DK146085B - Indstiksonde til maaling af varmeovergangen og gennembloedningen i levende vaev, isaer hos mennesker - Google Patents

Description

146085

Opfindelsen angår en indstiksonde til måling af varmeovergan-gen og/eller blodgennemstrømningen i levende væv, især hos mennesker, med to mod hinanden koblede termoelementer, der hver har et udgående lederben af et første termoelektrisk materiale 5 og et fælles forbindelsesben af et andet termoelektrisk materiale, hvor det ene termoelement opvarmes og er anbragt ved sondespidsen, og hvor det andet termoelement er uopvarmet og er anbragt ved sondeskaftet.

Sådanne sonder kendes fra tysk patentskrift nr. 956.868, fra 10 bogen "Durchblutungsmessung mit Wårmeleitelementen" af Golen-hofen, Hensel und Hildebrandt, Georg Thieme Verlag, Stuttgart (1963) og fra tysk fremlæggelsesskrift nr. 1.121.274. Disse sonder er for det meste anbragt i det indre af metalrør, der giver sonden mekanisk stabilitet og omslutter den tætnende.

15 De enkelte termoelementben, samt varmstrømstilledningerne er udformet som tynde tråde, der er indbyrdes isolerede med glas eller lignende. Opvarmningen foregår ved Peltieropvarmning, opvarmning ved hjælp af modstandstråde eller som i ovennævnte fremlæggelsesskrift ved diatermiopvarmning af vævet, der om-20 giver sondespidsen.

En ulempe ved disse konstruktioner er den af opbygningen bestemte store diameter af sondespidsen, der stærkt begrænser den rumlige opløsning af målingen, således at måling af mikro-cirkulation er umulig. Sonden kan kun måle middelværdier af 25 blodgennemstrømningen i større vævområder. Mikrocirkulationen er dog af stor interesse for lægevidenskaben. En anden ulempe ved de kendte sonder er endvidere sondespidsens store masse, hvilket fører til stor varmekapacitet og dermed store påvirkningstider for sonden. Endvidere forstyrrer sondens me-30 get gode varmeledningsevne, således at der kræves en stor afstand mellem de to termoelementer for at undgå den forstyrrende medopvarmning af det uopyarmede termoelement. Denne store afstand medfører, at den målte værdi afhænger stærkt af temperaturgradienten i vævet, eksempelvis ved organoverflader.

35 Forsøg på at forbedre de kendte sonder ved formindskelse af trådtykkelsen og svækkelse af støtteopbygningen fører til sonder med utilstrækkelig mekanisk stabilitet.

2 146085

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en sonde af den indledningsvis nævnte art med meget stor rumlig opløsning, og som har stor mekanisk stabilitet, kort påvirkningstid og ingen medopvarmning af det uopvarmede termoelement.

5 Dette er ifølge opfindelsen opnået ved, at det ben, der fører ud fra termoelementet i spidsen af sonden, og forbindelsesbenet består af to tyndfilm, der er placeret oven på hinanden, og er adskilt af en isolerende tyndfilm overalt på nær i et kontaktområde, hvilke tyndfilmslag ligger på overfladen af et 10 elektrisk og termisk isolerende spidst bærelegeme, og hvor forbindelsesbenet i sondeskaftet er kontakteret med det andet termoelements ben, som også er udformet som en tyndfilm, og som fører ud fra sonden.

Ved det nuværende stade af tyndfilmteknikken er det muligt med 15 meget god hæftning at anbringe mekanisk højstabile tyndfilm på de tyndeste højstabile bærenåle, eksempelvis af glas. Det er muligt uden videre at fremstille sonder med en spidsdiameter i størrelsesordenen 1 μ. Sonder med et sådant spidsvolumen har som følge heraf ringe varmekapacitet, således at påvirk-20 ningstiden er bragt ned i samme område som de dertil nødvendige forstærkeres stigetid. Medopvarmningen af det uopvarmede termoelement fra det opvarmede termoelement bliver i det væsentlige forårsaget af varmeledning i sonden og af varmeled-ning i vævet. Sondens varmeledning er på grund af det overor-25 dentlig store forhold mellem overflade og volumen meget lille, da sonden allerede i ringe afstand fra det opvarmede sted står i termisk ligevægt med vævet. Varmeledningen gennem vævet fører ligeledes heller ikke til en målelig medopvarmning, da den nødvendige opvarmning er overordentlig ringe på grund af den 30 lille varmekapaciteto De to termoelementer kan derfor være anbragt i en yderst ringe afstand på få hundrede μ. Denne afstand er tilstrækkelig lille i forhold til de i vævet optrædende temperaturgradienter. Den rumlige opløsning af sonden ifølge opfindelsen er fremragende, da temperaturfeltet omkring 35 sondespidsen kun registrerer få μ og følgelig ligger nøjagtigheden af det målte i dette område. Der kan med sonden ifølge 3 1 AGO 85 opfindelsen opnås en høj rumlig opløsning af blodgennemstrømningsprofiler af organerne. Opfindelsen muliggør for første gang udsagn om vaskularisation og størrelsen af blodgennemstrømningen i de mindste blodkar. Karsygdomme og organsygdomnre^ 5 der hovedsagelig viser sig i de mindste kar, kan registreres på denne måde. Endvidere kan en nøjagtig blodgennemstrømnings-profil for større væv fremstilles, især til intraoperativ diagnostik.

Pra tysk offentliggørelsesskrift nr. 1.907.150 er det endvide-10 re kendt at udforme termoelementben lagopbygningsvis. Isoleringen følger her dog ved geometrisk adskillelse af benene på hver sin side af et isolerende bærelegeme. Tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.247.962 viser endvidere en termoelementopbygning med halvlederbenmaterialer, hvor benene er adskilt 15 af et tyndt lag. En formindskelse af denne offentliggjorte kendte konstruktion i ønsket størrelse er dog ikke mulig, og denne ide kan derfor ikke benyttes sammen med den indledningsvis citerede kendte teknik.

Sonden ifølge opfindelsen kan endvidere være ejendommelig ved 20 at der ved det opvarmede termoelement til opvarmning er anbragt en modstandstyndfilm, som er elektrisk isoleret fra benene af en isolerende tyndfilm. Modstandstyndfilmen er kun adskilt gennem en meget tynd isolationstyndfilm fra termoelementet og frembringer dermed varmeeffekten i umiddelbar nær-25 hed af det opvarmede termoelement. Den bidrager frem for alt kun umærkeligt til spidsens varmekapacitet.

Endvidere kan sonden ifølge opfindelsen med fordel være ejendommelig ved, at det opvarmede termoelement er ringformet, og at modstandstyndfilmen er kontakteret på en yderst lille flade 30 inden for det ringformede opvarmede termoelement med en leder-tyndfilm, der er isoleret elektrisk fra termoelementets ben og fra modstandstyndfilmen af en isolerende tyndfilm, og hvilken ledertyndfilm tilfører opvarmningsstrømmen. Ved denne udformning går strømmen fra tilledningens yderst lille 35 kontaktflade med modstandsfilmen over i modstandsfilmen og fortsætter i divergerende strømbaner gennem modstandstyndfilmen til dens tilslutningskontaktering, således at den største strømtæthed og dermed den største opvarmning fremkommer ved 4 146085 kontakteringsområdet, der ligger lige inden for det ringformede termoelement. På denne måde bliver den nødvendige totale varme-effekt formindsket og koncentreret præcist i det ønskede om-· råde.

5 Sonden ifølge opfindelsen kan endvidere være ejendommelig ved, at to yderligere tyndfilm af et afvigende termoelektrisk materiale er kontakteret med det opvarmede termoelement i et ter-mokryds og er isoleret med isolerende tyndfilm. Denne alternative udformning af opvarmningen, som et termokryds, muliggør 10 en særlig enkel lagopbygning af lag af kun to materialer, hvis fælles kontaktering i spidsområdet kan fremstilles yderst enkelt. I dette tilfælde frembringes varmeeffekten direkte i termoelementet.

Sonden ifølge opfindelsen kan endvidere fordelagtigt være såle-15 des udformet, at den er indrettet til strålingsopvarmning af opyarmningsområdet, idet bærelegemet er udformet som en lysleder, hvis overflade er reflekterende udformet med undtagelse af et i opyarmnings-området liggende vindue. Ved stråleopvarmningen undgås på forhånd, at opvarmningsstrømmen påvirker af termospændingen, såle-20 des som det kan forekomme ved elektrisk opvarmning. Den højkonstante strålingskilde kan på bekvem måde være indrettet på sondens skaft, og der fremkommer kun en opvarmning i det ønskede område, dvs. i det område hvor strålingen udtræder fra lyslederen inde i bæreren. Derved kan absorptionen med 25 fordel ske i de lag, der ligger over vinduet, hvorved der er . . sikret en konstant absorption. Absorptionen kan dog også ske direkte i det absorberende væv ved en strålingsgennemtrænge-lig lagopbygning eller ved manglende lagopbygning over vinduet. Strålingen udtræder herved i et rumområde af vævet, der 30 opvarmes indtil en bestemt indtrængningsdybde. Opvarmningen sker således meget præcist, koncentreret direkte i vævet og behøver derved ikke overføres som en strøm af varme fra et varmeelement til vævet.

En sonde ifølge opfindelsen med elektrisk strømopvarmning af 5 146085 vævet via to elektroder, hvor den ene er meget lille og anbragt i det område, der skal opvarmes, svarende til konstruktion i tysk fremlæggelsesskrift nr. 1.121.274, er fordelagtig ved at den lille elektrode er et fritliggende felt på en i 5 øvrigt udadtil isoleret afdækket ledertyndfilm anbragt på sonden, medens den anden større elektrode er placeret som den yderste ledertyndfilm på skaftet af sonden. Strømopvarmningens fordele lader sig på denne måde bevare med en sonde ifølge opfindelsen med den enkleste opbygning. Den lille elektrode kan 10 uden yderligere lag være fremstillet som et fritliggende felt af det yderste termoelementben, og ved vekselstrømopvarmning kan der på enkel måde foretages en adskillelse af termo-jævnstrømspændingen fra vekselstrømstøjsignalet i måleforstærkeren. Strømopvarmningen frembringes her ligeledes direkte i væ-15 væet på et sted, hvor strømvejen har et ringe tværsnit, nemlig direkte foran den lille elektrode. Strømvejens modstand og dermed varmeeffekten er på grund af den faste geometriske ορτ bygning uafhængig af sondens- beyægelser.

En anden udformning af sonden ifølge opfindelsen kan være ejen-20 dommelig ved at bærelegemet er udformet som en fiber eller et fiberbundt udgående fra og fastholdt i skaftområdet. Ved denne sondeudformning kan der opnås yderst tynde sondespidser med ekstrem høj styrke, når der eksempelvis anvendes monokrystallinske eller polykrystallinske uorganiske fibre, henholds-25 vis fiberbundter.

Endelig kan sonden ifølge opfindelsen være ejendommelig ved at i det mindste sondens opvarmede område er overtrukket af en dårligt varmeledende film. Derved er det opvarmede område afskærmet termisk overfor mediet, således at den ønskede over-30 temperatur af det opvarmede område kan opretholdes med lille varmeeffekt. Dette lag tjener ved passende materialevalg desuden som korrosionsbeskyttelse.

I tegningen er opfindelsen fremstillet eksempelvis og skematisk ved hjælp af et snit gennem sondespidsen, hvor kun den aksiale 6 146085 spidsflade af sondelegemet er skraveret af anskueligheds grunde. I figurerne er måleforholdet angivet og er forskellige for bærelegemet og for lagtykkelserne.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under hen-5 visning til tegningen, hvor fig. 1 viser spidsen af en sonde med strålingsopvarraning af vævet, fig. 2 en sonde med termokrydsopvarmning, fig. 3 en sonde med modstandsfilmopvarmning, og 10 fig. 4 en sondeholder med fiberspids.

Sonden i fig. 1 udviser på et elektrisk og termisk isolerende bærelegeme 60 indefra og udefter en første lederfilm 61, en isolationsfilm 62 og derover en anden lederfilm 63. Filmene 61 og 63 ligger i direkte elektrisk kontakt med hinanden i son-15 dens spidsområde, hvor isolationsfilmen mangler og danner ved 66 et termoelement. Filmen 63 ender i et område af sondespidsen, der ligger nogle få hundrede y bag spidsen ved 65 og bliver der kontakteret af en tilsluttende tredje lederfilm 64. Kontakt stedet 65 danner et termoelement mellem filmene 63 og 64.

20 De to film 64 og 61 består af materialer med samme termoelek- triske egenskaber og danner to ben, der fører ud fra de to termoelementer 65 og 66. Den mellemliggende lederfilm 63 består af et materiale, der termoelektrisk opfører sig anderledes, og danner forbindelsesbenet mellem de to termoelementer 65 og 25 66. Termoelementet 66 i sondespidsen er altså koblet således i forhold til termoelementet 65, at man på benene, der fører ud fra termoelementerne via filmene 61 og 64, kan udtage differensen mellem de to termospændinger.

Bærelegemet består f,eks. af glas, der,på grund af sin høje 30 mekaniske styrke selv ved den ringe ifølge opfindelsen realiserede diameter,er egnet som bærelegemet også i de andre udførelseseksempler.

7 146085

Sondespidsen er afskåret på tværs af lagene ved 67, således at en strålingsenergi, der udsendes fra sondeskaftet gennem bærelegemet 60, eksempelvis lys, kan komme gennem den i snitfladen fritliggende bærelegemeflade. Lyset kommer kun ud på dis-5 se steder af bærelegemet 60, da de øvrige overfladedele af sondebærelegemet virker reflekterende på grund af de reflekterende egenskaber af den inderstliggende film 61 eller på grund af passende parring af brydningsindeksene med en yderligere film anbragt direkte på bærelegemeoverfladen. Strå-10 lingsenergien opvarmer altså kun det vævsområde, der ligger umiddelbart foran fladen 67,og dermed et område, der ligger i umiddelbar nærhed af det ringformet opbyggede termoelement 66, medens termoelementet 65, der ligger længere tilbage på skaftet,ikke bliver termisk påvirket.

15 Sonden ifølge fig. 2 har på et bærelegeme 50 over hinanden anbragte ledertyndfilm 51, 53, 55 og 57, der er adskilt af isolationsfilm 52, 54 og 56. Den samlede indretning er afdækket af en yderligere isolationsfilm 58. Efter anbringelsen af filmene 51 til 56 er den samlede indretning i spidsområdet af-20 skåret i en snitflade 59, således at den efterfølgende anbragte lederfilm 57 ved snitfladen kontakterer alle de derunder liggende lederfilm 51, 53 og 55.

To vilkårlige af lederfilmene 51, 53, 55 eller 57 er derved udformede som ben og forbindelsesben af det ved spidsen lig-25 gende termoelement, medens de to øvrige lederfilm danner opvarmningsbenet for den af disse fire film bestående indretning, der udgør termokrydset. Forbindelsesbenet går i et uopvarmet termoelement i et ikke vist område, der ligger længere tilbage på skaftet, over i et termoelementben, der fører ud fra 50 sonden.

Det yderste isolationslag 58 tjener både som korrosionsbeskyttelse og fremfor alt som termisk modstand til nedsættelse af den varme- henholdsvis køleeffekt, det er nødvendigt at frembringe for at opretholde en bestemt over- henholdsvis under- 8 146085 temperatur.

Sonden i fig. 3 har på et bærelegeme 100 indefra og udefter en første termoelementlederfilm 101, en isolationsfilm 102, en anden termoelementlederfilm 103, en isolationsfilm 104, en 5 forbindelseslederfilm 105 til opvarmningen, en isolationsfilm 106 og en modstandsfilm 107. Derudover er der anbragt en yderligere isolation 108, der tjener det samme formål som filmen 58 i-fig. 2.

Efter anbringelsen af filmene 101 og 102 afbrækkes sondespid-10 sen i en flade 109,og sondeskaftet og snitfladen 109 overtrækkes med den anden termoelementlederfilm 103. Termoelementets kontaktområde er dermed udformet'som en ring i snitfladen 109.

I tilslutning dertil er den på forsiden af snitfladen 109 liggende anden lederfilm 103 fjernet i et hul omkring aksen 1010.

15 Derefter er isolationsfilmen 104, tilslutningsfilmen 105 og isolationsfilmen 106 påført. Derpå er der atter i retning af aksen 1010 frembragt et mindre hul i isolationsfilmen 106.

X dette hul danner den derefter påførte modstandsfilm 107 kontakt med tilslutningsfilmen 105, 20 Ved denne sonde udvikles varmeeffekten i det væsentlige kun i området umiddelbart omkring det i spidsen liggende hul og dermed i umiddelbar nærhed af det opvarmede termoelement. Kontakteringen af den yderste madstandsfilm 107 med en yderligere yderst anbragt ikke vist forbindelsesleder kan fore-25 tages i et område af sonden, der ligger længere tilbage, i hvilket område der ikke mere frembringes nogen nævneværdig varmeeffekt, da bærelegemet dér i væsentligt tykkere, og dermed er ledningstværsnittet af modstandsfilmen 107 væsentligt større. På sondens skaft er der også anbragt det ikke viste, 30 uopvarmede termoelement.

I en ikke vist variant af udformningen ifølge fig. 3 kan opvarmningen også foretages ved strømopvarmning af det foran 9 146085 sondespidsen liggende yæy. I så fald ændres den i fig. 3 yi-ste sonde således,at termoelementlederen 103 fgran sgnde-spidsen er udformet gennemgående, og filmene 104 til 107 er udeladt. Foran sondespidsen er der i den yderstliggende iso-5 lationsfilm i retning af aksen 1010 udformet et hul, der frilægger filmens 103 overflade. Filmen 103 er udover termoelementforstærkerne endvidere forbundet med en varmestrøms-generator, der endvidere er forbundet med en yderligere på sondeskaftet anbragt storfladet tyndfilmselektrode. Mellem 10 elektroderne flyder en strøm·/ der opvarmer vævet, og hvis tværsnit er koncentreret foran den lille elektrodeflade i sondespidsen og opvarmer det foran sondespidsen liggende væv med den største del af varmeeffekten.

Ved en anden udformning kan sondespidsen i fig. 3 også fun-15 gere med strålingsopvarmning. I hullet omkring aksen 1010 mangler i sondens snitflade 109 den reflekterende afdækkende film 103. Den gennem bærelegemet 100 til sondespidsen førte strålingsenergi kan i dette hul træde ud af bærelegemet og absorberes x den dér uden på liggende filmopbygning. Denne 20 sonde udmærker sig ved en særlig enkel lagopbygning.

Fig, 4 viser et bærelegeme, hvor spids og skaft ikke består af det samme materiale, men som spids udviser en uorganisk fiber 120. Denne fiber kan f.eks. være en "whisker" eller en polykrystallinsk fiber eller et fiberbundt. Sådanne fibre 25 har høje styrkeegenskaber.

Fiberen 120 er fastgjort i spidsen af et skaftrør 121. Den kan eksempelvis have en diameter på få μ og bliver ved den efterfølgende anbringelse af lagopbygningen på sonden overtrukket med lagene sammen med skaftrøret 121. Målefladen be-30 finder sig derved på den overordentlig fine fortrinsvis yderligere tilspidsede fiberspids 120, medens kontakteringen af lederfilmene foretages med tilslutningstråde i skaftrøret 121 i et bagyedliggende område.

Claims (10)

146085 ίο Ved en sådan sonde med fiberspids er sondens diameter i fiberdelen ekstrem lillerselv i en betydelig afstand fra sondespidsen. Derved bliver den af sonden forårsagede ændring af gennemblødningen i måleområdet formindsket.

1. Indstikssonde til måling af varmeovergangen og/eller blod gennemstrømningen i levende væv, især hos mennesker, med to mod hinanden koblede termoelementer (65, 66), der hver har et udgående lederben (61, 64) af et første termoelektrisk materiale og et fælles forbindelsesben (63) af et andet termoelek- 10. trisk materiale, hvor det ene termoelement (66) opvarmes og er anbragt ved sondespidsen, og hvor det andet termoelement (65) er uopvarmet og er anbragt ved sondeskaftet, kendetegnet ved, at det ben (61), der fører ud fra termoelementet (66) i spidsen af sonden og forbindelsesbenet (63) be-15 står af to tyndfilm (61, 63), der er placeret oven på hinanden, og er adskilt af en isolerende tyndfilm (62) over alt på nær i et kontaktområde (63), hvilke tyndfilmslag ligger på overfladen af et elektrisk og termisk isolerende spidst bærelegeme (60)., og hyor forbindelsesbenet (6 3) i sondeskaf-20 tet er kontakteret med det andet termoelements ben (64), som også er udformet som en tyndfilm, og som fører ud fra sonden.

2. Sonde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der ved det opvarmede termoelement til opvarmning er anbragt en modstandstyndfilm (107), som er elektrisk isoleret fra bene- 25 ne (101, 103) af en isolerende tyndfilm (104).

3. Sonde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det opvarmede termoelement er ringformet, og at modstandstynd-filmen (107) er kontakteret på en yderst lille flade inden for det ringformede opyarmede termoelement med en ledertynd- 30 film (105), der er isoleret elektrisk fra termoelementets ben (101, 103) og fra modstandstyndfilmen (107) af en isolerende 146085 tyndfilm (104, 106), og hvilken ledertyndfilm (105) tilfører opvarmningsstrømmen.

4. Sonde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at to yderligere tyndfilm (55, 57) af et afvigende termoelektrisk mate- 5 riale er kontakteret med det opvarmede termoelement i et ter’-mokryds (51, 53, 55, 57) og er isoleret med isolerende tyndfilm (54, 56).

5. Sonde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den er indrettet til stråleopvarmning af opvarmningsområdet, idet 10 bærelegemet (60) er udformet som en lysleder, hvis overflade er udformet reflekterende med undtagelse af et vindue (67), der ligger i opvarmningsområdet.

6. Sonde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den har en energiabsorberende lagopbygning over vinduet.

7. Sonde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at der gen nem vinduet (67) er sikret en fri strålegennemgang til det absorberende væv.

8. Sonde ifølge krav 1, med elektrisk strømopvarmning af vævet via to elektroder, hvoraf den ene er meget lille og er anbragt 20 i opvarmningsområdet, kendetegnet ved, at den lille elektrode er et frit liggende felt på en iøvrigt udadtil isoleret afdækket ledertyndfilm anbragt på sonden, medens den anden større elektrode er placeret som den yderste ledertyndfilm på skaftet af sonden.

9. Sonde ifølge et eller flere af de foregående krav, ken detegnet ved, at bærelegemet er udformet som en fiber (120) eller et fiberbundt udgående fra og fastholdt i skaftområdet .

10. Sonde ifølge et eller flere af de foregående kray, k e n-