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Anordnung zur Messung der Volumenänderung organischer Gewebe Es ist
bereits vorgeschlagen worden, die Blutfülle organischer Gewebe in der Weise zu messen,
daß auf dem zu untersuchenden Teil unter elastischem Druck isolierte Kondensatorelektroden
angebracht werden, deren gegenseitige Kapazität, welche durch die Änderungder Blutfülle
beeinflußt wird, auf hochfrequenztechnischem Wege gemessen wird.
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Die hierbei festzustellende Kapazitätsänderung beruht einmal darauf,
daß durch die Änderung der Blutfülle die kapazitive Leitfähigkeit des Gewebes selbst
geändert wird.
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Dieser Einfluß macht sich besonders bei Verwendung von ultrakurzen
Wellen als Meßfrequenz bemerkbar. Zum anderen beruht die Kapazitätsänderung zwischen
den nebeneinander in einigem Abstand voneinander auf der Gewebeoberfläche angebrachten
Elektroden darauf, daß bei zunehmender Blutfülle infolge Volumenzunahme bzw. Gewichtszunahme
eine Zunahme des Auflagedrucks der elastisch angebrachten Elektroden vor sich geht.
Durch den größeren Auflagedruck ergibt sich eine innigere Berührung der Elektroden
mit der Haut und dadurch eine Kapazitätserhöhung. Diese Wirkung tritt auch bei Verwendung
einer einzigen Elektrode ein, sofern der untersuchte Körper eine gewisse Kapazität
gegen Erde hat. Für diesen Fall wurde vorgeschlagen, diese Elektrode mit dem Eingangsgitter
des Verstärkers zu verbinden, während der Körper wegen seiner ohnehin bestehenden
kapazitiven Erdung keiner besonderen Erdungselektrode bedarf.
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In diesem Falle wirkt die Haut als der zweite Belag des die Anordnung
darstellenden Meßkondensators, wobei die durch die Volumenänderung veranlaßte Änderung
des Auflagedruckes
und des wirksamen Abstandes znvisehen Gitterelektrode
und Hautoberfläche zur Kapazitätsänderung führt. Diese älteren ießanordnungen haben
verscbiedene Mängel, welche durch die nachstehend beschriebene. neue Meßanordnung
heseitigt sind. Zunächst ist es für viele Messungen unervünscht, den Patienten in
den Hochfreuquenzstromkreis einzuschalten, zumal einer die Wirkungsweise der Hochfrequnzenergie,
insbesondere bei Ultrakurzwellen, noch keine restlose Larheit besteht. Dann macht
sich auf die Messungen die Tatsache nachteilig bemerkbar, daß der Körper nur unvollkommen
geerdet ist, so daß bei Lageveränderungen seine Kapazität gegen Erde sich ändert
und dadurch das Maßbild fälscht. Diese Gefahr besteht insbesondere bei Anwendung,
nur einer Elektrode in Verbindung mit dem nur durch seine eigene Erdkapazität geerdeten
Körper. Andererseits bringt die Verwendung einer zweiten Elektrode den Nachteil
mit sich, daß sich die Fehlermöglichkeit, die durch die Anbringung der Elektrode
am Körper besteht, verdoppelt.
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Auch spielen dann Abstandsänderungen zvi schen den beiden nebeneinanderliegenden
Elektroden in die Messung hinein. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch
beseitigt, daß das Untersuchungsobjekt gegeneinander elastisch abgestützte, schmiegsam
an oder um das Objekt gelegte Belegungen eines Kondensators beeinglußt, dessen Kapazitätsanderung
gemessen wird.
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Es ist bereits bekannt. zur Erfassung von Herztönen ein magnetelektrisches
Mikrophon zu verxvenflen, dessen Anker mit einem elastischein Zwischenglied gegenüber
dem Gehause abgestützt ist. Dieses Gerät. das auf die Brustwand aufgesetzt werden
soll, ist seiner ganzen Ausbildung nach ein beschleunigungsempfindliches Meßgerät.
das nur bei verhältnismäßig schnellen Schwingungen oder Änderungen seiner Lage einen
Induktionsstrom erzeugt.
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Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erfassenden Volumenänderungen
des Gewebes gehen jedoch so langsam vor sich, daß das bekannte Gerät wegen seiner
Ansprechschwelle hierfür nicht verwendbar ist. Es würde nämlich diesen langsamen
Änderungen folgen und der durch den elastischen Körper gegebene Abstand des Ankers
vom Gehäuse damit praktisch erhalten bleiben. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung
kann dieser Fall jedoch niemals eintreten, und es ist ein Ansprehchen selbst bei
den langsamsten Änderungen gewährleistet.
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Zahlreiche durchgeführt Messungen haben ergeben, daß sich aus den
so gewonnenen Äießbildern klinisch wertvolle Schlüsse ziehen lassen. Da die Änderung
des Volumens wegen der Elastizität organischen Gewebes der Anderung des Durchblutungsgrades
proportional verläuft, kann man auch ohne unmittelbare Berücksichtigung der durch
die sich ändernde kapazitive Leitfähigkeit gekennzeichneten Blufüllenänderung auf
Änderungen im Durchblutungsgrad schließen. Die Beeinflussung der Elektroden durch
den Auflagedruck kann dabei auf die verschiedenste Weise gescheben, wovon eine Anzahl
Ausführungsformen, die iiachstehend beschrieben sind, Zeugnis ablegt.
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Abb. I und 2 zeigen eine mit zwei Kondensatorbelegen versehene bandförmige
Elektrode, die um den zu untersuchenden Körperteil herumgelekt und in dieser Etage
befestigt wird. l)ie Elektrode setzt sich aus folgenden Schichten zusammen: einer
elastischen Schicht 1 Isolierniaterial, z.H. einem Samtstreifen, an dem beiderseits
je eine elastische Kondensatorfläche 2, z. B. aus Metallgewebe, voneinander isoliert
befestigt ist. Die Befestigung kann erfindungsgemäß durch Ver-Iiälien derart erfolgen,
daß die Elektrode das Aussehen einer Steppdecke erhält, wie die Abb. I und 2 deutlich
zeigen. Über den Kondensatorbelegen sind dünne Schichten elastischer Isoliermaterials
angeordnet, z. B. dünne Schichten Gummi. Diese sind in der Abb. l nicht miteingezeichnet
und durch Ziffer 3 in Abb. 2 bezeichnet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, für
die innere der Haut zu, gewandte Kondensatorfläche ein Material großerer Elastizität
und Biegsamkeit zu nehmen als für die äußere Fläche die gegebenenfalls aus dünnem
Blech bestehen kann.
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Im letztgenannten Falle dient die äußereKondensatorfläche zugleich
als mechanischer Halt für die übrigen Teile der Elektrode. Um hierbei die Anpassung
derElektrode an die Größe des zu untersuchenden Körperteils, z. B. des Beines, zu
ermöglichen, wird vorgeschlagen, das Elektrodenband als Spirale auszubilden, deren
Enden nebeinanderliegen und durch eine Befestigungsvorrichtung miteinander verbunden
werden. Dies zeigt Abb. 3. Die spiralförmig gewundene Bandelektrode 5 liegt um den
Körperteil 6. Am linken Ende der Elektrode steht das Metallblech um einen kleineren
Streifen 4 über In diesem Streifen befindet sidi ein länglicher Schlitz 7, in den
ein am anderen Ende der Spirale befestigter Stift 8 hineinragt, der ein Gewinde
für eine Kordelmutter trägt, mittels der das auf dem Bild rechts befindliche Ende
der Spirale mit dem linken in beliebiger Stellung des Stiftes fest verbunden werden
kann. Auf der Spirale kann eine Masseneinteilung an gebracht werden, die eine Ablesung
des Umfanges der betreffenden Körperstelle ermöglicht, wie auch die nach anderer
Art aufgebauten Elektroden oder Elektrodenhalterungen
mit Maßeinteilung
oder damit verbundenen Maßbändern versehen werden können.
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Ferner können erfindungsgemäß diese und andere Elektrodenanordnungen
mit Vorrichtungen versehen werden, die eine Messung des durchschnittlich eingestellten
Auflagedrucks ermäglicht. Dies ist für die Praxis wichtig, um die Beeinflussung
des Blutkreislaufes durch die Bandelektrode zu ermitteln und um bei zeitlich verschiedenen
Messungen die gleichen Meßbedingungen zu schaffen.
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Man kann ferner erfindungsgemäß die Meßanordnung auch mit einer Anordnung
zur Blutdruckmessung vereinigen, indem eine Blutdruckmeßmanschette mit Kondensatorelektroden
versehen wird.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Meßelektrode zeigt die Abb.
4. Hier ist der zu untersuchende Körperteil.6 im Querschnitt gezeichnet. Ihn umgibt
ein Band 12 aus Isoliermaterial, durch das eine Kondensatorkapsel 9 gegen die Hautoberfläche
gedrückt wird. Die Kapsel enthält in ihrem Innern die gitterseitig an den Verstärker
geschaltete Elektrode I0, die isoliert von der aus leitendem Material aufgebauten
Kapselwandung aufgebaut ist. Die der Haut zu liegendeWandung der Kapsel besteht
aus einer elastisch verbiegbaren Metallschicht. Bei Zunahme des Auflagedrucks verringert
sich der Abstand dieser Wandung von derInnenelektrode und führt zu einer Kapazitätsänderung.
Der Raum zwischen den beiden Elektroden kann außer mit Luft auch mit einem elastischen
Polster I I, z. B. Watte, Glaswolle o. dgl., ausgefüllt sein.
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Eine weitere Anordnung einer Äleßelektrode zeigt die Abb. 5. Hier
wird der Auflagedruck indirekt zur Kapazitätsänderung eines Kondensators benutzt.
Die Eden des um den zu untersuchenden Körperteil geschlungenen Bandes greifen an
zwei elastisch gegeneinander bewegliche Elektrodenplatten I3 an, zwischen denen
eine Schicht Isoliermaterial 14 angeordnet ist. Bei geringem Druck werden die beiden
Platten durch einen mit ihnen unter Zwischenfügung von Isoliermaterial 15 verbundenen
Bügel I6 aus elastischem Material, insbesondere federndem Blech, dicht gegeneinander
gedrückt. Bei Zunahme des Volumens und des Auflagedrucks des Bandes werden die Platten
mehr oder weniger weit auseinandergezogen.
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Die Kondensatoranordnungen können, soweit dies nicht schon wie bei
Anordnung nach Abb. 4 durch den Aufbau ohnehin bedingt ist, eine die gitterseitig
angeschlossene Elektrode nach außen hin abschirmende Hülle erhalten.
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Die Befestigung der Bänder bzw. ihre Sicherung in der eingestellten
Lage erfolgt durch Schnallen, Klammern, Schrauben 0. dgl. sowie auch durch an sich
bereits vorgeschlagene Arretierwalzen, die eirre genaue Einstellung des mittleren
Auflagedrucks ermöglichen.
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Die Wahl des Plattenabstandes beim Aufbau der Platten hat so zu erfolgen,
daß die Kapazitätszunahme noch ungefähr proportional dem Druckanstieg erfolgt. Bei
zu geringem Abstand der Platten ist die erzielte Kapazitätsänderung zwar größer,
steigt aber quadratisch an. Unter Umständen kann die Ungleichmäßigkeit der Abhängiglçeit
der Kapazitätsänderung von der Druckänderung durch eine im Meßgerät selbst angeordnete
Kompensation ausgeglichen werden, derart, daß die Meßapparatur mit zunehmender Ka
pazität unempfindlicher wird. Dies läßt sich bei Anordnungen, bei denen das Prinzip
der Messung durch Resonanzverstimmung Anwendung findet, durch entsprechende Lage
des Arbeitspunktes auf der Resonanzkurve praktisch gut erreichen.
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Zur Elektrodenausführnng hach Abb. 1 und 2 ist noch zu sagen, daß
hierbei erfindungsgemäß die verschieden große Elastizität der Innenelektrode und
der Außenelektrode bei Verwendung desselben Metallgewebes dadurch erreicht werden
kann, daß der Streifen für die der Haut zugewandte, besonders elastische Elektrode
derart aus dem Metallgewebe ausgeschnitten wird, daß die Richtung des Bandes mit
der der Gewebefäden einen Winkel von etwa 450 bildet. Der äußere Streifen wird dagegen
so geschnitten, daß seine Richtung parallel bzw. senkrecht zur Gewebefadenrichtung
verläuft.
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Eine Elektrode, bei der die Änderung des Auflagedrucks zur Beeinflussung
einer nach dem Prinzip eines Drehkondensators aufgebauten Maßkapazität führt, ist
in Abb. 7 dargestellt. Auf dem aus starrem oder halbstarrem Material bestehenden
Anfangsteil I7 des Elektrodenbandes ist ein kleiner Drehkondensator I8 befestigt.
Das andere Ende des Man des endigt in einer Schnur I9 die um die Drehachse des Kondensators
herumgeschlungen ist, so daß sich der Kondensator bei Verschiebung der Schnur verstellt.
Die Zugschnur ist unter Zwischenschaltung einer elastischen Feder 20 amAnfangsteil
des Elektrodenbandes befestigt. Statt des gezeichneten Kondensators können auch
beliebige andere Ausführungsformen veränderlicher Kondensatoren zu dem hier bestimmten
Zweck verwendet werden.
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Erfindungsgemäß kann die Meßelektrode auch nach Art eines starren
Armreifens ausgebildet sein, der um das Körperglied herumgelegt wird. Dies ist besonders
dann gut durchführbar, wenn die innere Kondensatorfläche
weich
elastisch ausgeführt ist, so daß der Reifen gut auf dem Körperglied sitzt. Es können
dabei auch Vorrichtungen vorgesehen sein, die es ermöglichen, den Durchmesser des
Reifens zu verändern oder durch sonstige Verformung, beispielsweise durch ellipsoide
Verformung des kreisförmigen Reifens, diesen dem Querschnitt des zu untersuchenden
Körpergliedes anzupassen.
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Damit bei solchen Elektrodenanordnungen, bei denen der Meßkondensator
mittels eines Bandes an dem Körperglied befestigt ist, jede Änderung des Auflagedrucks
uneingeschränkt auf das Meßorgan übertragen wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
das Band auf Gleitrollen zu lagern, so daß es sich bei Volumenänderung besser verschieben
kann.
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Abb. 5 zeigt die Anordnung der Gleitrollen 21, die sich um Achsen
drehen, welche ihrerseits an dem Band befestigt sind.
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Die vorstehend beschriebenen Meßkondensatoren sind für solche Meßgeräte
bestimmt, bei denen nur eine Elektrode auf Hochfrequenzpotential liegt, während
die zweite geerdet ist. Nun besteht, wie Abb. 6 am Beispiel eines sogenannten Dreipolsenders
zeigt, die Möglichkeit, daß beide Kondensatorbelege Hochfrequenzspannung gegen Erde
führen.
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Dann ist der Kondensator ähnlich wie in Abb. 4. jedoch aus drei Platten
aufzubauen. wie dies die Abb. 6 zeigt. Hier liegt die erste Elektrode 24 an der
Anode, die zweite 23 an dem Gitter der die Meßschwingung erzeugenden Elektronenröhre.
Beiden Platten gegenüber ist eine dritte Elektrode 22 angeordnet, die an der Haut
liegt und geerdet ist. Man kann die beiden Elektroden 23 und 24 auch als kammartig
ineinandergreifende Belege ausbilden.
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Die Zuleitungen zu den Meßelektroden sind bei den dargestellten Abbildungen
nicht mit eingezeichnet. Sie werden zweckmäßig in abgeschirmten Leitungen verlegt,
um störende Beeinflussung auszuschalten.
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Die beschriebenen Meßanordnungen gestatten wegen der unmittelbaren
Anordnung der Kondensatorplatten auf der Gewebeoberfläche auch solche Messungen
der Änderung der Blutfälle, die in Abhängigkeit von Lageveränderungen des Körpers
bzw. des zu untersuchenden Körperteils vor sich gehen.
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Die Untersuchung und Bestimmung dieser Abhängigkeit hat sich nämlich
im Verlauf durchgeführter Messungen als besonders wichtig für die Beurteilung des
Gesundheitszustandes des Gewebes, der Gefäße und des Herzens ergeben.
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Um einen besonders aufschlußreichen Einblick in die Vorgänge im Gewebeinnern
zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, mehrere der beschriebenen Elektroden
an verschiedenen Stellen des Körpers oder Körperteils anzulegen, die mit getrennten
Meßverstärkern und getrennten Registriergeräten bzw. Mehrfachschreibern verbunden
sind und eine gleichzeitige Messung der Volumenänderung, insbesondere in Abhängigkeit
von Lageveränderungen, an den verschiedenen Stellen zulassen. Man kann dann beispielsweise
die Blutfüllenzunahme an einer Körperstelle vergleichen mit der Blutfüllenabnahme
an einer anderen Stelle. Das ist für die Erkenntnis von Blutstauungen und zur Feststellung
der Trägheit des ganzen Vorganges der Durchblutungsgradänderung wertvoll.
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Um die Blutfüllenänderung in größeren Gewebepartien festzustellen,
können besonders breite Elektrodenbänder genommen werden oder mehrere schmalere,
die elektrisch zusammengeschaltet (parallel oder hintereinander) werden. Es ist
auch vorgesehen, die Elektrode aus elastischem Material und in der Form eines Strumpfes
oder Handschuhes auszuführen. lJATeNTANSPRÜCHE: I. Anordnung zur elektrischen Messung
der Volumenänderung von organischem Gewebe, insbesondere von menschlichen Körperteilen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Untersuchungsobjekt gegeneinander elastisch abgestützte,
schmiegsame, an oder um das Objekt gelegte Belegungen eines Kondensators beeinflußt,
dessen Kapazitätsänderung gemessen wird.