DE2911601C2

DE2911601C2 - Meßwertaufnehmer für physiologische Meßgrößen mit einer Einrichtung zur elektrischen Beheizung

Info

Publication number: DE2911601C2
Application number: DE2911601A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Hellige GmbH
Current assignee: GE Medical Systems Information Technologies GmbH
Priority date: 1979-03-24
Filing date: 1979-03-24
Publication date: 1982-05-13
Also published as: FR2452272B1; US4334541A; GB2050615A; JPS6157769B2; FR2452272A1; GB2050615B; DE2911601A1; JPS5645645A

Description

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

Insbesondere sollen in dieser Weise Meßwertaufnehmer ausgestattet sein, die zur Messung und/oder Registrierung des zeitlichen Verlaufs physiologischer Größen in der medizinischen Diagnostik dienen und an einer Steile des Körpers des Patienten auf der Haut befestigt werden, wobei zum Zwecke der Konstanthal- 6Q tung der Temperatur des Aufnehmers und/oder der von ihm bedeckten Zone des Patientenkörpers der Meßwertaufnehmer selbst und/oder diese Körperzone zwecks Hyperämisierung erwärmt wird. Für die Ausbildung gemäß der Erfindung kommt folglich eine Reihe von Sensoren in Betracht, die zur Messung und Registrierung physiologischer Größen dienen, z. B. Sensoren für die unblutige transkutane Messung und Registrierung physiologischer Größen, Sensoren für die Durchblutungsmessung von Körperorganen, Sensoren für die oxymeirische 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 Sensoren 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.

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.

Ausgehend von der Erkenntnis, da3 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 Aufgabe, mit «r.öglichst geringem technischen Aufwand eine Temperatursicherung mit höherer Zuverlässigkeit als bisher zu schaffen.

Diese Aufgabe wird in fortschrittlicher und den Sicherheitsbelangen besonders vorteilhaft genügender Weise durch einen Meßwertaufnehmer gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, daß unmittelbar in den Meßwertaufnehmer eine Vorrichfung als Temperaturschalter eingebaut is'„ der selbsttätig die Beheizung 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 vo^r allem auch dann, wenn durch Defekte im Temperaturfühler oder im Heizleistungsregelkreis die Heizung außer Kontrolle geraten ist.

Unter Heranziehung der Fig. 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 haoen im allgemeinen eine plättchen- oder scheibenförmige Gestalt mit einem Durchmesser von nur wenigen Zentimetern. Solche Meßwertaufnehmer sind z. B. in den deutschen Patentanmeldungen P 21 45 400.2 und P 22 55 879.8 behan-

delt Die meßtechnisch wichtigen Organe eines solchen MeBwertaufnehmers A sind eine Kathode 7, vorzugsweise aus Platin, und eine Referenz-Elektrode 6, vorzugsweise aus Silber.

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 Behusung eines dünnen Zwischenraumes 21 abgedeckt Dieser enthält den für die polarographische ι ο 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 z. B. Polyäthylen, Polypropylen oder Polytetrafluoräthylen, 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 genannten 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. 40⁰C bis 45"C, indem der Aufnehmer A selbst, und zwar vorzugsweise 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 Referenzelektrode 6 gelegte Heizwicklung 4a, 4, 46, die über die Heizleitung 10a, Wb 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 Größe umgewandelte Signal wird dem Regler über die Leitungen 12a, 126 und den Leitungszweigen 12c, 12t/ zugeführt. Die Temperatur kann auch an einem Anzeigeinstrument 12c, das an die Zuleitungen 12a und 126 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, iOb zur Heizwicklung und für die Signalleitungen 12a, 126 des Temperaturfühlers 9 enthält gleichzeitig auch die Signalleitung 11a, 116 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 ω zu den polarographischen Elektroden. An die Signalleitung 11a, 116 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 außer· dem ein Anzeigeins«rument 1Od dienen, das an die Heizleitung 10a, iOb über die Leitungszweige iOg, 10Λ 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, 126 defekt sind. Die Erfindung 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 Wärmekontakt zur Heizung bzw. zu den beheizten Teilen besteht Entsprechend den anschließend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können sowohl Schalter angewandt werden, die beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur öffnen gemäß F i g. 1 als auch solche, die in einem solchen Falle schließen gemäß Frg. 2. Solche Schalter können sowohl von einer Ausführungsart sein, bei der mechanisch ein Kontakt geöffnet oder geschlossen wird, als auch durch Halbleiter darge·. dlt werden, die eine Temperatur-Widerstandskennlinie ^riit schakartiger 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 Ausnützung 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, 4,4bdes 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 16a. 166 dem Heizkreis 4a, 4, 4b des Meßaufnehmers parallel geschaltet ist, schließt und die Heizwicklung 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 Meßwertaufnehmer einen Temperaturschalter 5a oder 5b einzubauen, der von selbst wieder in den dem normalen Betriebszustand entsprechenden Schaltzustand zurückkehrt, wenn die Temperatur wieder entsprechend abgesunken ist. Um dennoch zu vermeiden, daß hierdurch unerwünscht die Heizung wieder eingeschaltet wird, ehe die eigentliche Ursache der Überhitzung beseitigt ist, wobei sich der Vorgang des Ein- und Ausschaltens wiederholt, können im Betriebsgerät C zut'ittiliche Mittel vorgesehen werden, die dies verhindern. Im Falle der Lösung nach Fig. 1 ist ein Schalter 196 vorgesehen, der die Heizung bleibend unterbricht, wenn der Heizkreis einmal durch den Temperaturschalter 5b unterbrochen wurde, so lange, bis er nach Behebung dei Fehlers wieder durch den Benutzer geschlossen wird.

Bei der Lösung nach F i g. 2 wird eine Sicherung 19a angewandt, die ausgelöst w>rd, wenn der Temperatur-Schalter 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, 18.10% Indium, 10,65% Strontium und 8,20% Cadmium. Diese schmilzt bei 46,5⁰C. 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.

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 hedecklen Knrne.rstpllp lcönnpn splhstvprständlich auch kombiniert werden, um die Sicherheit zu erhöhen.

Die vorgeschlagenen Maßnahmen können bei allen eingangs aufgezählten Arten von Meßwertaufnehmern für physiologische Größen benutzt werden, vorzugswei se 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

ίο 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. F.r wird aber dann nicht direkt selbst erwärmt, sondern indirekt durch Wärmeleitung aufgrund des Kontaktes mit der bestrahlten Körperzo-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Meßwertaufnehmer für physiologische MeB-größen mit einer Einrichtung zur elektrischen Beheizung, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar in ihn eine Vorrichtung als Temperaturschalter (5a oder Sb) eingebaut ist, die selbsttätig die Beheizung unterbricht, wenn die Temperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet

2. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erwärmung des Meßobjekts durch Diathermie.

3. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturschalter (5b) in die Heizleitung der elektrischen Beheizung (10a, 4,4a, 4b, 4c, 10£>j eingefügt ist, sich bei Oberschreiten des zulässigen Temperaturwerts selbsttätig öffnet und die Heizleitung mindestens zeitweilig unterbricht

4. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaiursehalier als Schmelzsicherung ausgebildet ist, welche bei Überschreiten der zulässigen Temperatur die Heizleitung [l0a,4,4a,4b,4c, lOtyirreversibel unterbricht

5. Meßwertaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturschalter (5a) bei Überschreiten des zulässigen Temperaturwerts die Heizleitung (10a, iOb) durch Überbrükken einer Heizwicklung (4a, 4, 4b) der elektrischen Beheizung mindestens zeitweilig kurzschließt

6. Meßwc-taufnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Meß- und Regelteil (C) des Geräts (10a bzw. 106; eine Sicherung (19a oder 196' für die Heizleitung eingefügt ist, die automatisch die Heizleitung bleibend unterbricht, wenn diese durch den Temperaturschalter (5a bzw. 5b) kurzgeschlossen oder unterbrochen wird.

7. Meßwertaufnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturschalter (5a; 5b) möglichst dicht und mit gutem Wärmekontakt zum Meßobjekt (ß;hinter der Meßfläche (20)des Aufnehmers eingebaut ist.