WO1990007300A1 - Verfahren und sensor zur detektion struktureller verhältnisse an einem lebewesen - Google Patents

Abstract

Um beispielsweise im Darm den Anfall von Stuhl zu detektieren, werden die elektrischen Verhältnisse (9) im Darm überwacht, indem, über eine kapazitive Einkopplung (15), Elektroden (3e und 5e) an die durch den Darm gebildete elektrolytische Strecke (9) eine Spannung angelegt wird und der resultierende Strom (I) gemessen wird (19).

Description

Verfahren und Sensor zur Detektion struktureller Ver¬ hältnisse an einem Lebewesen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion struktureller Verhältnisse in bzw. entlang einer Leitung an einem Lebewesen, insbesondere des Anfalles eines Gutes, bei dem eine durch die Verhält¬ nisse, insbesondere den Anfall ändernde physikalische Grosse erfasst wird. Im weiteren betrifft die vorlie¬ gende Erfindung einen Sensor zur Detektion struktu¬ reller Verhältnisse an einem Lebewesen, wie in einer Leitung an einem Lebewesen, wie des Anfalles eines Gutes in einer solchen Leitung.

Vorab soll klargestellt sein, dass unter dem Ausdruck "strukturelle Verhältnisse" die räumlich-materielle Struktur verstanden sei, im Gegensatz beispielsweise zu physiologischen Signalen. Im weiteren wird unter dem Ausdruck "Leitung" jegliche Art physiologischer Leitungen verstanden, wie Darm, Harnleiter, Blutge- fässe etc.

Beispielsweise bei Menschen, deren Darmschliessmusku- latur aus Alters- oder Krankheitsgründen nicht mehr funktionsfähig ist, ist es bekannt, den Anfall von Stuhl als das erwähnte Gut zu detektieren, um für die Darmentleerung Hilfestellung zu bieten. Dabei ist es bekannt, in den Darm mittels eines Luftballons einen Infrarotsensor einzulassen, um die bei Stuhlanfall ändernden Strahlungsverhältnisse mittels des Infra¬ rotsensors zu detektieren, wobei der Luftballon gleichzeitig als künstlicher Darmverschluss wirkt. Es sind aber die thermischen Strahlungsverhältnisse im Darm individuell und auch ohne Stuhlanfall derart schwankend, dass eine eindeutige Aussage über die zu detektierenden Verhältnisse nur schwer möglich ist. Zudem ist ein derartiger Infrarotsensor insbesondere an seiner Aufnahmefläche verschmutzungs- bzw. verkru- stungsanfällig, was wiederum eine Beeinträchtigung der . Signifikanz der erwähnten Detektion mit sich bringt. Auch ist der Einbau eines solchen Infrarot¬ sensors, allenfalls direkt mit Vorverstärker, in eine Sonde, die in den Darm einführbar ist, relativ kom¬ pliziert und kostenaufwendig.

Aehnliche Probleme können sich in Harnleiter, Blutge- fässen etc. präsentieren.

Während vorgängig Probleme beschrieben wurden, welche sich bei der Detektion des Anfalles eines Gutes in einer Leitung an einem Lebewesen ergeben, können sich analoge Probleme ergeben, wenn eine solche Leitung an einem Lebewesen untersucht wird, indem, anders als im vorerwähnten Fall, entlang der Leitung die struktu¬ rellen Verhältnisse erfasst werden. So treten ähnli¬ che oder gleiche Probleme auf, wenn beispielsweise im Darm nach krankhaften strukturellen Verhältnissen, wie nach Geschwulstbildung, gesucht wird.

Die vorliegende Erfindung, setzt sich zum Ziel, ein Verfahren eingangs genannter Art zu schaffen, welches die erwähnten Nachteile behebt.

Zu diesem Zweck zeichnet es sich erfindungsgemäss nach dem Wortlaut des kennzeichnenden Teils von An¬ spruch 1 aus.

Die elektrischen Verhältnisse innerhalb oder entlang einer der genannten "physiologischen" Leitungen sind elektrolytischer Art, d.h. elektrisch betrachtet han¬ delt es sich bei einer solchen, allenfalls gefüllten Leitung um eine elektrolytische Strecke. Die elektri¬ sche Stromleitung erfolgt weitgehend durch Ionenlei¬ tung bzw. Ionen- und damit Ladungsverschiebung.

Fällt in einer solchen Leitung ein zu detektierendes Gut, wie beispielsweise im Darm Stuhl, an, so ändern sich die elektrischen Verhältnisse in der Leitung, was erfindungsgemass detektiert wird, ebenso, wenn sich strukturelle Verhältnisse entlang der Leitung ändern.

Bevorzugterweise wird dabei gemäss Wortlaut von An¬ spruch 2 vorgeschlagen, dass man an eine vorgegebene Strecke in der Leitung, als Eintor, ein elektrisches EingangsSignal anlegt und die elektrische Reaktion des Eintores beobachtet, sei dies durch lokale Aende- rung des Anlegens entlang der Leitung, sei dies lokal stationär in der Leitung.

Bekanntlich ist eine elektrolytische Strecke, insbe¬ sondere wenn sie, wie beispielsweise zur Messignalzu- führung, Grenzflächen umfasst, nicht ohne weiteres durch ein Ersatzbild diskreter Impedanzelemente dar¬ stellbar, denn eine solche Strecke ist weder zeitin¬ variant noch linear, und es bilden sich, insbesondere an Grenzflächen, je nach ihrem reversiblen bzw. irre¬ versiblen Verhalten, durch Ladungsverschiebungen Quellen. Insbesondere wenn durch .einen Messvorgang Ströme, insbesondere Gleichströme, fHessen, werden die Verhältnisse an derartigen elektrolytischen Strecken komplex, und insbesondere bedarf es mehr oder weniger ausgeprägter Zeitspannen, bis sich ein elektrochemisches Gleichgewicht einstellt.

Zudem ist es vielfach nicht unbedenklich, über länge¬ re Zeit Ströme, und insbesondere Gleichströme, an menschliche Wesen anzulegen. Dies beispielsweise aus Gründen lokaler Elektrolyse.

Obwohl es durchaus möglich ist, beispielsweise zur Impedanzmessung als Beobachtung der elektrischen Ver¬ hältnisse, direkt mit Leitern in das Leitungsinnere zu messen, beispielsweise durch Anlegen einer Gleich¬ spannung oder einer Wechselspannung die Impedanz zu messen, wird bei einer bevorzugten AusführungsVarian¬ te des genannten Verfahrens vorgeschlagen, dass man, dem Wortlaut von Anspruch 3 folgend, das elektrische Eingangssignal kapazitiv an das Eintor anlegt. Damit wird einerseits eine DC-Entkopplung erreicht und grundsätzlich an der elektrolytischen Strecke, bei Anlegen des Eingangssignals, lediglich eine mehr oder weniger ausgeprägte Ladungsverschiebung bewirkt.

Die kapazitive Einkopplung des elektrischen Eingangs¬ signals kann nun in einer ersten Ausführungsvariante nach Wortlaut von Anspruch 4 dadurch erfolgen, dass man das Eintor galvanisch kontaktiert und dazu eine Seriekapazität vorsieht, beispielsweise in Serie zu den eigentlich in das Leitungsinnere eingreifenden elektrischen Leitern eine ^'diskrete Kapazität vor¬ sieht. Dies kann nun aber den Nachteil haben, dass im Leitungsinnern metallisch-elektrolytische Grenzflä¬ chen entstehen, mit entsprechenden ungleichen Galvä- ni-Spannungen, was zur Erzeugung von parasitären Strömen durch die Elektrolytstrecke führt, die ihrer¬ seits wiederum zu Elektrolyse-Erscheinungen, mit bei¬ spielsweise aus der Zahnheilkunde bekannten Auswir¬ kungen, führen können.

Soll dies verhindert werden, so wird gemäss Wortlaut von Anspruch 5 das Eintor, d.h. die elektrolytische Strecke, mindestens einseitig isoliert kontaktiert und eine Elektrolytlösung in der Leitung., in Berüh¬ rung mit der Isolation als Elektrode/Dielektrikum der kapazitiven Kopplung ausgenutzt. Wird nämlich eine der dem Eintor zugeführten Leitungen endständig flä- chenförmig ausgebildet und mit einer Isolations¬ schicht abgedeckt, welche auf der der Leitung abge¬ kehrten Seite von der physiologischen Elektrolytlö¬ sung in der Leitung kontaktiert wird, so wird direkt die erforderte kapazitive Kopplung realisiert, mit dem Vorteil, dass dort kein Metall/Elektrolytlösungs- übergang realisiert wird und Isolationsstoffe, insbe¬ sondere Kunststoffe wie Teflon, bekanntlich praktisch keine parasitären Ströme treiben können.

Im weiteren wird bevorzugterweise, gemäss Wortlaut von Anspruch 6, vorgeschlagen, dass man als Eingangs¬ signal eine sich zeitlich ändernde Spannung, Vorzugs- weise mindestens einen Spannungsschritt mit vorgege¬ bener Flankensteilheit oder einen Spannungsimpulszug anlegt und als Reaktion des Eintors den Eingangsstrom beobachtet.

Wird dabei gemäss Wortlaut von Anspruch 7 hinzukom¬ mend das Eintor kapazitiv kontaktiert in einer der obgenannten Art und Weisen, so wird bevorzugterweise die Reaktionsstromimpulshöhe und/oder dessen Abkling¬ zeitverhalten beobachtet.

Wenn bekanntlich an einem RC-Seriekreis ein Span¬ nungsschritt angelegt wird, so resultiert ein Strom- stoss, dessen Anfangswert gleich dem Quotienten aus angelegter Spannung und Widerstand ist. Der Strom- stoss klingt mit einer Zeitkonstanten entsprechend dem Produkt von Kapazität und Widerstand aus.

Wird anderseits an einen solchen RC-Seriekreis ein Spannungsschritt mit nicht idealer, jedoch gegebener Flankensteilheit, ähnlich einem Trapezschritt, ange¬ legt, so ergibt sich ein Strom, im wesentlichen gege¬ ben durch die zeitliche Spannungsänderung und den Ka¬ pazitätswert.

Im betrachteten Fall der kapazitiven Eingangssignal- einkopplung bleibe dahingestellt, ob die Elektrolyt¬ strecke sich, insbesondere beim zu detektierenden An¬ fall des Gutes, eher als Ohm*scher Widerstand in Se¬ rie zur Einkopplungskapazität oder eher als Kapazität in Serie hierzu verhält oder nach einem anderen Er- satzbild: Es kann festgestellt werden, dass sich beim Anfall des erwähnten physiologischen Gutes oder einer strukturellen Aenderung entlang der Leitung, wie des Einragens einer Geschwulst, das Eintor auf die er¬ wähnten, mittels der Spannungsschritte gegebener, in Realität nie idealer Flankensteilheit angelegten Stromimpulse so verhält, άass sich sowohl der An¬ fangswert der Stromimpulse wie auch deren Auskling¬ zeitkonstanten verändern.

Bevorzugterweise wird die erwähnte Reaktionsstromim- pulshöhe beobachtet und aus deren Aenderung auf den Anfall des genannten Gutes geschlossen.

Ein erfindungsgemässer Sensor obgenannter Gattung ist erfindungsgemass dem Wortlaut von Anspruch 8 folgend ausgebildet, somit ausserordentlich einfach, war¬ tungsfreundlich und in der Herstellung kostengünstig. Generell müssen nämlich zur Detektion der elektri¬ schen Verhältnisse an der erwähnten Elektrolytstrecke lediglich zwei elektrische Leiter als Sensor in die Leitung eingeführt werden. Dabei liegen bei einer er¬ sten AusführungsVariante des erfindungsgemässen Sen¬ sors die beiden Leiter am Sensor endständig frei. Sie werden damit direkt galvanisch an das Eintor angekop¬ pelt.

Ein solcher Sensor kann nun insbesondere für die De¬ tektion des Anfalles eines Gutes in einer Leitung am Lebewesen, wie des Stuhlanfalles im Darm, eingesetzt werden oder, durch relatives Verschieben eines sol¬ chen Sensors in einer Leitung am Lebewesen, zur De¬ tektion der strukturellen Verhältnisse entlang der Leitung, wie zum Auffinden einer Geschwulst. Ein sol¬ cher Sensor kann aber auch ohne weiteres an der Kör¬ peroberfläche, d.h. nicht zwingend an einer Leitung, eingesetzt werden, um daran oder entlang der Oberflä-. ehe strukturelle Verhältnisse zu erfassen. Hierzu sei auch auf die Unscharfe der Definitionen "Leitungsin¬ neres" und "Körperoberfläche" hingewiesen.

Ein solcher Sensor eignet sich beispielsweise für die Detektion der Impedanzverhältnisse an der erwähnten elektrolytischen strecke.

Bevorzugterweise wird aber gemäss Wortlaut von An¬ spruch 10 mindestens einem der Leiter ein kapazitives Element seriell zugeschaltet, wobei selbstverständ¬ lich ein solches kapazitives Element sowohl am ei¬ gentlichen Sensor wie auch an einer dem Sensor nach- geschalteten Messschaltung vorgesehen werden kann, denn wo in einen Leiter ein Serieelement eingeschal¬ tet wird, ist weitgehend ohne Belang.

Es ergibt sich eine AusfuhrungsVariante eines solchen Sensors, bei welchem mindestens dem einen der Leiter seriell ein kapazitives Element zugeschaltet ist, da¬ durch, dass mindestens der eine der Leiter, gemäss Wortlaut von Anspruch 11, am Sensor endständig iso¬ liert, vorzugsweise grossflächig ausgebildet und iso¬ liert ist. Damit wird durch das erwähnte vorzugsweise grossflächige Ende des genannten Leiters und die ihn abdeckende IsolationsSchicht, die die elektrolytische Strecke kontaktiert, eine Kapazität gebildet, womit einerseits die kapazitive Einkopplung realisiert ist, gleichzeitig aber verhindert wird, dass am Sensor durch diesen Leiter ein metallisch elektrolytischer Kontakt entsteht.

Dabei ist es selbstverständlich, dass als kapazitive Elemente auch in jeden der beiden Leiter eine Kapazi¬ tät seriell zugeschaltet werden kann oder, analog, dass beide Leiter endständig, vorzugsweise grossflä¬ chig isoliert sein können, um je mit der Elektrolyt¬ strecke eine Kopplungskapazität zu bilden.

Eine ausserordentlich einfache und zweckmässige Aus¬ bildung des Sensors ergibt sich dadurch, dass er ein Koaxialkabelende umfasst, dessen Sehne der eine und dessen Schirm der andere Leiter ist, wobei entweder Sehne und Schirm als metallische Elektrolytstrecken¬ kontakte freiliegen oder beispielsweise der Schirm mit einer dünnen Isolationsschicht abgedeckt ist, um die oben erwähnte Kapazität bezüglich der Elektrolyt¬ strecke zu bilden.

Bezüglich des verwendeten Isolationsmaterials muss darauf verwiesen werden, dass es sich dabei um Ionen¬ leitungsisolatoren handeln muss, womit vornehmlich organische Isolatormaterialien in Frage kommen, wie beispielsweise Teflon.

Eine erfindungsgemässe Messschaltung für den erwähn¬ ten, erfindungsgemässen Sensor weist, dem Wortlaut von Anspruch 14 folgend, einen Spannungsimpulszug-Ge¬ nerator auf sowie eine Strommesseinrichtung, welche den Ausgangsström des Generators isst. Damit kann der erzeugte Impulszug dem Sensor aufgeschaltet wer¬ den, und es wird der Strom gemessen, der durch die elektrolytische Strecke fliesst.

Dem Wortlaut von Anspruch 15 folgend, umfasst dabei die Strommesseinrichtung vorzugsweise einen Strom¬ messwiderstand, der in Serie zu Generator, Sensor und Elektrolytstrecke liegt. Das bereits oben erwähnte kapazitive Element kann dabei, wie erwähnt wurde, an¬ statt am Sensor, in der- Messschaltung vorgesehen sein, d.h. entweder in Serie zwischen Generatoraus¬ gang und dem einen Anschluss für den Sensor oder in Serie zwischen dem zweiten Anschluss für den Sensor und einem Bezugspotential.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise an¬ hand von Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in einer "physiologischen" Leitung mit anfallendem Gut eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäs- sen Sensors zur Erörterung der generellen Vorgehensweise beim erfindungsgemässen Verfahren,

Fig. 2 in Darstellung analog zu Fig. 1 den ge¬ nannten Sensor mit einer ersten Ausfüh- rungsvariante einer Auswerteeinheit,

Fig. 3 in Darstellung analog zu den Fig. l und 2 eine weitere Ausführungsvariante eines er¬ findungsgemassen Sensors, eine bevorzugte, mit einer schematisch dargestellten Mess¬ schaltung,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante eines er¬ findungsgemassen Sensors, dem Prinzip des in Fig. 3 dargestellten Sensors folgend,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante des er¬ findungsgemassen Sensors, wiederum dem Prinzip des in Fig. 3 dargestellten Sen¬ sors folgend,

Fig. 6 ein heute bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemassen Sensors mit koa¬ xialem Aufbau,

Fig. 7 schematisch das Einlassen eines der erfin¬ dungsgemassen Sensoren in eine künstlich zu schliessende physiologische Leitung, wie in den Darm,

Fig. 8 schematisch eine erste AusfuhrungsVariante einer mit einem erfindungsgem ssen Sensor eingesetzten, erfindungsgemassen Mess¬ schaltung,

Fig. 9a ein Blockschaltbild einer heute bevorzug¬ ten Ausführungsvariante von Sensor und MessSchaltung mit Fig. 9b qualitativ dargestelltem Eingangsstromver¬ lauf am Sensor bei Gutanfall und ohne Gut¬ anfall, am Beispiel vom Stuhlanfall im Darm,

Fig. 9c ein bei Auswertung der Stromimpulshöhe er¬ zeugtes Ausgangssignal.

In Fig. 1 stellt die Leitung 1 eine physiologische Leitung, wie am Darmausgang, Harnleiterausgang etc., dar. Ein erfindungsgemässer Sensor 4 umfasst grund¬ sätzlich zwei Leiter 3 und 5, welche, voneinander durch einen Isolationskörpef 7 isoliert, in die Lei¬ tung 1 eingeführt werden. Endständig, wie bei 3e bzw. 5e dargestellt, liegen bei dieser Ausführungsvariante die beiden Leiter 3 und 5 am Sensor 4 frei und kon¬ taktieren im Innern der Leitung .1 die schematisch mit EL dargestellte elektrolytische Strecke 9. Wenn nun in der Leitung 1 ein zu detektierendes Gut 11, wie beispielsweise Stuhl, anfällt, Pfeil A, und in den Bereich der Leiterenden 3e, 5e kommt, so ändern sich die elektrischen Verhältnisse der elektrolytischen Strecke 9, was über die beiden Leiter 3 und 5 gemes¬ sen wird. Der Sensor 4 kann aber, im Sinne einer me¬ chanischen Umkehr, wie mit dem Pfeil B angedeutet, entlang der Leitung 1 bewegt werden und detektiert dann strukturelle Verhältnisse entlang der Leitung, so z.B. Anomalitäten, wie eine Geschwulst 6.

In Fig. 2 ist an einem wie in Fig. 1 dargestellt auf¬ gebauten erfindungsgem ssen Sensor 4 eine Impedanz- messeinrichtung 13 bekannten Aufbaues zugeschaltet, womit eine AC- und/oder DC-Impedanz der die beiden Enden 3e und 5e der Leiter 3 bzw. 5 in der Leitung 1 verbindenden Elektrolytstrecke 9 gemessen wird. Diese Impedanz ändert sich, sobald ein zu detektierendes Gut 11 in den erwähnten Bereich bzw. in die Nähe der beiden Leiterenden tritt, generell sich die Struktur, die der Sensor "sieht", ändert.

Physiologische Elektrolytstrecken, insbesondere Elek- trolytlösungsstrecken wie in den erwähnten physiolo¬ gischen Leitungen 1, sind relativ niederohmig, womit bei einer Impedanzmessung, wie mit der Impedanzmess¬ einheit 13 vorgeschlagen, relativ hohe Ströme fHes¬ sen können. Dies kann, je nach Frequenz und tatsäch¬ licher Intensität, nicht unbedenklich sein. Es können auch bei derartigen Messignalen Elektrolyse-Erschei¬ nungen an den eigentlich als Abgriffelektroden wir¬ kenden Enden der beiden metallischen Leiter 3 und 5 entstehen.

In Fig. 3 ist deshalb ein diesbezüglich bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemassen Sensors dargestellt, mit einer bevorzugten Messschaltung. In der Leitung 1 wird wiederum ein Sensor 4 eingeführt, der die zwei Leiter 3 und 5 umfasst. Mindestens dem einen der Leiter 3 bzw. 5 ist ein kapazitives Element seriegeschaltet, wie die in Fig. 3 dargestellte Kapa¬ zität 15. Wie dem Fachmann ohne weiteres klar, kann das kapazitive Element, wo auch immer, örtlich in Se¬ rie zu einem der Leiter vorgesehen sein, oder es kön¬ nen zwei oder mehrere kapazitive Elemente in einen oder beide Leiter seriegeschaltet werden. Dem erfindungsgemassen Sensor 4 wird gemäss Fig. 3, mittels eines Impulszug-Spannungsgenerators 17, ein Spannungsimpulszug U angelegt und mit einem Strom¬ messgerät 19 der durch den Sensor 4 mit dem kapaziti¬ ven Element 15 und die Elektrolytstrecke 9 fliessende Strom I gemessen. Es ist in Fig. 3 schematisch der qualitative Stromverlauf insbesondere aufgrund des kapazitiven Elements 15 dargestellt, der das bekannte Verhalten an einem RC-Seriekreis darstellt, mit genä¬ hert als e-Funktion abklingenden Verläufen, genähert, weil, wie oben erwähnt wurde, die Elektrolytstrecke 9 nicht ohne weiteres als Ohm¹scher Widerstand betrach¬ tet werden darf.

An der AusfuhrungsVariante gemäss Fig. 3 liegen die metallischen Enden 3e und 5e direkt im physiologi¬ schen Elektrolyten der Strecke 9. Dies kann, wie be¬ reits erwähnt wurde, zu unerwünschten parasitären Strömen, allenfalls mit Elektrolyse der Leiterenden, durch das Innere der Leitung 1 führen.

In Fig. 4 ist nun eine diesbezüglich verbesserte Aus¬ bildungsvariante des erfindungsgemassen Sensors ge¬ mäss Fig. 3 dargestellt. Es wird gemäss Fig. 4 das kapazitive Element 15 von Fig. 3 an das Ende eines der beiden Leiter 3 bzw. 5, wie dargestellt, an das Ende 5e des Leiters 5 verschoben. Das Ende 5e des Leiters 5 wird grossflächig ausgeformt und bildet eine Kapazitätsplatte 21, welche durch eine Schicht eines Isolationsmaterials 23, als Dielektrikum der Kapazität, abgedeckt ist. Die Dimension der Kapazi- tatsplatte 21 bzw. die Dicke der Isolationsschicht 23 wird nach den erforderlichen Kapazitätswerten bemes¬ sen.

Als Isolationsschicht 23, die in der schematischen Darstellung von Fig. 4 einteilig mit dem Isolations¬ körper 7 dargestellt ist, kann selbstverständlich ein eigens dafür ausgewählter Kunststoff, wie beispiels¬ weise Teflon, eingesetzt werden, und es braucht der Isolationskörper 7 mit der Schicht 23 keinesfalls einteilig ausgebildet zu sein. Wenn der physiologi¬ sche Elektrolyt E den Sensor 4 kontaktiert, insbeson¬ dere die Aussenseite der Schicht 23, so wird, wie rechts in Fig. 4 dargestellt, eine Kapazität gebil¬ det, durch die Platte 21, die Schicht 23 und den Elektrolyten E.

Fig. 5 zeigt prinzipiell denselben Aufbau des Sensors 4 wie Fig. 4, wobei hier aber beide Enden 3e bzw. 5e der Leiter 3 bzw. 5 mit Isolationsschichten 23a bzw. 23b gegen aussen abgedeckt sind.

In Fig. 6 ist ein heute bevorzugtes Ausführungsbei- spiel eines erfindungsgem ssen Sensors dargestellt. In höchst einfacher Art und Weise umfasst der hier dargestellte Sensor 4 ein Koaxialkabelende mit einer Sehne 25 und einem Schirm 27, wozwischen der Isola¬ tionskörper 29, wie von Koaxialkabeln bekannt ist, liegt. In Fig. 6 sind nebeneinander, links und rechts, zwei Ausführungsvarianten dargestellt. Bei der Ausführungsvariante links liegt das Schirmge¬ flecht 31 des Schirmes 27 gegen aussen offen. Die Sehne 25 ist durch den Sensor 4 durchgeführt und liegt endständig bei 25e offen, entsprechend dem Ende 3e der bisher dargestellten Sensoren. Ein Isolations¬ körper 33 sichert die endständige Isolation zwischen dem Sehnenende 25e und dem in der linken Ausführungs¬ variante dargestellten, offenliegenden Schirmgeflecht 31. Diese AusfuhrungsVariante entspricht grundsätz¬ lich einer in den Fig. 1 bzw. 2 dargestellten Sensor¬ ausbildung, und es wird, sofern gemäss Fig. 3 eine kapazitive Einkopplung vorzusehen ist, in Serie zu diesem Sensor, messschaltungsseitig ein kapazitives Element vorgesehen.

Rechts in Fig. 6 ist das Schirmgeflecht 31 durch eine Isolationsschicht, wie aus Teflon, abgedeckt, derart, dass ein Sensor gemäss Fig. 4 entsteht. Es braucht kein weiteres kapazitives Element, welches- messschal¬ tungsseitig dem Sensor 4 nachzuschalten ist.

In Fig. 7 ist prinzipiell ein erfindungsgemasser Sen¬ sor 4 dargestellt, in einer künstlich zu verschlies¬ senden, physiologischen Leitung 1. Der Sensor 4 ist durch einen Luftballon 35 durchgeführt, welcher in der zu verschliessenden Leitung 1 liegt und sowohl zu deren Verschluss wie auch zum Zentrieren des Sensors 4 aufgeblasen wird. Wird ein Anfall, beispielsweise von Stuhl in der Darmleitung 1, detektiert, so wird der Luftballon entleert, die Anordnung entfernt und die Stuhlentieerung vorgenommen. Darnach wird die An¬ ordnung mit dem Luftballon 35 wieder eingeführt, der Ballon 35 zum Schliessen des Darmes aufgeblasen.

In Fig. 8 ist eine erste AusfuhrungsVariante einer Auswerteschaltung bzw. Messschaltung zum Einsatz mit einem der erfindungsgemassen Sensoren dargestellt. Die Kapazität 15, die in Fig. 8 dargestellt ist, kann Teil des erfindungsgemassen Sensors sein oder kann einem erfindungsgemassen Sensor nachgeschaltet sein.

Gemäss Fig. 8 wird an einen Anschluss A der Mess-

3 Schaltung ein Spannungsimpulszug-Generator 37 ange¬ legt, womit, bei Zuschalten eines Sensors, der Schleife - über den einen Leiter des Sensors, in Fig. 8 wiederum mit 3 bezeichnet, die Elektrolytstrecke 9, Rückleiter 5 mit kapazitivem Element 15 - ein Strom aufgezwungen wird. Dadurch, dass, wie in Fig. 8 dar¬ gestellt ist, der Rückleiter an den Eingang eines in¬ vertierenden Verstärkers 39 mit Operationsverstärker 41 und Gegenkopplungswiderstand 43 geschaltet ist, liegt, wie dargestellt, der Rückleiter 5 verstärker- seitig virtuell auf Masse, und es wird am Ausgang des Verstärkers 39 niederohmig eine dem Eingangsstrom I proportionale Spannung abgelesen. Die weitere Auswer¬ tung des AusgangsSignals A- kann, wie anhand der

39 Fig. 9 beschrieben werden wird, vorgenommen werden.

Sind die so gemessenen Impulse zu kurz, um mit her¬ kömmlicher Elektronik sicher detektiert zu werden, so wird, wie gestrichelt bei 45 dargestellt, dem kapazi¬ tiven Element 15 ein Widerstandselement seriegeschal¬ tet.

In Fig. 9a ist, in Blockdiagrammdarstellung, eine heute bevorzugte Ausführungsvariante von Sensor und Auswerteschaltung dargestellt. Dem gemäss Fig. 6 auf¬ gebauten Sensor 4 mit gegen aussen offenliegendem Schirmgeflecht 31 wird, an dessen Sehne 25 als Hin- leiter 3, ein dem Fachmann in seinem Aufbau bekannter Spannungsimpulszug-Generator 37 aufgeschaltet. Dem mit dem Geflecht 31 verbundenen Rückleiter 5 ist das kapazitive Element 15 seriegeschaltet und über einen Strommesswiderstand 47 auf Bezugspotential, wie Mas¬ se, gelegt. Da über dem Widerstand 47, bei eingehal¬ tener Hochohmigkeit nachgeschalteter Auswerteschal¬ tungen, praktisch der gesamte Eingangsstrom I fliesst, ist die Spannung an diesem Widerstand 47 dem durch die Elektrolytstrecke 9 (hier nicht mehr darge¬ stellt) fliessenden Strom proportional. Die Spannung am Messwiderstand 47 wird über eine Diode D einer schwellwert-sensitiven Schaltung 49 zugeführt, bei¬ spielsweise einem analogen Komparator, welcher die im Block für diesen Komparator 49 qualitativ eingetrage¬ ne Uebertragungsfunktion aufweist. In bekannter Art und Weise wird der Schwellwert U extern durch eine s verstellbare Signalquelle 51 eingestellt. Die Diode D sichert, dass nur die neben dem Widerstand 47 einge¬ tragene Spannungspolarität dem Komparator 49 zuge¬ schaltet wird. Dies ist vor allem dann notwendig, wenn Komparator 49 und/oder allenfalls nachfolgende Auswerteeinheiten lediglich mit einer monopolaren

Speisung betrieben werden. Die AusgangsSpannung U a des Komparators 49 ist z.B. tief, wenn die Spannung am Widerstand 47 kleiner als der Schwellwert U ist, s und springt auf einen vorgegebenen Wert, sobald die¬ ser Grenzwert überschritten wird, sobald mithin der Strom I einen entsprechenden Wert überschreitet. Die

AusgangsSpannung U wird gemäss Fig. 9a einem rück- a setzbaren monostabilen Schaltkreis 51 zugeführt. In Fig. 9b ist qualitativ der bei der Anordnung ge¬ mäss Fig. 9a entstehende Stromverlauf I dargestellt, und zwar bei Einsatz des Sensors 4 im Darm, um Stuhl¬ anfall zu detektieren. Ohne Stuhlanfall präsentiert sich das Stromsignal I qualitativ wie links darge¬ stellt, d.h. die Impulshöhe ist zu klein, als dass sie am Widerstand 47 eine Spannung entsprechend dem

Schwellwert U erzeugen würde. Somit bleibt, wie in s Fig. 9c dargestellt, das Ausgangssignal der monosta¬ bilen Schaltung 51, U , tief.

51

Fällt das zu detektierende Gut, d.h. im dargestellten Beispiel Stuhl, an, so verändert sich qualitativ der detektierte Stromverlauf I wie in Fig. 9b rechts dar¬ gestellt, d.h. die Stromimpulshöhe nimmt zu, womit, bei entsprechend gelegtem Schwellwert U , ^' am Wider- s stand 47 dieser Schwellwert U überschritten wird. s Interpretiert werden kann die Erhöhung der Stromspit¬ zen bei Stuhlanfall als Verringerung des Ohm'sehen Widerstandes der Elektrolytstrecke.

Damit springt das Ausgangssignal U der monostabilen' Schaltung 51 gemäss Fig. 9c auf den vorgegebenen Wert, und da die Schaltung 51 vorzugsweise als wider¬ setzbare monostabile Schaltung (re-triggerable one shot) ausgebildet ist, mit einer Haltezeitspanne, die länger ist als die Impulsfolgeperiode am Generator 37, bleibt ausgangsseitig der Schaltung 51 das Aus¬ gangssignal U auf dem genannten Wert, solange das

51 zu detektierende Gut auch tatsächlich vorliegt. Damit wird das Problem möglicher kurzzeitiger Impedanzände¬ rungen im Darm behoben, die nicht für den genannten Anfall signifikant wären.

Mit dem Signalgenerator 37 wird ein Impulszug gegebe¬ ner Flankensteilheit erzeugt. Ideal, d.h. unendlich steil, sind derartige "technische" und nicht "mathe¬ matische" Flanken ohnehin nie. Die unterschiedlichen Stromimpulshöhen können sich somit aus der vorgegebe¬ nen Flankensteilheit ergeben, wenn z.B. ein Trapezim¬ pulszug angelegt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Detektion struktureller Verhältnisse in bzw. entlang einer Leitung an einem Lebewesen, insbesondere des Anfalles eines Gutes, bei dem eine durch die Verhältnisse, insbesondere den Anfall, än¬ dernde physikalische Grosse erfasst wird, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass man elektrische Verhältnisse in bzw. entlang der Leitung beobachtet und aus deren Aenderung auf die strukturellen Verhältnisse, wie auf den Anfall, schliesst.

2. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass man an die Leitung (1) , als Eintor, ein elektrisches Eingangssignal anlegt (U) und die elek¬ trische Reaktion (I) des Eintors beobachtet, sei dies durch lokale Aenderung des Anlegens entlang der Lei¬ tung, sei dies lokal in der Leitung stationär.

3. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net^ dass man das elektrische EingangsSignal kapazi¬ tiv (15, 23) an das Eintor (9) anlegt.

4. Verfahren, vorzugsweise ^'nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich¬ net, dass man das Eintor (9) galvanisch kontaktiert (3e, 5e) und dazu eine Seriekapazität (15) vorsieht.

5. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- riet, dass man das Eintor (9) , mindestens einseitig isoliert, kontaktiert (23, 23a, 23b) und eine Elek- trolytlösung (E) in der Leitung (1) , in Berührung mit der Isolation (23, 23a, 23b), als Elektrode/Dielek¬ trikum der kapazitiven Kopplung (15) ausnutzt.

6. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da¬ durch gekennzeichnet, dass man eine sich zeitlich än¬ dernde Spannung (U) , vorzugsweise mindestens einen Spannungsschritt mit gegebener Flankensteilheit, vor¬ zugsweise einen Spannungsimpulszug, als Eingangssi¬ gnal anlegt und, als Reaktion des Eintors (9) , den Eingangsstrom (I) beobachtet.

7. Verfahren, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, dass man das Eintor (9) kapazitiv kontaktiert und die ReaktionsStromimpulshöhe und/oder dessen Ab- klingzeitverhalten beobachtet.

8. Sensor zur Detektion struktureller Verhältnisse an einem Lebewesen, insbesondere in einer Leitung (1) an einem Lebewesen, insbesondere des Anfalles eines Gu¬ tes in einer Leitung (1) an einem Lebewesen, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei elektrische Leiter (3, 5) umfasst, die gegeneinander isoliert sind (7) .

9. Sensor, vorzugsweise nach mindestens einem der An¬ sprüche, wie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (3, 5) am Sensor (4) endständig frei- liegen.

10. Sensor, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 8 oder 9, da¬ durch gekennzeichnet, dass mindestens einem der Lei¬ ter (3, 5) ein kapazitives Element seriegeschaltet ist.

11. Sensor, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich¬ net, dass mindestens der eine der Leiter am Sensor

(4) endständig isoliert ist (23, 23a, 23b), vorzugs¬ weise grossflächig ist (21) und isoliert ist.

12. Sensor, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da¬ durch gekennzeichnet, dass er ein Koaxialkabelende umfasst, dessen Sehne (25) der eine, dessen Schirm (31) der andere Leiter ist.

13. Sensor, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 8 bis 12, zum Einbringen in eine künstlich zu verschliessende Lei¬ tung, dadurch gekennzeichnet, dass er durch einen Luftballon durchgeführt ist, welcher sowohl dem Lei- tungsverschluss wie auch der Zentrierung des Sensors in der Leitung dient.

14. Messschaltung für einen Sensor, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Spannungsimpulszug-Generator (37) umfasst sowie eine Strommesseinrichtung (39, 47, 49) am Ausgang des Generators.

15. MessSchaltung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach Anspruch 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Strommesseinrichtung eine Span- nungsmesseinrichtung mit einem Strommesswiderstand oder einem Strom-Spannungswandler-Verstärker umfasst.

16. MessSchaltung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie nach einem der Ansprüche 14, 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Strommesseinrichtung eine monostabile Einheit, vorzugsweise eine wider¬ setzbare, mit Schwellwertübertragungsverhalten (49, 51) nachgeschaltet ist.