DE69207795T2

DE69207795T2 - Druckmesskatheter mit Lichtleiter und fluoreszenzlöschende Spitze

Info

Publication number: DE69207795T2
Application number: DE69207795T
Authority: DE
Inventors: William F Carlsen; Ganapati Mauze
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1991-03-11
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2012-03-03
Also published as: DE69207795D1; EP0503812A2; US5142155A; EP0503812A3; EP0503812B1; JPH05103763A

Description

Einführung

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf Katheterspitzen-Druckfühler, die beispielsweise zum Messen des Blutdrucks an einem spezifizierten inneren Ort eines Patienten brauchbar sind.

Hintergrund

Es ist gut bekannt, daß der Blutdruck eines Patienten eine wichtige Anzeige der Gesundheit des Patienten ist. Speziell ergibt der Blutdruck an einem spezifischen Ort in dem Patienten, beispielsweise in einer Radialarterie, eine speziellere Anzeige der Gesundheit des Patienten.
"Measurements in Medical Practice in Research", Tsilik, und Halperin, Sensors, Juli 1987, S. 11 bis 17, beschreibt bestimmte bekannte Blutdruck-Meßgeräte. Ein derartiges bekanntes Blutmeßgerät weist ein elektrisches Dehnungsmeßgerät auf, das als Reaktion auf den Druck auf eine Flüssigkeitssäule aktiviert wird, welche auf eine Membran wirkt, der beispielsweise über eine entfernbare Kuppel angelegt wird. Obwohl eine derartige Konfiguration etwas komplex ist, ermöglicht sie eine ausreichende Genauigkeit für die meisten klinischen Anwendungen. Wenn das Gerät jedoch nicht ordnungsgemäß hergestellt ist, ist die Genauigkeit desselben nachteilig beeinflußt, wobei bewirkt wird, daß dasselbe zur Verwendung bei biomedizinischen Forschungsanwendungen ungeeignet ist. Zusätzlich zu der relativen Komplexität ist dieser Typ eines bekannten Druckerfassungsgeräts ziemlich aufwendig.
Ein weiterer Typ eines bekannten Fühlers ist ein Halbleiter-Druckfühler, der eine geätzte Membran und Dehnungsmeßstreifen aufweist. Der gesamte Fühler wird in einen Patienten eingeführt, wodurch ermöglicht wird, daß die Erfassung des Drucks an dem Punkt stattfindet, der gemessen werden soll. Ungünstigerweise ist dieser bekannte Typ eines Fühlers aufwendig und zerbrechlich und macht es erforderlich, daß elektrische Signale in den Patienten geleitet werden, um mit dem Fühler zu kommunizieren. Dies ist aufgrund der Gefahr eines Fibrillierens besonders unerwünscht, wenn der Druck in einer Koronararterie gemessen wird.
Noch ein weiterer bekannter Druckfühler verwendet eine Lichtleitfaser, um Licht zu einer Membran zu übertragen, die sich an der Spitze eines Katheters befindet, der zu dem gewünschten Ort in einen Patienten eingeführt ist. Das einfallende Licht, das durch die optische Faser übertragen wird, wird als eine Funktion der Verschiebung der Membran aufgrund des Drucks, der gemessen wird, von der Membran reflektiert. Das reflektierte Licht wird dann außerhalb des Patienten erfaßt und der Blutdruck, der gemessen wird, wird elektronisch bestimmt. Diese Fühler messen die absolute Intensität eines reflektierten Signals. Daher sind sie aufgrund von Quellen-Intensitätsschwankungen und Mikrobeugungs-Verlusten Fehlern unterworfen. Ferner bewirken dieselben Fehler aufgrund der Änderungen der mechanischen Struktur und der optischen Charakteristika der Membran aufgrund von Vibrationen, Einführungsbeschädigungen, thermischen Expansionen, usw..
Ein weiterer Typ eines bekannten Lichtleitfaser-Druckwandlers ist bei Lawson und Tekippe, "Fiber-optic diaphragm-curvature pressure transducer", in Optics Letters, Bd. 8, Nr. 5, Mai 1983, S. 286 bis 288, beschrieben. Dieser Typ eines bekannten Lichtleitfaser-Druckwandlers erfaßt elektronisch die Änderung der Membrankrümmung aufgrund des Blutdrucks, und nicht die Membranverschiebung. Dieser Fühler verwendet ein Bündel von Fasern. Folglich ist der Durchmesser des Fühlers ziemlich groß. Dies macht denselben nutzlos für eine intraarterielle Erfassung, insbesondere, da häufig Blut durch den gleichen Katheter gezogen werden muß, oder einige andere Fühler ebenfalls neben dem Druckfühler plaziert sein können. Die Größe der Radialarterien ist zu klein, um eine solche Anordnung mit einem derart großen Fühler aufzunehmen.
Die US-A-4270050 beschreibt eine Struktur zum Messen des Drucks durch die Verwendung eines druckempfindlichen optischen Modulators, der aus einem Halbleiter, beispielsweise Gallium-Arsenid, gebildet ist, mit einer Bandbreite, die sich proportional zu einem Druck ändert. Diese Technologie hat sich nicht bewährt. Ferner ist die resultierende Größe zu groß für eine intraarterielle Erfassung.
Alle obigen Fühler sind extrem schwierig herzustellen, da dieselben strenge Toleranzen bezüglich Abmessungen, usw., erfordern.
Demgemäß bleibt ein Bedarf nach einem einfachen, verfügbaren, kostengünstigen In-vivo-Druckfühler (in-vivo = am Lebenden), der keine Einführung elektrischer Signale in einen Patienten erfordert.
Die EP-A-0091390 beschreibt eine Lichtleitfasersonde zum Bestimmen des partiellen Sauerstoffdrucks in dem Blutstrom. Die Sonde weist zwei Stränge von Lichtleitfasern auf, die in einem Abschnitt einer hydrophobischen, gasdurchlässigen Rohrleitung enden. Die Rohrleitung ist mit einem geeigneten fluoreszierenden Farbstoff gefüllt. Im Gebrauch wird die Rohrleitung in ein Blutgefäß eingeführt, wo ein Gewichtsausgleich der partiellen Sauerstoffdrücke durch die gasdurchlässige Wand der Rohrleitung stattfindet. Die Lichtleitfasern sind verwendet, um Anregungsenergie zu dem fluoreszierenden Farbstoff und Fluoreszenzenergie aus dem fluoreszierenden Farbstoff zu koppeln. Das Ausmaß der Fluoreszenzlöschung durch den Sauerstoff wird verwendet, um den partiellen Sauerstoffdruck in der Rohrleitung zu bestimmen, und damit den partiellen Sauerstoffdruck in dem Blutstrom um die Rohrleitung herzuleiten.
Die EP-A-0252578 beschreibt ein Lichtleitfaser-Fühlersystem zur Verwendung im Körper, um u.a. den partiellen Sauerstoffdruck in dem Blutstrom zu messen. Das System ist ähnlich der Lichtleitfasersonde der EP-A-0091390, verwendet jedoch fluorometrische Zersetzungsmessungen, um das Ausmaß der Fluoreszenzlöschung zu bestimmen.
Die US-A-4691709 beschreibt einen Fühler zum Messen der Geschwindigkeit eines Blutflusses in einem Blutgefäß, ebenso wie zum Messen des statischen Drucks an einer oder mehreren Stellen in dem Blutgefäß. Der statische Druck wird durch das hydrostatische Koppeln des Drucks durch eine Latex-Membran in der Fühlerspitze in einem Schaumwandler gemessen. Die Kompression des Schaumwandlers bewirkt eine Änderung der Lichtmenge, die durch eine Lichtleitfaser, welche in Kontakt zu dem Wandler ist, übertragen wird, wodurch ermöglicht wird, daß der externe Druck bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung liefert einen Druckfühler mit folgenden Merkmalen:
einem Probengebiet, wobei das Probengebiet zumindest teilweise von einer gasdichten, flexiblen Membran umgeben ist, um den Druck eines Meßgebiets hydrostatisch zu dem Probengebiet zu koppeln;
mindestens eine Lichtleitfaser, um eine Anregungsenergie zu dem Probengebiet zu koppeln, und um eine Fluoreszenzenergie aus dem Probengebiet zu koppeln;
einem oder mehr fluoreszierenden Chromophoren, die innerhalb des Probengebiets gelegen sind, wobei die Chromophore die Fluoreszenzenergie als Reaktion auf die Anregungsenergie liefern; und
Löschmolekülen, die innerhalb des Probengebiets gelegen sind, wobei die Löschmoleküle bewirken, daß die fluoreszierenden Chromophore als Reaktion auf einen Druck in dem Probengebiet eine verkürzte Verweildauer im angeregten Zustand haben.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Druckfühlersystem, das einen Druckfühler gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, und ferner folgende Merkmale aufweist:
ein Quellenmittel, um eine optische Anregungsenergie zu liefern;
ein Erfassungsmittel, um die Fluoreszenzenergie zu erfassen, und um als Reaktion darauf den Druck in dem Probengebiet zu bestimmen;
wobei das Quellenmittel und das Erfassungmittel durch die zumindest eine Lichtleitfaser mit dem Probengebiet gekoppelt sind.
Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Verfahren zum Bestimmen des Drucks in einem Meßgebiet, das folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Druckfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;
hydrostatisches Koppeln des Drucks des Meßgebiets zu dem Probengebiet;
Koppeln von optischer Anregungsenergie zu dem Probengebiet, wodurch bewirkt wird, daß als Reaktion auf die optische Anregungsenergie eine Fluoreszenzenergie erzeugt wird, wobei die Fluoreszenzenergie zumindest teilweise als Reaktion auf den Druck in dem Probengebiet gelöscht wird; und
Erfassen der Fluoreszenzenergie und Durchführen einer Bestimmung des Drucks in dem Probengebiet als Reaktion darauf.
Diese Erfindung verwendet das Phänomen der Stoß-Löschung oder der Foerster-Energieübertragungs-Löschung der Fluoreszenz, um den Druck zu messen, der durch das Medium ausgeübt wird, in dem die Fühler plaziert sind. Wenn ein Stoß-Löschungs-Fühlertyp, der gemäß den Lehren dieser Erfindung aufgebaut ist, verwendet wird, wird die Konzentrationsänderung eines Löschmittels gemessen, wobei das Löschmittel in der Fühlerspitze eingeschlossen ist, welche in einem hydrodynamischen Gleichgewicht mit der dieselbe umgebenden Umgebung ist. Foerster-Löschungs-Fühlertypen, die gemäß den Lehren dieser Erfindung aufgebaut sind, messen die Änderung des Abstands zwischen dem Löschmittel und dem fluoreszierenden Chromophor, welche wiederum durch Druckänderungen bewirkt wird, die durch die umgebende Umgebung bewirkt werden, in welcher der Fühler plaziert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Druckfühlers, der gemäß den Lehren dieser Erfindung aufgebaut ist, zeigt, der auf einer Stoß-Löschung basiert.
Fig. 2a ist eine Querschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Druckfühlers, der gemäß den Lehren dieser Erfindung aufgebaut ist, der auf einer Foerster-Löschung basiert.
Fig. 2b zeigt die Donator- und Akzeptor-Grundmasse, die bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2a verwendet ist.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Gerät darstellt, das gemäß den Lehren dieser Erfindung, die einen Lichtleitfaser-Druckfühler einschließt, aufgebaut ist.
Fig. 4 zeigt die Anregungs- und Emissions-Spektren des sauerstoffempfindlichen Farbstoffs Tris(4,7-Diphenyl-1,10-Phenanthrolin)Ruthenium II Dichlorid.
Fig. 5 zeigt, wie sich die Fluoreszenzintensität mit der Sauerstoffkonzentration ändert, bei einer Anregungsenergie von 450 nm.
Fig. 6 ist ein Graph, der den partiellen Sauerstoffdruck als eine Funktion der reziproken Fluoreszenzintensität zeigt.
Fig. 7 ist ein Graph, der die Dauer zeigt, die aus der Fluoreszenz-Zersetzungskurve hergeleitet ist, gemäß einer Herleitung aus einer Frequenzbereichsmessung der Fluoreszenzenergie.

Beschreibung der spezifischen Ausführungsbeispiele

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Druckfühlers, der gemäß den Lehren dieser Erfindung aufgebaut ist, darstellt, welches auf einer Stoß-Löschung der fluoreszierenden Chromophore basiert. Wie gut bekannt ist, besitzen fluoreszierende Chromophore in der Gegenwart bestimmter Moleküle eine verkürzte Verweildauer im angeregten Zustand und daher eine verringerte Fluoreszenzintensität. Diese Löschung hängt von der Stoß-Wahrscheinlichkeit zwischen dem Chromophor und dem Löschmittel ab. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist ein Fühler 100 eine Lichtleitfaser 101 auf, deren entferntes Ende 103 mit einer elektrooptischen Schaltung (nicht gezeigt) gekoppelt ist, um eine einfallende optische Energie zu liefern, und um die resultierende optische Energie zu erfassen. Die Lichtleitfaser 100 ist in einen Patienten eingeführt, derart, daß eine flexible Membran 104 an der Katheterspitze an einem gewünschten Punkt positioniert ist, an dem ein Druck gemessen werden soll. Ein Hohlraum 105 ist gebildet, derart, daß derselbe von einer starren Buchse 102, der Lichtleitfaser 101 und der flexiblen gasdichten Membran 104 umgeben ist. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die starre Buchse 102 aus einem Rohr aus rostfreiem Stahl.
Der Fühler 100 des Stoß-Löschungs-Typs dient dazu, die Konzentrationsänderung eines Löschmittels zu messen, das in dem Gebiet 105 eingeschlossen ist, welches aufgrund der flexiblen Membran 104 in einem hydrodynamischen Gleichgewicht mit seiner umgebenden Umgebung ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der fluoreszierende Chromophor, der in dem Gebiet 105 enthalten ist, einen inorganischen Farbstoff auf, beispielsweise Tris(4,7-Diphenyl-1,10-Phenanthrolin)Ruthenium II Dichlorid ([Ru(Ph&sub2;phen)&sub3;]Cl&sub2;), der hierin nachfolgend als Ru (DIP)&sub3;²&spplus; bezeichnet wird, der auf das entfernte Ende der Lichtleitfaser 101, beispielsweise in einer Polymer-Grundmasse 106, beschichtet ist. Fig. 4 zeigt die Anregungs- und Emissions-Spektren des sauerstoffempfindlichen Farbstoffs wie Ru(DIP)&sub3;²&spplus;. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel enthält das Löschmittel in dem Gebiet 105 beispielsweise ein Gasgemisch aus Stickstoff und Sauerstoff. Fig. 5 zeigt, wie sich die Fluoreszenzintensität von Ru(DIP)&sub3;²&spplus; bei einer Anregungsenergie von 450 nm mit der Sauerstoffkonzentration ändert. Die Sauerstoff- und Stickstoff-Komponenten des Gases werden in einer vorbestimmten Konzentration festgelegt und sind in der gasdichten Region 105 enthalten. Das Verhältnis von Sauerstoff zu Stickstoff ist vorzugsweise derart gewählt, daß die Empfindlichkeit des Fühlers maximiert ist. Diese Empfindlichkeit hängt von dem Druckmeßbereich ab, über den der Fühler verwendet werden soll.
Änderungen des äußeren Drucks können bewirken, daß sich die flexible Membran 104 bewegt, wobei die äußeren Druckänderungen zu dem Gebiet 105 gekoppelt werden. Dies bewirkt eine Änderung des partiellen Drucks des Sauerstoff- und Stickstoff-Löschmittel-Gases in dem Fühlerspitzengebiet 105, welche dann die Stoß-Wahrscheinlichkeit des Stickstoff/Sauerstoff-Löschmittel-Gases in dem fluoreszierenden Chromophor beeinflußt. Dies beeinflußt wiederum die Fluoreszenzintensität für einen gegebenen Anregungsenergiebetrag. Eine Messung des Fluoreszenzbetrags liefert eine Anzeige des Ausmaßes der Stoßlöschung des beleuchteten fluoreszierenden Chromophors, welche direkt den Druck der umgebenden Umgebung, in der die Fühlerspitze 105 positioniert ist, anzeigt. Fig. 6 ist ein Graph, der den partiellen Sauerstoffdruck darstellt, welcher als eine Funktion der reziproken Fluoreszenzintensität bei der Wellenlänge der Spitzenanregung gemessen ist.
Folglich wird im Betrieb ein optisches Umgebungssignal von einer äußeren Schaltung (nicht gezeigt) durch die Lichtleitfaser 101 zu der Fühlerspitze 105 übertragen. Dieses optische Umgebungssignal bewirkt, daß der fluoreszierende Chromophor fluoresziert. Der Fluoreszenzbetrag ist auf den partiellen Druck bezogen, der, wie oben beschrieben wurde, einen zugeordneten Löschungsbetrag bewirkt. Die Fluoreszenzemission wird dann zur Erfassung des Pegels derselben durch die Lichtleitfaser 101 zu der äußeren Schaltung (nicht gezeigt) zurückgekoppelt. Dies ist dann korreliert zu dem Druck, der an der Fühlerspitze 105 existiert.
Fig. 2a zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, bei dem ein Druckfühler 200, der auf einer Foerster-Löschung basiert, gelehrt wird. Der Fühler 200 weist eine Lichtleitfaser 201 auf, die ein nahes Ende 203 besitzt, um zu einer äußeren Quelle (nicht gezeigt) von optischer Energie und einer äußeren Erfassungsschaltung (nicht gezeigt) zu koppeln. Eine Spitze 202 des Fühlers 200 basiert auf der Foerster-Löschung, welche von dem mittleren Abstand zwischen einem Chromophor und einem Löschmittel abhängt. Eine Foerster-Energieübertragung tritt zwischen dem fluoreszierenden Chromophor (Donatoren) auf, welche Emissionsbänder aufweisen, die mit dem Absorptionsband der Löschmittel (Akzeptoren) überlappen. Dieser Effekt findet aufgrund einer Dipol-Dipol-Wechselwirkung zwischen Donator und Akzeptor statt, und ändert sich wie die sechste Potenz ihrer Trennung, wie bei "Fluorescence Energy Transfer As a Spectroscopic Ruler" von L. Stryer in Ann. Rev. Biochem. (1978) 47:819-46, beschrieben ist. Die Energieübertragung, und folglich die Löschung der fluoreszierenden Chromophore, ist somit auf die Trennung zwischen den fluoreszierenden Chromophoren und dem Löschmittel sehr empfindlich. Gemäß den Lehren dieser Erfindung ist ein Druckfühler aufgebaut, bei dem der Umgebungsdruck zu der Fühlerspitze gekoppelt wird, wodurch der Abstand zwischen Donatoren und Akzeptoren beeinflußt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung werden fluoreszierende Chromophore eines anorganischen Farbstoffs, beispielsweise Fluoreszein, mit einem Löschmittel, beispielsweise Rhodamin 6G, verwendet, da die Emissionsspektren des Fluoreszeins das Absorptionsband von Rhodamin 6G überlappen. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich der fluoreszierende Chromophor und das Löschmittel unbeweglich in einer komprimierbaren Grundmasse, die an dem fernen Ende der Lichtleitfaser 201 plaziert und in einer flexiblen gasdichten Hülle 202 eingeschlossen ist. Eine solche komprimierbare Grundmasse ist in Fig. 2b mit Donatoren 210 und Akzeptoren 211 dargestellt, die sich an spezifischen Orten in der komprimierbaren Grundmasse befinden. Eine solche Grundmasse ist aus flexiblen Polymerketten zusammengesetzt, wie in Fig. 2b gezeigt ist. Wenn die Grundmasse zusammengedrückt oder auseinandergezogen wird, falten oder verlängern sich die Ketten, wodurch der Abstand zwischen dem Donator und dem Akzeptor entlang der Kette reduziert oder erhöht wird. Änderungen des äußeren Drucks bewirken Änderungen des Volumens der schaumigen Grundmasse, wobei entsprechende Änderungen der intermolekularen Trennung der fluoreszierenden Chromophore (Donatoren 210) und das Löschmittel (Akzeptoren 211) bewirkt werden. Der Grad der Löschung ist folglich ein Maß des äußeren Drucks, der auf die Fühlerspitze 202 ausgeübt wird.
Fig. 3 zeigt ein System, das gemäß den Lehren dieser Erfindung aufgebaut ist, zur Verwendung entweder mit dem Stoß-Löschungs-Typ-Fühler von Fig. 1 oder dem Foerster-Löschungs- Typ-Fühler von Fig. 2. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, liefert eine optische Quelle 301 eine optische Anregungsenergie auf einer Lichtleitfaser 302 zu einem Wellenlängen-Teilungsmultiplexer 303. Diese optische Anregungsenergie wird über eine Lichtleitfaser 304 zu einem Fühler 305 geleitet. Diese optische Anregungsenergie bewirkt eine Fluoreszenz in dem Fühler 305, wobei diese Fluoreszenz durch einen Stoß-Löschungs-Mechanismus (wie oben bezugnehmend auf Fig. 1 beschrieben wurde) oder einen Foerster-Typ-Löschungs-Mechanismus (wie oben bezugnehmend auf das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 beschrieben wurde) gelöscht wird. Die Fluoreszenzenergie wird von dem Fühler 305 durch die Lichtleitfaser 304 zu dem Wellenlängen-Teilungsmultiplexer 303 gekoppelt. Der Wellenlängen-Teilungsmultiplexer 303 leitet dieses zurücklaufende optische Fluoreszenzsignal, dessen Wellenlänge sich von der Wellenlänge der optischen Anregungsenergie, die durch die optische Quelle 301 geliefert wird, unterscheidet, zu dem Detektor 307. Die zurücklaufende optische Energie wird dann durch den Detektor 307 in ein elektronisches Signal umgewandelt, wobei eine Bestimmung bezüglich der Intensität der Fluoreszenzenergie durchgeführt wird, welche wiederum eine Anzeige des Drucks ist, der durch den Fühler 305 erfaßt wird.
Gemäß den Lehren dieser Erfindung wird ein Frequenzbereichs- oder ein Zeitbereichs-Lösungsansatz verwendet, um den Druck, der von dem Fühler 305 erfaßt wird, zu messen. Dies schließt die Verwendung entweder eines pulsierten oder eines sinusförmig modulierten Anregungslichts ein. Der Grad der Löschung ist dann eine Funktion der Zersetzungszeit oder der Phasenverschiebung der Emission der fluoreszenten Chromophore. Fig. 7 ist ein Graph, der die Dauer darstellt, die aus der Fluoreszenzzersetzungskurve hergeleitet ist, gemäß einer Herleitung aus einer Frequenzbereichsmessung der Fluoreszenzenergie. Die Verwendung eines Frequenz- oder Zeit-Bereichs-Lösungsansatzes vereinfacht die Anforderungen für eine Referenzsignal stark oder beseitigt dieselben vollständig, da Schwankungen der Intensität des optischen Signals, das durch die optische Quelle 301 geliefert wird, Verluste aufgrund einer Lichtleitfaserbeugung und Verbinder die Zersetzungszeit oder die Phasenverschiebung der Fluoreszenz nicht beeinflussen.
Ein weiterer Vorteil, der gemäß den Lehren dieser Erfindung geliefert wird, besteht darin, daß die Anregungsenergie und die zurücklaufende Energie von der Fühlerspitze gemäß dem Fluoreszenzphänomen unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, wodurch eine richtungsmäßige Kopplung für Einfasersysteme vereinfacht wird. Dies beseitigt die Schwierigkeit des Versuchs, ein zurücklaufendes Signal mit der gleichen Wellenlänge wie das Anregungssignal zu erfassen, wie es bei bekannten Lichtleitfaser-Druckfühlersystemen der Fall ist.
Ferner basiert, anders als bei bekannten Lichtleitfaser- Druckfühlern, die Bestimmung des Drucks auf einem quantenmechanischen Phänomen, und nicht auf einem mechanischen Phänomen, beispielsweise der Ablenkung oder der Verschiebung einer Membran. Dies führt zu der Fähigkeit, eine Fühlerspitze gemäß den Lehren dieser Erfindung zu schaffen, die wesentlich kleiner ist, als es mit den bekannten Lehren möglich war. Da die quantenmechanischen Phänomene, die gemäß den Lehren dieser Erfindung verwendet werden, spezifisch für das Material sind, das sich an der Fühlerspitze befindet, hängt das optische Signal, das den Druck darstellt, der durch den Fühler erfaßt wird, außerdem nicht von der Form der Fühlerspitze ab, wie es bei bekannten Fühlern der Fall ist, die eine Bewegung einer Membran oder eine Änderung der Krümmung einer Membran erfassen. Folglich wird ein Fühler gelehrt, der den Bedarf nach einer hochpräzisen maschinellen Verarbeitung, wie sie gemäß dem Stand der Technik notwendig ist, beseitigt.
Noch ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß der Druck, der dem Betriebspunkt zugeordnet ist, ebenso wie die Empfindlichkeit auf Änderungen des Drucks von diesem Betriebspunkt einfach durch das Auswählen geeigneter Typen und Konzentrationen von fluoreszierenden Chromophoren und Löschmitteln zugeschnitten werden können.
Nachdem die Erfindung nun vollständig beschrieben ist, ist es für Fachleute offensichtlich, daß viele Änderungen und Modifikationen derselben durchgeführt werden können, ohne vom Bereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Ein Druckfühler (100), aufweisend:

ein Probengebiet, wobei dieses Probengebiet zumindest teilweise von einer gasdichten, flexiblen Membran (104) umgeben ist, um den Druck eines Meßgebiets zu dem Probengebiet hydrostatisch zu koppeln;

mindestens eine Lichtleitfaser (101), um eine Anregungsenergie zu dem Probengebiet zu koppeln, und um eine Fluoreszenzenergie aus dem Probengebiet zu koppeln;

einen oder mehr fluoreszierende Chromophore, die innerhalb des Probengebiets gelegen sind, wobei der Chromophor oder die Chromophore die Fluoreszenzenergie als Reaktion auf die Anregungsenergie liefern; und

Löschmoleküle, die innerhalb des Probengebiets gelegen sind, wobei die Löschmoleküle bewirken, daß der fluoreszierende Chromophor oder die fluoreszierenden Chromophore als Reaktion auf einen Druck in dem Probengebiet eine verkürzte Verweildauer im angeregten Zustand haben.

2. Ein Fühler gemäß Anspruch 1, bei dem eine einzelne Lichtleitfaser (101) vorgesehen ist, um sowohl die Anregungsenergie zu dem Probengebiet zu koppeln, als auch die Fluoreszenzenergie aus dem Probengebiet zu koppeln.

3. Ein Fühler gemäß Anspruch 1, bei dem der fluoreszierende Chromophor oder die fluoreszierenden chromophore einen anorganischen Farbstoff aufweisen.

4. Ein Fühler gemäß Anspruch 3, bei dem der fluoreszierende Chromophor oder die fluoreszierenden Chromophore Tris(4,7-Diphenyl-1,10-Phenanthrolin)Ruthenium II Dichlorid aufweisen, und die Löschmoleküle Sauerstoff und Stickstoff aufweisen.

5. Ein Fühler gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, der weiterhin eine polymere Grundmasse (106) aufweist, die mit diesem Chromophor oder diesen Chromophoren beschichtet ist.

6. Ein Fühler gemäß Anspruch 5, bei dem die polymere Grundmasse (106) an dem in dem Probengebiet gelegenen Ende der Lichtleitfaser (101) gelegen ist.

7. Ein Druckfühlersystem, das einen Druckfühler (100) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche hat, und weiterhin aufweist:

ein Quellenmittel (301), um optische Anregungsenergie zu liefern;

ein Erfassungsmittel (308), um die Fluoreszenzenergie zu erfassen, und als Reaktion darauf den Druck in dem Probengebiet zu bestimmen;

wobei das Quellenmittel (301) und das Erfassungsmittel (308) durch die mindestens eine Lichtleitfaser mit dem Probengebiet gekoppelt sind.

8. Ein Verfahren zum Bestimmen des Drucks in einem Meßgebiet, das folgende Schritte aufweist:

Bereitstellen eines Druckfühlers gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6;

hydrostatisches Koppeln des Drucks des Meßgebiets zu dem Probengebiet;

Koppeln von Anregungsenergie zu dem Probengebiet, wodurch bewirkt wird, daß als Reaktion auf die optische Anregungsenergie Fluoreszenzenergie erzeugt wird, wobei die Fluoreszenzenergie als Reaktion auf den Druck in dem Probengebiet zumindest teilweise gelöscht wird; und

Erfassen der Fluoreszenzenergie und Durchführen einer Bestimmung des Drucks in dem Probengebiet als Reaktion darauf.