DE2202264A1

DE2202264A1 - Anordnung zur Messung des statischen und dynamischen Druckes bei einem Lebewesen

Info

Publication number: DE2202264A1
Application number: DE19722202264
Authority: DE
Inventors: Brayshaw Forrest G; Roberts Theodore S
Original assignee: BIO TEL WESTERN
Current assignee: BIO TEL WESTERN
Priority date: 1971-02-22
Filing date: 1972-01-18
Publication date: 1972-08-24
Also published as: US3757770A; IT951052B; AU3748171A; FR2127651A5; GB1379161A; CA984912A

Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHN DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE β TEL. (0811) 22 25 30 -29 51 92

18. Mai 1972

Aktenzeichen: P 22 02 264.6
Anmelder : Bio-Tel Western
Uns. Zeichen: A 433 7l/HD/gb

(NEUE) BESCHREIBUNGSEINLEITUNG

eingegangen am..

Anordnung zur Messung des statischen und dynamischen

Druckes bei einem Lebewesen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Messung von Drücken, insbesondere auf neuartige Vorrichtungen zur elektrischen Messung innerer physiologischer Drücke.

Frühere Druckmessungen wurden vorgenommen durch npinale Punktur und Messung der cerebrorspinalen Flüssigkeit, in dem man diese in einem Manometerrohr emporsteigen ließ.

V/as die Druckmessung der cerebrosplnalen Flüssigkeit (CSF) anbelangt, wurden bis ungefähr 1950 keine

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bedeutenden Versuche ausgeführt, den CSF-Druck zu messen und aufzuzeichnen: Der CSF-Druck wurde überwacht, indem man den subarachnoiden Raum oder das ventrikuläre -Lumen mit einem einfachen Wasser, Quecksilber oder Federmanometer in Verbindung brachte, aber diese Methoden waren nur feine Näherungen. Die Versuche, sich in dieser Technik zu verbessern, litten an einer oder mehrerer der folgenden Begrenzungen.

1. Übermäßig viel spinale Flüssigkeit ging beim Meßprozeß Verloren, was einen beträchtlichen Fehler verursachte und ein Risiko für die Gesundheit der getesteten Person oder des getesteten Tieres bedeutete.

2. Meßumformer und Verstärker (optische oder mechanische) besaßen übermäßige Nichtllnearitäten und Hystereseerscheinungen.

5. Eine Blockade des Systems durch das choroide Geflecht, durch die arachnolde Membran, durch die Nervenwurzeln oder durch das Gehirn selbst, kam oft vor, war Jedoch oft schwer aufzudecken, besonders wenn es sich um eine partielle Blockade handelte; und

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4.Langzeitmessungen wurden vereitelt durch Bewegung, Umweltwechsel und unbeständige Instrumentenvorrichtungen.

Der erste umfassende Überblick über die Technik des CSF-Druckes wurde 1937 von Lagergran vorgelegt, der auch sein eigenes kontinuierlich registrierendes optisches Manometer beschrieb, das nicht in der Lage war,- glaubwürdige Werte zu erbringen. 1951 machten Guillaume und Janny bedeutsame kontinuierliche intraventrikuläre Druckaufzeichnungen vom Meschen, bei denen sie magnetische Druckmeßumformer und optische Registriergeräte verwendeteten.

Die vorliegende Erfindung stellt ein neuartiges System zur Verfügung für die Messung des Druckes der cerebrospinalen Flüssigkeit (CSF) unter Benutzung kleiner elektronischer Bauelemente, die es zulassen, chirurgisch oder auf irgendeine andere Weise, in einem lebenden Versuchsobjekt eingepflanzt zu werden. Die Druckinformation wird durch ein eingepflanztes elektronisches Druckfühlerbauelement in die Ausgangsinformation eines Niederfrequenzoszillators (der von dem Versuchsobjekt getragen wird) verschlüsselt, wobei der Oszillator einen

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Funksender ( der ebenfalls von der Versuchsperson getragen wird) moduliert. Eine entfernt liegende Empfangsstation empfängt und verarbeitet die modulierten Hochfrequenzsignale weiter und entwickelt daraus die genauen Druckwerte.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartig elektronische Druckfühleranordnung zur physiologischen Anwendung zur Verfügung zu stellen.

Eine weitere Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist, neuartige Vorrichtungen für die genaue und ununterbrochene Überwachung des CSF-Druckes zu liefern.

Eine weitere wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein neuartiges System für die Messung entfernter an gefährlichen Stellen lokalisierter physiologischer Drücke zu liefern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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Pig. 1 einen Querschnitt des Sendeteils der

vorliegenden Erfindung, der in den Kopf eines lebenden Testobjekts eingepflanzt ist j

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Senderbauteile gemäß der vorliegenden Erfindung, dessen Bauteile in das lebende Testobjekt eingepflanzt sind;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Empfängerbauelemente, die entfernt vom lebenden .Testobjekt angebracht sindj

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer

bevorzugten Anordnung von Empfängerbauteilen.

Die Figuren der Zeichnung, in der gleichen Teile überall mit gleichen Ziffern versehen sind, zeigen ein bevorzugtes Druckmessungesystem, das allgmein mit bezeichnet ist. Das System 8 enthält: Eine druckempfindliche Vorrichtung 10, eine Nfederfrequenzoszillatorschaltung 12, einen Sender 14, einen Empfänger 16, einen Frequenz-Spannungs-Umformer 18, und eine Anzeigevorrichtung 20.

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Der Druckfühler 10 ist innerhalb der Schädeldecke 11 des lebenden menschlichen oder tierischen Wesens durch ein Bohrloch 22 in der Schädeldecke eingebaut (vergleiche Fig. 1). Man hat entdeckt, daß, wenn man den Druckfühler in dicht berührender Verbindung mit der äußeren Oberfläche der harten Gehirnhaut (dura) 1J anbringt, man bedeutend verbesserte zusammengesetzte Druckwerte erhält, wenn man sie mit den Druckwerten vergleicht, die man mit den früher verwendeten Fühlern erhält.

Die öffnung 22 besitzt einen solchen Durchmesser, daß die physikalische Anordnung des Fühlers 10 leicht in das Innere des Calvariums 11 eingesetzt und dort gelassen werden kann, um im Schädelinneren den Druck und die Druckveränderungen zu überwachen.

Der Niederfrequenzoszillator 12, mit dem der Fühler 10 durch das Kabel 15 elektrisch verbunden ist, und der Sender 14, mit dem der Oszillator 12 durch das Kabel 17 elektrisch verbunden ist, sind außerhalb des Calvariums 11, aber unterhalb der Kopfhaut 19 angebracht. Der fühlen de und der sendende Teil des Systems 8 ist auf diese Weise an der Schädeldecke des Testobjekts eingepflanzt und wird so von dem Testobjekt umhergetragen. Das Testobjekt

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kann sich folglich frei herum bewegen und ist nicht gebunden und nicht gehindert durch die physikalischen Verbindungen, die eine Brücke zwischen der Sender- und Empfängerapparatur schlagen.

Der empfangende und weiterverarbeitende Teil des Systems 8 ist außerhalb und entfernt vom Testobjekt angebracht und enthält den Empfänger 16, den Frequenz-Spannungs-Umformer 18 und die Anzeigevorrichtung 20.

Sowie das gesendete Hochfrequenzsignal vom Empfangene empfangen ist, wird der Niederfrequenzton, der aus dem die Druckinformation enthaltenden Hochfrequenzsignal ermittelt wird, durch den Umwandler 18 in eine Spannung umgewandelt und wird dann dazu verwendet, um eine Anzeigevorrichtung 20 zu speisen, die optisch oder auf irgendeine andere Weise den zusammengesetzten Druck wiedergibt, der von dem Objekt auf den eingepflanzten Druckfühler 10 ausgeübt wird.

Der Druckfühler 10 enthält einen empfindlichen Transistor PQ24 (Fig. 4), der hochempfindlich für Druckänderungen ist. Genauer gesagt, es rufen Druckänderungen, die auf den Transistor PQ24 ausgeübt werden, eine entsprechende Änderung im Kollektor-Emitterwiderstand des Transistors PQ24 hervor. Als augenblicklich bevorzugtes Ausführungs-

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beispiel soll der Transistor PQ24 einen Stolab Piträn Model PT2 Transistor enthalten. Der Transistor PQ24 reagiert auf Druckänderungen, in dem sich die Parameter seines Kollektors und Emitters ändern. Auf diese Weise wird sich der Widerstand des Transistors PQ24 ändern in Abhängigkeit von den Druclcbedingungen, die dem Transistor auferlegt werden. Es ist eine notwendige Eigenschaft des Transistors PQ24, daß der Blindwiderstand im wesentlichen konstant unabhängig ist von Änderungen der Druckbedingungen, eo daß eine lineare Beziehung existieren kann zwischen dem anatomischen Druck, der auf den Transistor PQ24 ausgeübt wird, und dem elektrischen Ausgangssignal, das der Transistor aussendet.

In Pig. 4 ist der Oszillator 12 im Detail gezeigt. Der Oszillator 12 produziert eine Schwingung im Niederfrequenzbereich, die frequenzvariabel ist und vom Zustand des Druckfühlertransistors PQ14 abhängt. Ein gemeinsamer Emitterverstärker, der zum Teil gebildet wird aus dem Transistor Q2, dem Vorwiderstand R2 und dem Belastungswiderstand R4, ist durch den Leiter W1 mit der Basis und dem Kollektor des Transistors PQ24 verbunden und mit einem Phasenverschiebungsnetzwerk, das von den Kondensatoren

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C2, C4 und C6 und den Widerständen Ro und R8 gebildet wird, verbunden. Die Ausgangsinformation des Phasenverschiebungsnetzwerkes tritt in dem Leiter W3 auf und ist durch die Leiter WJ und W1 zur Basis des Transistors Q2 zurückgeführt. Dies bewirkt, daß der gemeinsame Emitterverstärker als Oszillator arbeitet. Die Ausgangsinformation des Oszillators 12 wird vom Kollektor des Transistors Q2 über den Kondensator C8 und dem Leiter W2 zum Hochfrequenzoszillator des Senders 14 übertragen.

Die Hochfrequenzoszillatorschaltung/erzeugt ein Hochfrequenzsignal, das vom Ausgangssignal des Oszillators 12 moduliert werden kann. Mit einem weiteren Hinweis auf Pig.4 wird die Wirkungsweise der Hochfrequenzoszillatorschaltung 14 erklärt. Der Transistor Q4 erhält durch die Widerstände R12 und R14 eine Vorspannung und wird durch den Widerstand RVO mit einer Gleichstrombelastung versorgt. Der Transistor Q4 ist mit den beiden Enden eines Oszillatorschwingkreises verbunden, der die Induktivität L2 und den Kondensator C12 enthält. Ein Teil der Energie, den der Kollektor des Transistors Q4 durch den Leiter W5 dem Oszillatorschwingkreis liefert, wird von einem Ende der Induktion L2 über den Leiter W4 übertragen und zur Basis des Transistors 0,4 durch den Kondensator C10 mit einer solchen Phase hindurch-

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geführt, daß diese den Transistor Q4 und den Oszillatorschwingkreis, der die Induktivität L2 und den Kondensator. C12 enthält, veranlaßt im Hochfrequenzbereich zu schwingen. Der Kondensator C14 ist vorgesehen, damit die Wechselstromsignale die winzige Spannungsquelle B2 umgehen können. Diese Spannungsquelle liefert den Stromkreisen 10, 12 und 14 Spannung, wenn der Schalter P2 geschlossen ist.

Der Ausgang des Schaltkreises 12 schließt mit den Leiter W2 an die zwischen dem Emitter des Transistors Q4 und dem Widerstand R10 liegende Verbindung an. Der Ausgang des Schaltkreises 12 moduliert auf diese Weise das Hochfrequenzsignal, das vom Schaltkreis 14 erzeugt wird. Als Ergebnis der Verbindung, erzeugt die telemetrische Schaltung, die aus den Schaltkreisen 10, 12 und 14 besteht, ein Hochfrequenzsignal, das eine Niederfrequenzinformation mit sich führt, die sich auf de;n zusammengesetzten Druck bezieht, der auf den DruckfUhlertransistor PQ24 ausgeübt wird.

Der Empfänger 16 ist konventionell und ist daher in Fig. 5 schematisch dargestellt. Die Ausgangsinformation

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des Empfä^ers/wird über den Leiter W6 auf den Eingang des Frequenz-Spannungs-Umwandlers 18 übertragen. Der Empfänger 16 empfängt das Signal, das von der telemetrischen Schaltung der Fig. 4 gesendet wird, verstärkt und moduliert dessen niederfrequenten Anteil, so daß die Signaleingangsgröße des Umwandlers 18 dem Umwandler 18 angemessen ist.

Die am Frequenz-Spannungs-Umwandler eingehende Information wird vom Empfänger 16 über den Leiter W6 der Anode der Diode D2 zugeführt. Die Diode D2 läßt jedes negative Signal zur Basis des Transistors Q6 hindurch. Der Transistor Q6, an dem mittels Rio eine positive Vorspannung angelegt ist, wird durch negative Impulse, die er von der Kathode der Diode 2 erhält, gesperrt. Da die Basis des Transistors Q6 negativ betrieben wird, wird der Kollektor positiv betrieben, Diese positive Signalspannung wird durch den Kondensator C16 auf die Basis des Transistors Q8 übertragen. Der Widerstand RI7 bewirkt eine Belastung des Transistors Q6 und die Dioden D4 und D6 verbinden die Signale von den Transistoren Q6 und Q8 zur Erdung.

Die Widerstände RI7, RI8 und R20 geben dem Transistor fts eine Vorspannung für den geeigneten statischen Arbeitspunkt und die Diode d8 sorgt für die Temperaturstabir

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llsierung des Transistors Q8. Da die Basis des Transistors Q8 positiv betrieben wird, wird der Kollektor negativ betrieben und der Stromflufl durch den Widerstand R22 yergrössert.

Das Signal an der Verbindung J1 des Kollektors des Transistors Q8 und des Widerstandes R22 ist ein negativ verlaufender Impuls. Der Kondensator C18 ist so gewählt, daß er den geeigneten Betrag dieses Impulssignals zur Basis des Transistors Q10 durchläßt. Die Kapazität des Kondensators C18 ist gewählt als Funktion der Oszillatorfrequenz des Schaltkreises 12 und der Eingangsparameter des Schaltkreises des Transistors Q10.

Die Basis des Transistors Q10 hat durch den Widerstand R24 eine positive Vorspannung und wird negativ ausgesteuert durch das Eingangssignal von dem Kondensator C18. Dieses negative Signal an der Basis des Transistorsq10 erzeugt ein positiv verlaufendes Signal am Kollektor des Transistors Q10, der mit dem Belastungswiderstand R16 verbunden ist. Diode D10 verbindet den Emitterstrom des Transistors Q10 mit der Erde.

Die Leistung, die für den Betrieb des Schaltkreises

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18 erforderlich ist, wird von der Batterie B4 geliefert.

Der Ausgang des Kollektors des Transistors Q10 ist mit einem Ende des variablen Widerstandes R28 und über den Leiter W8 auch mit dem Eingang der Anzeigevorrichtung 20 verbunden. Der Leiter 10 verbindet den Schieber des variablen Widerstandes R28 mit einem zweiten Eingang der Anzeigevorrichtung 20.

Die Anzeigevorrichtung 20 ist konventionell und ist deshalb schematisch in Fig. 5 gezeigt. Während irgendeine von verschiedenen Anzeigevorrichtungen benutzt werden kann, zeigt das veranschaulichte System in Fig. 5 einen Streifenschreiber R und ein Meßinstrument M, denen vom Schaltkreis 18 über die Leiter W8 und W10 Empfangsinformationen zugeführt werden.

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Claims

DIPL-ING. KLAUS BEHN DIPL-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE

β MÜNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE β TEL (0811) 22 25 30-29 5192

IH

18. Mai 1972 Aktenzeichen: P 22 02 264.6

Anmelder : Bio-Tel Western
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(NEUE) PATENTANSPRÜCHE

eingegangen am

l.J Anordnung zur Messung des statischen und dynamischen inneren Druckes bei einem Lebewesen, gekennzeichnet durch ein in das Organ, dessen Innendruck gemessen werden soll, einbringbares druckempfindliches elektrisches Element (10), das ein Signal abgibt, das im wesentlichen eine absolute Punktion des einwirkenden Druckes ist, um Nichtlinearitäten oder Hystereseerscheinungen zu vermeiden, durch eine am Lebewesen angebrachte, mit dem druckempfindlichen Elemente (10) verbundene Modulationseinrichtung (12) für die von dem druckempfindlichen Element abgegebenen Signale und durch eine ebenfalls am Lebewesen angebrachte, mit der Modulationseinrichtung verbundene Sendeeinrichtung (14), welche die modulierten Signale zu einer entfernt angeordneten Empfangsstation (16 bis 20) überträgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das druckempfindliche elektrische Element aus wenlg-

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stens einem druckempfindlichen Transistor (PQ24) besteht.

J). Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der druckempfindliche Transistor (PQ2*l·) einen vernachlässigbaren geringen Blindwiderstand besitzt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstation einen Hochfrequenzempfänger (16), eine an den Empfänger gekoppelte Dekodierschaltung mit einem Frequenz-Spannungs-Umwandler (l8) zur Dekodierung der den Druckerscheinungen entsprechenden Information und ein mit dem Umwandler in elektrischer Verbindung stehendes Ablesegerät (2o) enthält.

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