 44 des Lichtleiterkabels 4 aus einem optisch undurchlässigen Kunst­ stoff und sind miteinander verklebt. In einer vorteilhaften Ausführungsform können Kappe 23 und Unterteil 24 noch Aus­ formungen enthalten, die eine Führung des Lichtwellenleiters 42 im Bereich seiner Biegung bewirken.

Der Lichtwellenleiter 42 kann beispielsweise aus einer einzigen Kunststoffaser, beispielsweise aus Polymethylmethacrylat PMMA, mit einem Durchmesser von etwa 1 mm bestehen. In einer bevor­ zugten Ausführungsform ist jedoch die Verwendung eines Faser­ bündels vorgesehen, mit dem bei ausreichend hohem optischen Querschnitt eine hohe Elastizität des Lichtleiterkabels 4 gewährleistet ist. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung eines Glasfaserbündels, dessen Dämpfungseigenschaf­ ten insbesondere im Infrarotbereich günstiger sind als die Dämpfungseigenschaften eines PMMA-Faserbündels oder einer PMMA- Faser.

Das Fühlerelement 2 besteht somit nur aus dielektrischen, elek­ trisch nicht leitfähigen Materialien, so daß eine Wechselwir­ kung mit dem Hochfrequenz-Magnetfeld eines Kernspintomographen und eine dadurch entstehende Temperaturerhöhung nicht statt­ finden kann.

Das Lichtleiterkabel 4 ist mit seinem distalen, vom Fühler­ element 2 abgewandten Ende an einen Stecker 6 angeschlossen, in dessen Gehäuse 62 entsprechend Fig. 3 eine mit dem Licht­ leiterkabel 4 fest verbundene Endhülse 48 eingeklebt ist. Diese Endhülse 48 ist auf den Mantel 44 des Lichtleiterkabels 4 auf­ gesteckt und mit diesem verklebt. Innerhalb der Endhülse 48 ist in der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Figur der abge­ mantelte, in Form eines Faserbündels vorliegende Lichtwellen­ leiter 42 in ein Sendebündel 46 und ein Empfangsbündel 47 aufgespleißt, die jeweils in eine hohlzylindrische Steckhülse 49 münden, die an dem Lichtleiterkabel 4 gegenüberliegenden Stirnfläche der Endhülse 48 angeordnet ist. Bei Verwendung einer einzigen Kunststoffaser ist ein entsprechend gestal­ teter optischer Koppler vorgesehen, der das sich in der Kunst­ stoffaser ausbreitende Licht in einen Sende- und einen Empfangskanal auftrennt. Auf die Steckhülsen 49 ist der hohlzylindrisch ausgestaltete Gehäuseteil eines Senders 65, vorzugsweise eine Infrarot-LED, bzw. eines Empfängers 66, vorzugsweise ein infrarotempfindlicher Fototransistor mit Tageslichtfilter, aufgesteckt.

Die Steckverbindung ist durch eine Klebeverbindung gesichert und kann im normalen Betrieb nicht gelöst werden. Durch das Aufbringen eines optisch undurchlässigen Schrumpfschlauches wird das optische Übersprechen verhindert. Die Anschlüsse des Senders 65 und des Empfängers 66 sind über Verbindungsdrähte 67 an elektrische Kontaktstifte 68 angelötet, die in einem im Ge­ häuse 62 fixierten Kontaktsockel 69 angeordnet sind. Der Stecker 6 kann somit an ein Betriebsgerät, das die Versorgung für den Sender 65 und den Empfänger 66 bereitstellt, elektrisch angeschlossen werden. Der Stecker 6 wird ausgegossen und zu­ sätzlich mit einer aufgeschrumpften Tülle am Lichtleiterkabel 4 fixiert.

Dabei hat sich gezeigt, daß insbesondere bei Verwendung von 50 µm-Fasern die Aufspleißung des als Faserbündel vorlie­ genden Lichtwellenleiters 42 in der Endhülse 46 erfolgen kann, ohne daß Rücksicht auf eine vorgegebene Zuordnung der ent­ stehenden Teilbündel auf vorbestimmte Bereiche in der fühler­ seitigen Stirnfläche des Lichtwellenleiters 42 genommen werden muß. Dadurch wird der fertigungstechnische Aufwand verringert und in der Regel eine statistische Verteilung der zum Sende- und Empfangsbündel 46 bzw. 47 jeweils gehörenden einzelnen Fasern in der Stirnfläche am fühlerseitigen Ende 43 des Licht­ wellenleiters 42 erreicht. Insbesondere hat sich gezeigt, daß eine statistische Verteilung der einzelnen Fasern des Sende- und Empfangsbündels 46 bzw. 47 in der Stirnfläche gegenüber einer nicht durchmischten, räumlich in zwei getrennte Gebiete aufgespaltenen Anordnung zu einer höheren Empfindlichkeit des fotoelektrischen Pulsabnehmers führt.

Claims (6)

1. Fotoelektrischer Pulsabnehmer mit einem an den Körper eines Patienten anlegbaren Fühlerelement (2), das über ein Lichtlei­ terkabel (4) mit einem an ein Betriebsgerät anschließbaren Stecker (6) verbunden ist, wobei das Lichtleiterkabel (4) einen Lichtwellenleiter (42) enthält, der an seinem vom Fühlerelement (2) abgewandten Ende optisch mit einem Sender (65) und einem Empfänger (66) verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Das Fühlerelement (2) enthält nur dielektrische Werkstoffe,
• b) der Sender (65) und der Empfänger (66) sind im Stecker (6) angeordnet und
• c) mit dem Lichtwellenleiter (42) nicht lösbar verbunden.

2. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Licht­ wellenleiter (42) mit seinem fühlerseitigen Ende (43) in einer Bohrung (25) des Fühlerelementes (2) angeordnet ist, die senk­ recht zu dessen Applikationsfläche (21) verläuft.

3. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfänger (66) ein infrarotempfindlicher Fototransistor mit Tageslichtfilter vorgesehen ist.

4. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtwellenleiter (42) ein Faserbündel vorgesehen ist.

5. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Faserbündel in ein Sende- und Empfangsbündel (46 bzw. 47) aufgespalten ist, und die dem Sende- und Empfangsbündel (46 bzw. 47) jeweils zugeordneten einzelnen Fasern am fühlerseitigen Ende (43) statistisch gemischt angeordnet sind.

6. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserbündel aus Glasfasern besteht.