DE2741060A1

DE2741060A1 - Stroemungssimulator

Info

Publication number: DE2741060A1
Application number: DE19772741060
Authority: DE
Inventors: Hellmut Prof Dr Med Hartert
Original assignee: Individual
Current assignee: Hartert Hellmut Prof Drmed 6750 Kaiserslaute
Priority date: 1977-09-13
Filing date: 1977-09-13
Publication date: 1979-03-22
Also published as: US4312217A; JPS6145781B2; JPS5451891A; IT7869102A0; FR2402874B2; GB2004376B; US4202204A; IT1160642B; SE7809602L; DE2741060C2; FR2402874A2; GB2004376A

Description

PATENTANWÄLTE t~ /41

D I PL·.-I NG. C. STOE P EL· · I) I PI..-IN«. W. (!OLLWITZER · I)1PL.-IN<;. F.W. MOLL

67 4 LA N DAX' /P FA I- Z -AM SCHÜTZENIIOF

TEI,. 0 63 41/30 00. β» 35 ■ T E I. K X 4 53 3:13 POSTSCHECK: 67 LUDWMiSHAFEN 2TS62-676 HANKi DiUTSCHE HANK 014 UNI)AV-I¹I AI.Z

- 3 - 12. September 1977

Prof. Dr. med. Hellmut Hartert, Kaiserslautern/Pfalz

Strömungssimulator

Zusatz zu Patent..,. (Patentanmeldung P 20 19 341.3)

Das Hauptpatent betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung fortlaufender Messungen an gerinnenden Flüssigkeiten, vorzugsweise an Blut und dessen Derivaten, mit Mitteln zur Erzeugung von Scher- und Verformungswirkungen in der gerinnenden Flüssigkeit in Gestalt eines kreiszylinderförmigen Bechers und einem in diesen eintauchenden, ebenfalls kreiszylinderförmigen, an einem Torsionsdraht aufgehängten Prüfkörpers, die zwischen sich einen Ringspalt zur Aufnahme der Flüssigkeit bilden. Den die Flüssigkeit begrenzenden Wandflächen des Bechers wird mit entsprechenden Mitteln eine Orbitalbewegung aufgeprägt.

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Diese Vorrichtung ist so ausgelegt und eingestellt, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Orbitalbewegung im wesentlichen der Strömungsgeschwindigkeit des Blutes in menschlichen Blutgefäßen angenähert ist. Im Hauptpatent wurde auch schon vorgeschlagen, u.a. die Orbitalbewegung durch ein umlaufendes elektrisches Feld zu erzeugen, das entsprechend auf den Becher einwirkt.

Die Vorrichtung nach dem Hauptpatent erlaubt also eine messende Verfolgung des Blutgerinnungsvorganges dadurch, daß das bei der Gerinnung entstehende Fibrin einem bestimmten Scherstress unterworfen wird. Durch entsprechende Dosierung dieses Scherstresses kann eine viel raschere Zunahme der elastischen Festigkeit des Gerinnsels bewirkt werden, gegenüber einer Vorrichtung in der die Flüssigkeit während der Gerinnung, also der Bildung des Gerinnsels, keinem derartigen dosierten Scherstress unterworfen ist. Damit läßt sich der Unterschied zwischen normalen und pathologischen Blutgerinnseln schon sehr viel besser verdeutlichen als mit dem ursprünglichen Gerät nach Patent 845 720 des Erfinders. Dies ermöglicht eine wesentlich verfeinerte Diagnostik. Ebenso ist bereits eine scharfe Abgrenzbarkeit der normalerweise schwer definierbaren sogenannten Gerinnungszeit möglich, die bis zum Beginn der Formierung des Gerinnsels verstreicht.

Ausgehend vom Grundgedanken des Hauptpatentes wird erfindungsgemäß eine verbesserte Vorrichtung vorgeschlagen, sowie ein bevorzugtes, mit dieser verbesserten Vorrichtung durchzuführendes Meßverfahren.

Die verbesserte Vorrichtung zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß der Becher zur Aufnahme der Flüssigkeit am

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oberen Ende einer senkrecht ausgerichteten federnden Stange angeordnet ist, um deren unteres Ende eine Mehrzahl von ein umlaufendes elektromagnetisches Feld bildenden Spulen angeordnet ist, deren in sie eintauchende Kerne radial an der Stange befestigt sind. Zur Abnahme der durch die verschiedenen Komponenten des Meßgerätes und der zu messenden Flüssigkeit erzeugten resultierenden Bewegung der ganzen Anordnung ist eine weitere seitlich angeordnete Spule vorgesehen, deren Kern ebenfalls radial an der Stange angeordnet ist. Die Stange ist in eine sich radial zu ihr erstreckende elastische Membran zur Halterung der ganzen Anordnung eingespannt.

Des weiteren kann ein auf die Stange einwirkendes Schwingungsdämpfungsorgan vorgesehen sein.

Mit dieser Anordnung lassen sich zunächst dieselben Messungen unter Auswertung derselben Veränderungen in der zu messenden Flüssigkeit durchführen wie mit der Vorrichtung nach dem Hauptpatent. Es kommt aber hinzu, daß diese Anordnung in einfacher Weise auf eine bestimmte Eigenschwingungsfrequenz festgelegt werden kann, was im Zusammenhang mit dem mit dieser Vorrichtung durchzuführenden Verfahren von Bedeutung ist.

Dieses Verfahren sieht vor, daß die Ermittlung der Meßwerte im Resonanzbereich der Eigenschwingung der Meßanordnung stattfindet. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei einem derartigen Verfahren von der Abnahmespule kommende Werte, die z.B. durch einen Kurvenschreiber aufgenommen werden können, deutliche Maxima abhängig von den interessierenden Zustandsänderungen in der zu messenden Flüssigkeit zeigen.

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Es wurde des weiteren gefunden, daß am günstigten die Eigenfrequenz der Anordnung bei etwa 35 Hz liegt, wobei brauchbare Meßergebnisse auch noch bei etwa der doppelten und der halben Frequenz erzielt werden können, allerdings nur unter Berücksichtigung gewisser voneinander abhängiger Variationen von Wellenlänge und Wellenhöhe, also der Frequenz und der Amplitude.

Mit der neuen Vorrichtung kann die Entstehung des elastischen Fibringerinnsels also noch empfindlicher dadurch erfaßt werden, daß seine bei der Gerinnung zunehmende elastische Festigkeit zur Verstimmung der Eigenfrequenz des elastisch aufgehängten Meßfühlers, d.h. der Stange, führt. Diese Stange kann als orbital schwingendes Pendel angesehen werden. Diese Verstimmung der Eigenfrequenz führt zu einer Verschiebung gegenüber der erzwungenen Antriebsfrequenz. Je nach gewählter Ausgangslage kommt es dabei zu einer Phasenverschiebung zwischen Meßfühler und Antrieb wie auch zu einer Amplitudenänderung in strenger und bisher nicht erreichter Abhängigkeit von Qualität und Quantität der Bildung des elastischen Material, z.B. des Fibringerinnsels in Blut, die damit meßbar werden.

Der in einem physiologisch begrenzten Bereich auf das entstehende Gerinnsel ausgeübte Scherstress bewirkt eine Vervielfachung der elastischen Festigkeit des Fibrinnetzes, wenn die durch den Scherstress gegebene mechanische Belastung während der Entstehung des Fibrinnetzes einwirkt. Das Fibrinnetz würde mit anderen Worten im Endzustand wesentlich schlaffer, wenn es sich nicht unter Seherbelastung aufbauen würde. Außerdem wird die Resonanzverschiebung durch das zu messende Objekt, also das Fibringerinnsel, für die Messung nutzbar gemacht. Beides führt zu einer ganz erheblichen Vergrößerung und damit

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leichteren Erkennbarkeit der Unterschiede zwischen normalen und pathologischen Gerinnungsvorgängen.

In der beigefügten Zeichnung ist rein schematisch und beispielsweise eine dargestellte Ausführungsform der Meßvorrichtung und eine Meßkurve gezeigt.

Figur 1 zeigt die für die Wirkung der Vorrichtung wichtigen und entscheidenden Teile. In einen Becher 1, der gleichzeitig der eigentliche Prüfkörper ist, ist in an sich bekannter Weise ein zylindrischer Körper 2 eingetaucht. In den duich diese beiden Teile gebildeten Ringspalt 3 wird die Flüssigkeit eingefüllt, deren Gerinnungsvorgänge zu messen sind. Der zylindrische Körper 2 ist zum Unterschied gegenüber dem Rheosimulator fest mit dem Gerätegestell 4 verbunden. Der Becher 1 ist am oberen Ende einer Stange 5 aus starrem Werkstoff angeordnet, die über eine kreisförmige federnde Membran 6 im Gestell 4 der Vorrichtung gelagert ist. Die Stange 5 erhält durch eine Spulenanordnung δ an ihrem unteren Ende, die ein umlaufendes elektromagnetisches Feld erzeugt, eine von ihrer Eigenfrequenz in bestimmter Weise abweichende Orbitalbewegung von z.B. etwas höherer Frequenz aufgeprägt. Die Kreisschwingung kann durch eine Dämpfungseinrichtung 9 gedämpft werden. Diese kann z.B. aus einem im Gestell 4 gelagerten, die Stange 5 umfassenden Ringkörper aus elastischem oder nichtelastischem Werkstoff bestehen.

An der Stange 5 ist ein weiterer Kern 10, der in eine Abnahmespule 11 eintaucht, angeordnet, die über Leitungen an ein an sich beliebiges Anzeigeelement, z.B. einen Kurvenschreiber, angeschlossen ist.

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Die In der Flg. 2 dargestellte, z.B. durch einen solchen Kurvenschreiber, aufgezeigte Kurve läßt deutlich das die Zustandsänderung anzeigende Maximum erkennen. Es kommt dadurch zustande, daß das im Ringspalt entstehende elastische Fibrin die Eigenfrequenz der Orbitalbewegung der Stange erhöht und diese damit in den Bereich der erzwungenen Frequenz verschiebt. Die eintretende Resonanz bedingt dabei die Amplitudenzunahme, d.h. das Maximum der Kurve. Dieses wird überschritten und führt zur Umkehr der Kurve, sobald das elastische Moment des Gerinnsels die Eigenfrequenz der Einrichtung über die erzwungene Frequenz hinausführt. Sehr geringfügige Zustandsänderungen des entstehenden Gerinnsels, an dem z.B. auch die Blutplättchen beteiligt sind, drücken sich so auf ausgeprägte Weise in Verlauf und Form der Meßkurve aus.

Die Meßkurve ("Resonanzthrombogramm") läßt folgende Merkmale erkennen, die als Meßgrößen in der Waagerechten in min. und see, in der Senkrechten in mm angegeben werden:

a) = Gerinnungszeit

b) * Kurvenanstiegszeit

c) = Maximalamplitude

d) ■ kleine Kurvenabstiegs zeit

e) = große Kurvenabstiegszeit

f) ■ Negativamplitude

g) ■ Grundlinie ("Leerausschlag") h) « Nullinie (Nullamplitude)

Zur routinemäßigen Beurteilung der Meßkurve genügt die Vermessung der Werte von a, c sowie d oder e.

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Claims

PAT E NTAN VVA LT E DIPL. -ING. C. STOEPEL- D I PL.-ING. W. GOLLWITZER · DIPL.-ING. F. W. MOLL 674 LANDAU/PFALZ · AM SCHÜTZENHOF TEL. O63 41/3OOO, 60 35 · TELEX 453 333 POSTSCHECK: 67 LUDWIGSHAFEN 275β2-β7β · BANKi DEUTSCHE BANK 674 LANDAU-PFALZ 12. September 1977 Mr. Prof. Dr. med. Hellmut Hartert, Kaiserslautern/Pfalz S trömungss imulator Zusatz zu Patent.... (Patentanmeldung P 20 19 341.3) Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Durchführung fortlaufender Messungen an gerinnenden Flüssigkeiten nach Patent.... (Patentanmeldung P 20 19 341.3), dadurch gekennzeichnet, daß der Becher (1) zur Aufnahme der Flüssigkeit am oberen Ende einer senkrecht ausgerichteten Stange (5) angeordnet ist, die in einer sich radial zu ihr erstreckenden federnden Membran (6) gehaltert und ein-

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gespannt ist, wobei am unteren freien Ende der Stange (5) eine Mehrzahl von ein umlaufendes elektromagnetisches Feld bildenden Spulen (8) angeordnet ist, deren in sie eintauchende Kerne radial an der Stange (5) befestigt sind und zur Abnahme der resultierenden Bewegung der Stange (5) an dieser ein weiterer radial angeordneter Kern (10) vorgesehen ist, der in eine zu einem Anzeigegerät führende Abnahmespule (11) taucht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Stange (5) einwirkendes Schwingungsdämpfungsorgan (9) vorgesehen ist.

3. Verfahren zur Ermittlung von durch die Zustandsänderungen in sich verfestigenden Flüssigkeiten vorgegebenen Meßwerten mittels der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Meßwerte um den Resonanzbereich der Eigenschwingung der durch die Stange (5) und der an dieser vorgesehenen Teile gegebenen Meßanordnung stattfindet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz der Meßanordnung bei etwa 35 Hz liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Meßwerte über den Grad der Verschiebung zwischen Antriebsimpuls und Auslenkungsrichtung, z.B. elektronisch, erfolgt.

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