DE3633016A1

DE3633016A1 - Measurement sensor for the transcutaneous determination of the partial pressure of a gas

Info

Publication number: DE3633016A1
Application number: DE19863633016
Authority: DE
Inventors: Harald Dr Med Schachinger
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1986-09-29
Publication date: 1988-04-07

Abstract

A measurement sensor for the transcutaneous determination of the partial pressure of a gas comprises a measurement electrode and a counter-electrode which are brought into mutual contact via an electrolyte space and combined to form a measurement cell whose measuring surface, which is exposed to the gas to be determined, can be heated up to a working temperature by a heating device. This measurement sensor is to be improved in such a way that the validity of the transcutaneously determined blood gas values is maintained and the residence time of the measurement sensor at the site to be measured can be essentially prolonged while effectively reducing the temperature of the measurement surface. To this end, in addition to the measurement surface heating device (4) there is at least one other auxiliary heating device (18) which is located adjacent thereto and at a spatial distance therefrom and is thermally insulated relative thereto. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertaufnehmer für die transkutane Bestimmung des Partialdruckes eines Gases, mit einer Meßelektrode und einer Gegenelektrode, die beide über einen Elektrolytraum in Kontakt gebracht und zu einer Meßzelle zusammengefaßt sind, deren Meßfläche, welche dem zu bestimmenden Gas ausgesetzt ist, durch eine Heizvorrichtung auf eine Arbeitstemperatur aufheizbar ist.The invention relates to a transducer for the transcutaneous determination of the partial pressure of a gas, with a measuring electrode and a counter electrode, the both brought into contact via an electrolyte space and are combined to form a measuring cell, the Measuring surface exposed to the gas to be determined is by a heater on a Working temperature is heated.

Derartige Meßwertaufnehmer werden routinemäßig für die transkutane Bestimmung von Blutgaswerten eingesetzt. In der DE-OS 29 11 343 ist ein solcher Meßwertaufnehmer beispielsweise für die transkutane Bestimmung eines Gas-Partialdruckes beschrieben. Der bekannte Meßwertaufnehmer besitzt eine zentrisch angeordnete Meßelektrode, welche mit ihrer Meßfläche in einen Elektrolytraum hineinragt, welcher gegenüber der Umgebung durch eine Membran abgeschlossen ist, die für das nachzuweisende Gas durchlässig ist. Über den Elektrolyten im Elektrolytraum ist sie mit einer Gegenelektrode in Kontakt gebracht. Beide Elektroden können über entsprechende Zuführungsleitungen an eine Polarisationsspannung gelegt werden, so daß je nach Menge der in den Elektrolytraum eindiffundierten Gasmoleküle ein Elektrodenstrom fließt, welcher ein Maß für den Partialdruck des zu bestimmenden Gases ist.Such sensors are routinely used for transcutaneous determination of blood gas values used. In DE-OS 29 11 343 such is Transducers for example Determination of a gas partial pressure described. The known sensor has a centric arranged measuring electrode, which with its measuring surface protrudes into an electrolyte space, which is opposite the environment is closed off by a membrane that is permeable to the gas to be detected. On the Electrolyte in the electrolyte room she is with a Brought counter electrode into contact. Both electrodes can be connected to a supply line Polarization voltage are placed so that depending Amount of the diffused into the electrolyte space Gas molecules an electrode current flows, which a Measure for the partial pressure of the gas to be determined.

Um eine gute Korrelation zwischen den transkutan gemessenen und den tatsächlich in der Blutflüssigkeit vorliegenden Gaspartialdrücken zu erzielen, ist es notwendig, den Erfassungsbereich der Hautoberfläche, die bei angelegtem Meßwertaufnehmer in Kontakt mit dessen Meßfläche steht, zu hyperämisieren. Das bedeutet, daß die Hautoberfläche am Meßort über die normale Hauttemperatur hinaus erwärmt werden muß. Bei dem bekannten Meßwertaufnehmer wird dazu die Gegenelektrode mit einer Heizquelle versehen, mit deren Hilfe bei angelegtem Meßwertaufnehmer die gesamte Meßfläche bis auf typischerweise 45°C thermostatisiert werden kann. To have a good correlation between transcutaneously measured and actually in the blood fluid It is to achieve the present gas partial pressures necessary, the detection area of the skin surface, in contact with when the transducer is on whose measuring surface is to hyperemia. The means that the skin surface at the measuring point over the normal skin temperature must be warmed up. At the known transducer is the Provide the counter electrode with a heat source, with whose help with the transducer total measuring area up to typically 45 ° C can be thermostatted.

Da zur kontinuierlichen Überwachung der transkutan gemessenen Blutgaswerte die Meßwertaufnehmer über mehrere Stunden hinweg an demselben Meßort verbleiben, kommt es an den betroffenen Hautstellen zu Rötungen, die bei höheren Heiztemperaturen von bis zu 45°C zu Hautschädigungen führen könnten, sofern der Meßwertaufnehmer nicht periodisch an unterschiedliche Hautstellen versetzt würde. Besonders empfindlich reagiert die Haut von früh- und neugeborenen Kindern, so daß ein Platzwechsel für den Meßwertaufnehmer in häufigeren Abständen notwendig ist als bei erwachsenen Menschen.As for continuous monitoring of the transcutaneously measured blood gas values over the transducers remain at the same location for several hours, there is redness on the affected skin, those at higher heating temperatures of up to 45 ° C too Skin damage could result if the Transmitters not periodically to different Skin would be offset. Particularly sensitive the skin of premature and newborn children reacts, so that a change of location for the transducer in more frequent intervals than in adults People.

Diese Notwendigkeit des Platzwechsels erweist sich deswegen als nachteilig, weil dadurch eine kontinuierliche Überwachung häufig unterbrochen werden muß und weil die Meßbedingungen von einem Meßort zum anderen wechseln können, so daß die Randbedingungen für eine gleichwertige Erfassung von Blutgaswerten an unterschiedlichen Meßorten nicht eingehalten sind.This necessity of changing places proves itself because it is disadvantageous because it creates a continuous monitoring is frequently interrupted must and because the measuring conditions from one measuring point to others can switch so that the boundary conditions for an equivalent recording of blood gas values different measuring locations are not observed.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertaufnehmer der genannten Art so zu verbessern, daß bei einer wirksamen Herabsetzung der Meßflächentemperatur die Gültigkeit der transkutan ermittelten Blutgaswerte gewahrt bleibt und seine Verweilzeit an dem Meßort wesentlich verlängert werden kann. The present invention is therefore the object based on a transducer of the type mentioned to improve that with an effective reduction the measuring surface temperature the validity of the transcutaneously determined blood gas values is maintained and its Residence time at the measurement site can be significantly extended can.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß neben der Meßflächenheizvorrichtung mindestens eine zusätzliche, in räumlichem Abstand zu dieser benachbarte und von ihr thermisch isolierte Hilfsheizvorrichtung vorgesehen ist.To solve this problem it is provided that in addition to the measuring surface heating device at least one additional, spaced apart from this neighboring and thermally insulated from it Auxiliary heater is provided.

Durch die Anbringung einer zusätzlichen beabstandeten Hilfsheizvorrichtung können beide Heizungen zusammen bei niedrigerer Temperatur betrieben werden, als es für die bekannte einzelne Meßflächenheizvorrichtung notwendig war, ohne das Meßergebnis für die transkutane Bestimmung des Blutgaspartialdruckes gegenüber dem bekannten Stand der Technik zu verschlechtern. Veränderungen der Haut infolge einer erhöhten Temperatureinwirkung werden somit wirksam vermieden, jedoch bleibt eine gute Hyperämisierung des Hautgewebes erhalten, was zur zuverlässigen Erfassung eines aussagekräftigen Meßwertes Voraussetzung ist. Meßergebnisse haben gezeigt, daß die Temperaturen beider Heizvorrichtungen um etwa 1 bis 2°C erniedrigt werden können, ohne daß eine Meßwertverfälschung infolge Temperaturerniedrigung oder mangelnder Hyperämisierung in Kauf genommen werden müßte. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, daß es nicht ausreichend ist, die zusammenhängende Heizfläche lediglich zu vergrößern, sondern daß es erforderlich ist, die Heizflächenvergrößerung durch zusätzliche Einzelheizflächen zu verwirklichen, wobei diese durch einen nichtbeheizten Zwischenraum voneinander getrennt sind. By attaching an additional spaced Auxiliary heater can combine both heaters operate at a lower temperature than it for the known single measuring surface heating device was necessary without the measurement result for the transcutaneous determination of blood gas partial pressure compared to the known prior art worsen. Changes in the skin as a result of increased temperature effects are effective avoided, however a good hyperaemia of the Skin tissue obtained, resulting in reliable detection a meaningful measured value is a prerequisite. Measurement results have shown that the temperatures both heaters by about 1 to 2 ° C can be lowered without a Falsification of measured values due to lowering of temperature or lack of hyperaemia should be. Our own investigations have shown that it is not enough the coherent Heating surface only to enlarge, but that it is necessary to increase the heating area by to realize additional individual heating surfaces, whereby this through an unheated space are separated from each other.

Durch Senkung der für die Hyperämisierung notwendigen Temperatur wird auch das Hautgewebe durch die geringere flächenbezogene Heizleistung der Heizvorrichtungen deutlich weniger belastet.By lowering those necessary for hyperaemia The skin tissue is also affected by the temperature lower area-related heating output of the Heaters significantly less stressed.

Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine weitere Zusatzheizvorrichtung in dem Meßwertaufnehmer eingebaut ist, welche noch weiter von der Meßflächenheizvorrichtung entfernt ist als die Hilfsheizvorrichtung. Man erhält somit eine Dreifach-Heizung der Meßfläche, wobei Hilfsheizvorrichtung und Zusatzheizvorrichtung in unterschiedlichem Abstand zur Meßflächenheizvorrichtung angeordnet sind. Da die Entfernung einer zusätzlichen Heizvorrichtung zur Meßflächenheizvorrichtung den Grad der Hyperämisierung und damit auch den Meßwert beeinflussen kann, wird es nunmehr möglich, den Abstand der jeweils betriebenen zusätzlichen Heizvorrichtungen zu variieren, indem entweder eine der beiden zusätzlichen Heizvorrichtungen, oder beide zur gleichen Zeit, oder auch beide alternierend untereinander oder auch mit der Meßflächenheizvorrichtung zusammen betrieben werden können. A useful embodiment of the invention is included in it see that another auxiliary heater in the Sensor is installed, which is still further from the measuring surface heater is removed than that Auxiliary heater. You get one Triple heating of the measuring surface, whereby Auxiliary heater and auxiliary heater in different distance from Measuring surface heating device are arranged. Since the Removal of an additional heater for Surface heating device the degree of hyperaemia and thus can also influence the measured value, it will now possible to distance the operated to vary additional heaters by either one of the two additional ones Heaters, or both at the same time, or both alternate with each other or with the measuring surface heater operated together can be.

Eine solche Anordnung von verschiedenen Heizvorrichtungen kann durch weitere zusätzliche Heizvorrichtungen ergänzt werden, so daß eine beliebige Anordnung von Zusatzheizvorrichtungen um die Meßflächenheizvorrichtung je nach Erfordernis erreicht wird.Such an arrangement of different Heaters can be added by additional Heaters are added so that a any arrangement of additional heaters around Measuring surface heating device reached as required becomes.

Eine besonders günstige Anordnung ergibt sich daraus, daß nicht nur die Meßflächenheizvorrichtung, sondern auch Hilfs- und Zusatzheizvorrichtung die Meßfläche völlig umschließen, so daß sich eine entsprechende Anzahl von Heizungsbändern um die Meßfläche befinden. Insbesondere können diese Heizungsbänder konzentrisch um die Meßfläche angeordnet sein.A particularly favorable arrangement results from that not only the measuring surface heater, but also auxiliary and additional heating device the measuring surface completely enclose, so that there is a corresponding Number of heating tapes around the measuring surface. In particular, these heating tapes can be concentric be arranged around the measuring surface.

Zur Durchführung einer für die jeweilige Heizvorrichtung separaten Temperaturregelung ist jede von ihnen mit einer eigenen Heizquelle und einem für die Heiztemperaturregelung geeigneten temperaturempfindlichen Meßfühler ausgestattet.To carry out one for each Heater separate temperature control is each of them with their own heat source and one for the heating temperature control suitable temperature-sensitive sensor.

Die Anordnung der verschiedenen Heizvorrichtungen in dem Meßwertaufnehmer ist bei hinreichender thermischer Isolation der einzelnen Heizvorrichtungen voneinander geeignet, die Perfusion des Gewebes zu ermitteln, indem anhand der Heizleistungsmessung die Wärmeleitfähigkeit des fließenden Blutes errechnet werden kann.The arrangement of the various heaters in the sensor is at sufficient thermal Isolation of the individual heaters from each other suitable to determine the perfusion of the tissue, by using the heating power measurement Thermal conductivity of the flowing blood is calculated can be.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is based on shown a schematic drawing and in following explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 den Schnitt durch einen Meßwertauf nehmer, Fig. 1 a section through a slave Meßwertauf,

Fig. 2 die Ansicht auf den Meßwertaufnehmer auf dessen Meßflächenseite. Fig. 2 shows the view of the transducer on the measuring surface side.

In Fig. 1 ist ein Meßwertaufnehmer dargestellt, der ein Elektrodengehäuse (1) aus Kunststoff besitzt, welches die Meßelektrode (2), eingeschmolzen in einen Glaskörper (3), sowie eine die Meßelektrode (2) umgebende Gegenelektrode (4) enthält. Elektrode (2) und Gegenelektrode (4) münden in einen Elektrolytraum (5), der mit einem Elektrolyt (6) gefüllt ist. Die Materialien für Meßelektrode (2), Gegenelektrode (4) und Elektrolyt (6) richten sich nach dem zu messenden Gas und können entsprechend den bekannten Meßwertaufnehmern gewählt werden. Der Elektrolytraum (5) ist über eine gasdurchlässige Membran (7) gegenüber der Umgebung abgegrenzt. Die Membran (7) wird über einen Haltering (8) eingespannt. Die Gegenelektrode (4) enthält eine Widerstandsheizung (9) und einen dazugehörigen Temperaturfühler (10). Sie umgeben den runden Glaskörper (3) ringförmig. Die beiden Elektroden (2, 4) besitzen Elektrodenanschlußleitungen (11, 12) und werden über den Elektrodenanschluß (13) zu einem nichtdargestellten Meß- und Auswertegerät geführt. In demselben Elektrodenanschluß (13) befinden sich die Heizleitung (14) sowie die Temperaturmeßleitung (15). Um den die Elektroden (2, 4) enthaltenden Teil des Elektrodengehäuses (1) ist ein Schraubgewinde (16) angebracht, auf welches ein Gewindering (17) geschraubt ist. Der Gewindering (17) enthält eine Hilfsheizvorrichtung (18), welche beispielsweise aus einem Kupferring bestehen kann, welcher eine Hilfswiderstandsheizung (19) und einen dazugehörigen Hilfstemperaturfühler (20) enthält. In räumlichem Abstand zur Hilfsheizvorrichtung (18) befindet sich eine weitere Zusatzheizvorrichtung (21), welche ebenfalls aus einem Kupferring bestehen kann, der in seinem Inneren eine Zusatzwiderstandsheizung (22) und einen Zusatztemperaturfühler (23) enthält. Die Widerstandsheizungen (19, 22) besitzen entsprechende Heizleitungen (24, 25), und die Temperaturfühler (20, 23) sind an dazugehörige Temperaturmeßleitungen (26, 27) angeschlossen. Heizleitungen (24, 25) und Temperaturmeßleitungen (26, 27) sind in einem Heizanschluß (28) zusammengefaßt und werden zu einer nichtdargestellten Versorgungseinheit abgeführt. In Fig. 1, a transducer is shown, which has an electrode housing (1) made of plastic, which the measuring electrode (2), sealed in a glass body (3) and includes a measuring electrode (2) surrounding the counter-electrode (4). Electrode ( 2 ) and counter electrode ( 4 ) open into an electrolyte space ( 5 ) which is filled with an electrolyte ( 6 ). The materials for the measuring electrode ( 2 ), counter electrode ( 4 ) and electrolyte ( 6 ) depend on the gas to be measured and can be selected in accordance with the known transducers. The electrolyte space ( 5 ) is delimited from the environment by a gas-permeable membrane ( 7 ). The membrane ( 7 ) is clamped over a retaining ring ( 8 ). The counter electrode ( 4 ) contains a resistance heater ( 9 ) and an associated temperature sensor ( 10 ). They surround the round glass body ( 3 ) in a ring. The two electrodes ( 2 , 4 ) have electrode connection lines ( 11 , 12 ) and are led via the electrode connection ( 13 ) to a measuring and evaluation device (not shown). The heating line ( 14 ) and the temperature measuring line ( 15 ) are located in the same electrode connection ( 13 ). A screw thread ( 16 ) is attached to the part of the electrode housing ( 1 ) containing the electrodes ( 2 , 4 ), onto which a threaded ring ( 17 ) is screwed. The threaded ring ( 17 ) contains an auxiliary heating device ( 18 ), which can consist, for example, of a copper ring which contains an auxiliary resistance heater ( 19 ) and an associated auxiliary temperature sensor ( 20 ). A further additional heating device ( 21 ) is located at a spatial distance from the auxiliary heating device ( 18 ), which can also consist of a copper ring which contains an additional resistance heater ( 22 ) and an additional temperature sensor ( 23 ) in its interior. The resistance heaters ( 19 , 22 ) have corresponding heating lines ( 24 , 25 ), and the temperature sensors ( 20 , 23 ) are connected to associated temperature measuring lines ( 26 , 27 ). Heating lines ( 24 , 25 ) and temperature measuring lines ( 26 , 27 ) are combined in a heating connection ( 28 ) and are discharged to a supply unit, not shown.

In Fig. 2 ist die Ansicht auf den Meßwertaufnehmer in Richtung auf die Meßfläche dargestellt. In konzentrischer Anordnung ist, ausgehend von dem Mittelpunkt, der Glaskörper (3), in dem sich die Meßelektrode (2) befindet, von der Gegenelektrode (4) umgeben. Die Gegenelektrode (4) dient gleichzeitig als Meßflächenheizvorrichtung, wobei die Meßfläche den in den Elektrolytraum (5) hineinragenden Teil von Meßelektrode (2) und Gegenelektrode (4) umfaßt. Das Elektrodengehäuse (1) schließt die Meßflächenheizvorrichtung (4) von dem Haltering (8) ab, welcher von der Hilfsheizvorrichtung (18) und einer weiteren Zusatzheizvorrichtung (21) umgeben ist. Zur thermischen Isolation der beiden Heizvorrichtungen (18, 21) reicht eine Zwischenlage des aus Kunststoff bestehenden Gewinderinges (17) aus.In FIG. 2, the view is displayed on the transducer in the direction of the measurement surface. Starting from the center, the glass body ( 3 ), in which the measuring electrode ( 2 ) is located, is surrounded by the counter electrode ( 4 ) in a concentric arrangement. The counter electrode ( 4 ) also serves as a measuring surface heating device, the measuring surface comprising the part of the measuring electrode ( 2 ) and counter electrode ( 4 ) protruding into the electrolyte space ( 5 ). The electrode housing ( 1 ) closes off the measuring surface heating device ( 4 ) from the retaining ring ( 8 ) which is surrounded by the auxiliary heating device ( 18 ) and a further additional heating device ( 21 ). An intermediate layer of the threaded ring ( 17 ) made of plastic is sufficient for the thermal insulation of the two heating devices ( 18 , 21 ).

Bei Verwendung herkömmlicher Elektrodenanordnungen reicht ein Abstand zwischen Meßflächenheizvorrichtung (4) und Hilfsheizvorrichtung (18) von etwa 2 mm und mehr aus. Ein entsprechender Abstand genügt für die Anordnung der Zusatzheizvorrichtung (21) zur Hilfsheizvorrichtung (18).When using conventional electrode arrangements, a distance between the measuring surface heating device ( 4 ) and the auxiliary heating device ( 18 ) of approximately 2 mm and more is sufficient. A corresponding distance is sufficient for the arrangement of the additional heating device ( 21 ) to the auxiliary heating device ( 18 ).

Claims

1. Transducer for the transcutaneous determination of the partial pressure of a gas, with a measuring electrode and a counter electrode, both of which are brought into contact via an electrolyte space and combined to form a measuring cell, the measuring surface of which is exposed to the gas to be determined, by a heating device on a Working temperature can be heated, characterized in that, in addition to the measuring surface heating device ( 4 ), at least one additional auxiliary heating device ( 18 ) which is adjacent to it at a spatial distance from it and is thermally insulated from it is provided.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that a further additional heating device ( 21 ) is provided for the auxiliary heating device ( 18 ), which has a greater distance from the measuring surface heating device ( 4 ) than to the auxiliary heating device ( 18 ).

3. Sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the heating devices ( 4 , 18 , 21 ) are arranged surrounding the measuring surface.

4. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that each of the heating devices ( 4 , 18 , 21 ) with its own heating source ( 9 , 19 , 22 ) and a temperature-sensitive sensor ( 10 , 20 , 23 ) suitable for heating temperature control ) Is provided.