DE2911601A1

DE2911601A1 - Messwertaufnehmer fuer physiologische messgroessen mit einer einrichtung zur elektrischen beheizung

Info

Publication number: DE2911601A1
Application number: DE19792911601
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Hellige GmbH
Current assignee: GE Medical Systems Information Technologies GmbH
Priority date: 1979-03-24
Filing date: 1979-03-24
Publication date: 1980-09-25
Also published as: FR2452272B1; US4334541A; GB2050615A; JPS6157769B2; FR2452272A1; GB2050615B; DE2911601C2; JPS5645645A

Description

Patent- und Gebrauchsmusteranmeldung

Messwertaufnehmer für physiologische Messgrössen mit einer Einrichtung zur elektrischen Beheizung

Zusammenfassung .

Die Erfindung hat einen Messwertaufnehmer für physiologische Messgrössen mit einer Einrichtung zur elektrischen Beheizung zum Gegenstand, in dem unmittelbar eine Vorrichtung als Temperaturschalter eingebaut ist, die selbsttätig die Beheizung unterbricht, wenn die Temperatur im Messwertaufnehmer einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Insbesondere sollen in dieser Weise Messwertaufnehmer ausgestattet sein, die zur Messung und/oder Registrierung des zeitlichen Verlaufs physiologischer Grossen in der medizinischen Diagnostik dienen und an einer Stelle des Körpers des Patienten auf der Haut befestigt werden, wobei zum Zwecke der Konstanthaltung der Temperatur des Aufnehmers und/oder der von ihm bedeckten Zone des Patientenkörpers der Messwertaufnehmer selbst und/oder diese Körperzone zwecks Hyperamisierung erwärmt wird. Für die Ausbildung gemäss der Erfindung kommt folglich eine Reihe von Sensoren in Betracht, die zur Messung und Registrierung physiologischer Grossen dienen, z.B. Sensoren für die unblutige transkutane Messung und Registrierung physiologischer Grossen, Sensoren für die Durchblutungsmessung von Körperorganen, Sensoren für die oxymetrische Messung des Sauerstoffgehaltes im Blut, polarographische Sensoren für die Bestimmung der Konzentration von Gasen, wie Sauerstoff und Kohlendioxyd im Blut, Sensoren für die Bestimmung des pH-Wertes des Blutes und schliesslich Sen-

030039/05U

-2-

HELLJGE

soren allgemein für die Erfassung und Bestimmung von sonstigen Bestandteilen im Blut, z.B. von Alkohol oder Zucker. Durch den Einbau eines Temperaturschalters soll mit Sicherheit eine Überhitzung oder sogar Verbrennung der zur Messung herangezogenen Körperstelle des Patienten verhindert werden.

Stand der Technik

Um insbesondere bei der transkutanen Anwendung von Messwertaufnehmern in der medizinischen Diagnostik den Patienten vor einer Verbrennung oder HautSchädigung durch übertemperatur zu schützen, die durch einen Defekt im Regelkreis für die Temperatur oder auch grobe Bedienungsfehler entstehen kann, sind bisher relativ komplizierte und teure Vorkehrungen im elektronischen Betriebsgerät für den Aufnehmer getroffen worden. Dabei ging man vor allem von der Auffassung aus, dass der Einbau eines Temperaturfühlers in den Messwertaufnehmer, der an- sich zur Regelung der dem Aufnehmer zugeführten Heizleitung dient, genügt. Allenfalls hat man noch einen zweiten Temperaturfühler in den Messwertaufnehmer eingebaut, um der Möglichkeit vorzubeugen, dass durch Ausfall des einzigen Temperaturfühlers die Temperatur im Aufnehmer zu hoch wird. Ein zweiter Temperaturfühler erfordert jedoch zusätzliche Signalleitungen in der Zuleitung, die erfahrungsgemäss selbst wieder das störanfälligste Glied der Messkette darstellt und einen zusätzlichen elektronischen Aufwand.

Aufgabe

Ausgehend von der Erkenntnis, dass diese indirekt wirkenden Vorkehrungen zur Begrenzung der Temperatur im Messwertaufnehmer und damit an der von ihm abgedeckten Körperstelle noch nicht voll befriedigen, ergab sich die

030039/05U -3-

HEILIGE

\ ^/, 291160t

Aufgabe, mit möglichst geringem technischen Aufwand eine Temperatursieherung mit höherer Zuverlässigkeit als bisher zu schaffen.

Lösung

Diese Aufgabe wird in fortschrittlicher und den Sicherheitsbelangen besonders vorteilhaft genügender Weise durch einen Messwertaufnehmer gemäss dem Hauptanspruch gelöst. Dadurch, dass unmittelbar in den Messwertaufnehmer ein Temperaturschalter eingebaut ist, der selbsttätig die Beheizhng unterbricht, wenn die Temperatur in seiner Umgebung einen vorgegebenen Wert überschreitet, ist gewährleistet, dass die vom Messwertaufnehmer bedeckte Körperstelle nicht überhitzt' und dadurch nicht durch eine oberflächliche oder auch tiefgreifende Verbrennung geschädigt wird. Diese Sicherheitsschaltung wirkt vor allem auch dann, wenn durch Defekte im Temperaturfühler oder im Heizleistungsregelkreis die Heizung ausser Kontrolle geraten ist.

Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung

Unter Heranziehung der Figuren 1 und 2 werden Ausführungsformen der Erfindung bei Messwertaufnehmern für die transkutane Bestimmung der Konzentration von Gasen, insbesondere der Konzentration von Sauerstoff im Blut, näher beschrieben. Die dazu benutzten polarographischen Messwertaufnehmer A sind zumeist vom Clark-Typ und haben im allgemeinen eine plättchen- oder scheibenförmige Gestalt mit einem Durchmesser von nur wenigen Zentimetern. Solche Messviertaufnehmer sind z.B. in den deutschen Patentanmeldungen P 21 45 400.2 und ? 22 55 879.8 behandelt. Die messtechnisch wichtigen Organe eines solchen Messwertaufnehmers A sind eine Kathode 7, vorzugsweise aus Platin, und eine Referenz-Elektrode 6, vorzugsweise aus Silber.

-4-030039/05U

HELLiGE

Sie sind gegenseitig isoliert z.B. in einem Glaskörper 14 radial symmetrisch eingeschmolzen. Gegenüber der zu bedeckenden und für die Messung herangezogenen Stelle des Körpers B sind sie durch eine Trennmembran 8 unter Belassung eines dünnen Zwischenraumes 21 abgedeckt. Dieser enthält den für die polarographische Messung erforderlichen Elektrolyt, für den die Trennmembran 8 undurchlässig ist. Sie muss jedoch für das zu bestimmende Gas durchlässig sein. Für die Sauerstoffmessung kommen z.B. Membranen aus Kunststoffen, wie 2. B. Polyaethylen, Polypropylen oder Polytetrafluorethylen, in Betracht.

Die genannten Organe sind in einem ringförmigen Grundkörper 1 aus Kunststoff untergebracht, über dessen Ende die Trennmembran 8 gestülpt ist und dort von einem Ring 3 aus Kunststoff gehalten wird. Mittels eines Schraubringes 2, vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff, werden die genanteen Teile mit dem Grundkörper 1 fest und dicht verbunden.

Für die polarographischen Messungen, wie z.B. der Sauerstoffkonzentration im Blut, ist es wichtig, dass die Diffusion des Sauerstoffes durch die Hautpartien zur Messfläche 20 des Aufnehmers möglichst unabhängig von der individuellen Hautbeschaffenheit ist. D.h. die Hautpartie soll möglichst gut durchblutet werden. Dazu eignet sich besonders die Hyperämisierung durch Erwärmung der zur Messung herangezogenen Hautpartie auf eine physiologisch zulässige Temperatur von ca. 40° C bis 45° C, indem der Aufnehmer A selbst, und zwar vorzugsx-reise elektrisch beheizt und von ihm die Wärme auf die Körperzone B übertragen wird. Bei den gezeigten Ausführungsformen benutzt man hierfür eine um den hohlzylindrischen Fortsatz der Referenzelektro-

030039/OSU- -5-

{ HEILIGE

de 6 gelegte Heizwicklung 4a, 4, 4b, die über die Heizleitung 10a, 10b von dem im Messgerät C angeordneten Leistungsregler 10c gespeist wird. Als Regelgrösse dient die im Aufnehmer sich herausbildende Temperatur, die mittels eines Temperaturfühlers, der beispielsweise ein Thermistor 9 sein kann, aufgenommen wird. Das in eine elektrische Grosse umgewandelte Signal wird dem Regler über -die Leitungen 12a, 12b und den Leitungszweigen 12c, I2d zugeführt. Die Temperatur kann auch an einem Anzeigeinstrument 12c, das an die Zuleitungen 12a und 12b für den Temperaturfühler angeschlossen und im Messgerät C untergebracht ist, angezeigt und dort laufend verfolgt und/oder in einem angeschlossenen Registriergerät aufgezeichnet werden. Das gemeinsame Kabel für die elektrischen Leitungen 10a, 10b zur Heizwicklung und für die Signalleitungen 12a, 12b des Temperaturfühlers 9 enthält gleichzeitig auch die Signalleitung 11a, 11b für den über die Elektroden 6 und 7 fliessenden polarographischen Strom, der ein Mass für den Partialdruck des Sauerstoffs im Blut ist, das das Gewebe der messend erfassten Körperzone B durchströmt. Ein proportionaler Anteil des Sauerstoffgehaltes diffundiert durch die Membran 8 zu den polarographischen Elektroden. An die Signalleitung 11a, 11b für die Polarographie-Elektroden ist im allgemeinen ein Anzeige- oder ein Registriergerät 16 angeschlossen. Zur Kontrolle und Überwachung der vom Regler 10c gelieferten Heizleistung kann ausserdem ein Anzeigeinstrument 1Od dienen, das an die Heizleitung 10a, 10b über die Leitungszweige 10g, 10h angeschlossen ist. Die genannten, im Mess- und Regelteil C angeordneten Organe werden über den Anschluss 15 mit elektrischem Strom gespeist.

Ersichtlich fällt nun die Überwachung der Temperatur des Messwertaufnehmers A aus, wenn z.B. der Regler 10c oder der Temperaturfühler 9 oder die vom letzteren ausgehenden Signalleitungen 12a, 12b defekt sind. Die Erfindung

0 3 0 0 3 9 / 0 5 U _₆_

HELQGE

291160t

sieht deshalb eine von diesen Teilen unabhängige besondere Temperaturüberwachung mittels Temperaturschalter vor. Dieser soll im Messwertaufnehmer selbst, und zwar derart angeordnet sein, dass ein möglichst guter "armekontakt zur Heizung bzw. zu den beheizten Teilen besteht. Entsprechend den anschliessend beschriebenen Ausfuhrungsformen der Erfindung können sowohl Schalter angewandt werden, die beim überschreiten einer bestimmten Temperatur öffnen gemäss Pig. 1 als auch solche, die in einem solchen Falle schliessen gemäss Fig. 2. Solche Schalter können sowohl von einer Ausführungsart sein, bei der mechanisch ein Kontakt geöffnet oder geschlossen wird, als auch durch Halbleiter dargestellt werden, die eine Temperatur-Widerstandskennlinie mit schaltartiger Charakteristik besitzen, und zwar mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten. Die Ausführungsart mechanischer Natur kann beispielsweise nach den bekannten Prinzipien des Bimetallschalters, des Quecksilberkontaktthermometers, der Schmelzsicherung oder der Ausnutzung der Curietemperatur des Magnetismus arbeiten.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur der Schalter 5b geöffnet wird, der in Serienschaltung im Heizkreis 4a, 4, 4b des Messaufnehmers liegt. Dargestellt ist der Zustand nach Eintritt dieses Ereignisses.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur der Schalter 5a, der über den Leitungszweig l6a, l6b dem Heizkreis 4a, 4, 4b des Messaufnehmers parallel geschaltet ist, schliesst und die Heizweicklung 4 also kurzschliesst. Dargestellt ist der Zustand vor einem solchen Ereignis. Angestrebtes Ziel ist, dass die Heizung bleibend unterbrochen wird, bis der Fehler, der zum unerwünschten Temperaturanstieg geführt hat, behoben ist. Es kann aber vorteilhaft sein, im Mess-

030039/05U _₇_

BAD ORIGINAL

HELLIGE 13

-(-49-

wertaufnehmer einen Temperaturschalter 5s oder 5b einzubauen, der von selbst wieder in den dem normalen Betriebszustand entsprechenden Schaltzustand zurückkehrt, wenn die Temperatur wider entsprechend abgesunken ist. Um dennoch zu vermeiden, dass hierdurch unerwünscht die Heizung wieder eingeschaltet wird, ehe die eigentliche Ursache der Überhitzung beseitig ist, wobei sich der Vorgang des Ein- und Ausschaltens wiederholt, können im Betriebsgerät C zusätzliche Mittel vorgesehen werden, die dies verhindern. Im Falle der Lösung nach Fig. 1 ist ein Schalter 19b vorgesehen, der die Heizung bleibend unterbricht, wenn der Heizkreis einmal durch den Temperaturschalter 5b unterbrochen wurde, so lange, bis er nach Behebung des Fehlers wieder durch den Benutzer geschlossen wird»

Bei der Lösung nach Fig. 2 wird eine Sicherung 19a .angewandt, die ausgelöst v/ird, wenn der Temperaturschalter 5a die Heizwicklung kurzschliesst und vom Benutzer ersetzt oder wieder überbrückt wird, nachdem der Fehler behoben ist.

Das angestrebte Ziel wird auch mit einer Schmelzsicherung statt des Schalters 5b erreicht, die in Serie zur Heizwicklung 4 liegt. Für eine solche Art eines Temperaturschalters verwendet man eine möglichst niedrig schmelzende Legierung. Z.B. eignet sich dazu eine Legierung aus 40,95 % Wismut, 22,10 % Blei, 13,10 % Indium, 10,65 " Strontium und 8,20 % Cadmium. Diese schmilzt bei 46,5° C. Allerdings hat eine derartige Schmelzsicherung den Nachteil, dass die Unterbrechung der Heizwicklung 4 dann irreversibel und deshalb der Aufnehmer 1 dann unbrauchbar ist, wenn nicht besondere Massnahmen geschaffen sind, um anstatt der verbrauchten Schmelzsicherung 5b eine neue Ersatz-Schmelzsicherung einbauen zu können. Dieser Weg ist technisch lösbar.

03003Ö/05U ~⁸~

BAD ORIGINAL

BELÜGE

-/-4I

Grundsätzlich soll die Abschaltung irreversibel sein in dem Sinne, dass ohne besondere Massnahmen des Benutzers im Fehlerfalle der Aufnehmer keinesfalls erneut beheizt wird, wenn die Temperatur wieder auf den Auslösewert gesunken ist.

Zwei oder mehrere der genannten Massnahmen zur Vermeidung einer Überhitzung des Aufnehmers bzw. der von ihm bedeckten Körperstelle können selbstverständlich auch kombiniert werden, um die Sicherheit zu erhöhen.

Die vorgeschlagenen Massnahmen können bei allen eigangs aufgezählten Arten von Messwertaufnehmern für physiologische Grossen benutzt werden, vorzugsx^eise bei Messwertaufnehmern, die direkt elektrisch beheizt sind. Aber auch eine nichtelektrische Beheizung eines Aufnehmers, z.B. durch einen erhitzten Flüssigkeitsstrom, der durch ihn durchgeleitet wird, ist kein Hindernis dafür. Die Temperatursicherung gemäss der Erfindung ist auch bei geeigneter Einstellung des Temperaturschalters anwendbar, wenn die Erwärmung der zur Messung herangezogenen Zone des Körpers des Patienten durch Diathermie durchgeführt wird, um Hyperämie an dieser Stelle zu erzeugen. Auch in diesem Falle ist der Sender für die Mikrowellen in den Aufnehmer eingebaut. 3r wird aber dann nicht direkt selbst erwärmt, sondern indirekt durch Wärmeleitung aufgrund des Kontaktes mit der bestrahlten Körperzone.

030039/0514

Claims

HELLlGE CE 2911501 Freiburg, den 19. März 1979 PV/-? 417 - HJC/rtl Patent- und Gebrauchsmusteranmeldung Ansorüch

1./Messwertaufnehmer für physiologische Messgrössen mit einer Einrichtung zur elektrischen Beheizung, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar in ihn eine Vorrichtung als Teraperatursehalter (5a oder 5b) eingebaut ist, die selbsttätig die Beheizung unterbricht, wenn die Temperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet»

2. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:

2.1. Der Messwertaufnehmer (A) ist unmittelbar selbst elektrisch beheizt -.

2.2. Der Messwertaufnehmer (A) ist unmittelbar selbst auf nichtelektrische Art beheizt:

2.3> Die elektrische Beheizung des Messwertaufnehmers (A) dient zur indirekten Erwärmung des Messobjektes (B):

2.4, Der Messwertaufnehmer (A) besitzt eine Einrichtung zur Erwärmung des Messobjektes durch Diathermie.

3. Messwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennz3ichnet durch wenigstens eine der folgenden Ausführungsformen des Temperaturschalters:

3.1. Die Unterbrechung der Beheizung ist unabhängig von dem Mess- und Regelkreis (10a, 10b ... 10g, 10h) für die Beheizung;

030039/05U -2-

j BELÜGE

291160t

3.2. Bei elektrischer Beheizung ist in die Heizleitung (10a, 4, 4a, 4b, 4c, 10b) ein Tempera türschalter (5b) eingefügt, der bei Überschreiten des zulässigen Temperaturwertes selbsttätig sich öffnet und damit die Heizleitung zumindest reversibel unterbricht.

3.3. Bei elektrischer Beheizung ist in die Heizleitung (10a, 4, 4a, 4b, 4c, 10b) als Temperaturschalter eine Schmelzsicherung eingebaut, die bei Überschreiten der zulässigen Temperatur die Heizleitung irreversibel unterbricht.

3.4. Bei elektrischer Beheizung enthält der Aufnehmer einen Temperaturschalter (5a), der bei Überschreiten des zulässigen Temperaturwertes die Heizleitung (10a, 10b) durch Überbrücken der Heizwicklung (4a, 4, 4b) zumindest reversibel kurzschliesst.

3·5· Im Mess- und Regelgerät (C) ist in die Heizleitung (10a bzw. 10b) eine Sicherung (19a oder 19b) eingefügt, die automatisch die Heizleitung bleibend unterbricht, wenn diese durch den Schalter (5a bzw. 5t>) kurzgeschlossen oder unterbrochen wird.

4. Messwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturschalter (5a, 5b) möglichst dicht und mit gutem Wärmekontakt zum Messobjekt (B) hinter der Messfläche (20) des Aufnehmers eingebaut sind.

5· Messwertaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Ausbildung für eine der folgenden Anwendungsformen:

030039/05U

BILLIGE

5.1. Als Sensor für die Messung und Registrierung physiologischer Grossen:

5.2. Als Sensor für die unblutige transkutane Messung und Registrierung physiologischer Grossen:

5*3. Als Sensor für die Durchblutungsmessung von Körperorganen:

5.4. Als Sensor für die oxymetrische Messung des Sauerstoff gehaltes im Blut:

5·5· Als polarographischer Sensor für die Bestimmung der Konzentration von Gasen, wie Sauerstoff und Kohlendioxyd, im Blut:

5·β. Als Sensor für die Bestimmung von Blutbestandteilen: 5·Τ· Als Sensor für die Bestimmung des pH-Wertes vom Blut:

5·8. Als Sensor für die Messung und Registrierung physiologischer Grossen mit einer Einrichtung zur Beheizung der mit ihm in Kontakt zu bringenden Körperteile (B) durch Diathermie.

030039/05U