Endoradiosonde
Die Gewinnung genauer Aufschlüsse über die Vorgänge im gesunden und kranken Verdauungstrakt ist häufig von besonderer Wichtigkeit. Die wechselnden Eigenschaften des Darminhaltes können oft weder mit klinischen noch mit röntgenologischen Methoden einwandfrei ermittelt werden. Der Inhalt des Verdauungskanals steht gewöhnlich nur als Stuhl oder als Erbrochenes zur Verfügung. Durch Aspiration mit einem Schlauch kann der Inhalt des Magens und des Zwölffingerdarmes zur Auswertung beschafft werden. Manche Eigenschaften verändern sich jedoch sofort nach der Entfernung des Verdauungsbreies aus dem Darm, so dass Untersuchungen desselben an Ort und Stelle mit einem Messinstrument wünschenswert sind.
Es wurden schon Versuche unternommen, bei Intestinalmessungen ein Verfahren drahtloser Registrierung zur Anwendung zu bringen. Der Umfang entsprechender Geräte, die die zur Schwingungserzeugung erforderliche Radioröhre und den Stromversorgungsteil enthalten müssen, machten aber passende Intestinalsender zu unförmig und damit unbrauchbar.
Es ist zwar schon eine Endoradiosonde von 30 mm Länge und einem Durchmesser von 10 mm entwickelt worden. Zur Anwendung war eine Schaltung vorgeschlagen worden, die dem Meissnerschen induktiven Rückkopplungsprinzip entspricht. Schaltungsanordnungen dieser Art sind aber wegen ihrer Frequenzunstabilität für feinere Messungen für Endoradiosonden nicht zu gebrauchen. Der entwickelte Transistorsender arbeitete auf der Mittelwelle 900 kHz.
Eine zweite bekannte Endoradiosonde von 28 mm Länge und 9 mm Durchmesser war zur Druck- und Temperaturmessung bestimmt und der Transistorsender arbeitete in Dreipunktschaltung auf einer Frequenz von 400 kHz. Druckunterschiede werden bei diesem System mittels einer induktiven Frequenz änderung bestimmt.
Für eine dritte bekannte Endoradiosonde von 26 mm Länge und 8 mm Durchmesser wurde ebenfalls die Meissnersche Transistorschwingschaltung übernommen, die durch Einfügen eines gegengekoppelten Widerstandes eine erhöhte Temperaturstabilität aufweisen soll. Diese Anordnung zeigt aber nicht die erwünschten hohen Messgenauigkeiten. Diese Sonde wurde vorwiegend zur Durchführung von Druckstudien (Peristaltik) eingesetzt. Als Arbeitsfrequenz wurde zuerst die Mittelwelle 1500 kHz, später 1900 kHz gewählt. Zur pH-Messung wurde eine Antimonelektrode, die in Verbindung mit einer Ag/AgCl Elektrode in die Kollektorleitung des Transistors geschaltet wurde, verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Endoradiosonde in einer gegen Magen- und Darmsäfte beständigen Hülle zur Messung physikalischmedizinischer Daten im Intestinaltrakt, mit der routinemässig die Magenacidität ohne Zuhilfenahme des Magenschlauches exakt bestimmt werden kann, und mittels derer mit grosser Genauigkeit ausserdem auch die Acidität im gesamten Verdauungstrakt sowie die Temperatur der einzelnen Darmteile, die Leitfähigkeit des Magensaftes, das Peristaltikausmass (Druckunterschiede), der Trypsingehalt und andere Qualitäten in allen Darmteilen ohne wesentliches psychisches oder physisches Trauma für den Patienten registriert werden können.
Diese Endoradiosonde zeichnet sich dadurch aus, dass sie Mittel aufweist zur Umwandlung der zu messenden Daten in hochfrequente Schwingungen im Kurzwellenbereich, zum Zwecke der Übertragung der Messdaten auf einen Empfänger.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 das Schaltbild einer frequenzstabilen Schaltungsanordnung,
Fig. 2 die Ausführungsform der Sonde,
Fig. 3 eine Detailvariante der Sonde gemäss Fig. 2 und
Fig. 4 die Schaltung der Sonde nach Fig. 3,
Fig. 5 ein Diagramm betreffend die Frequenz änderung in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Magensaftes nach einer Untersuchung und
Fig. 6 die Schaltungsanordnung der Endoradiosonde nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist das Schaltbild einer gegenüber allen bisher bekannten Transistorschwingschaltungen frequenzstabilen Schaltung angegeben. Mit A, B und C sind die Anschlussstellen für einen Widerstand von beispielsweise 500 oder 1000 oder 200 Ohm bezeichnet, wobei anstelle dieser Widerstände für bestimmte Zwecke auch pH-Fühler oder Leitfähigkeits-Messelektroden eingeschaltet werden können. Tr ist ein Subminiaturtransistor beispielsweise der Type OC 345, L eine Schwingspule mit z. B. 150 Windungen, Dr eine Drosselspule mit z. B. 200 Windungen, Rt ein Widerstand von beispielsweise 100 kQ, Cs ein Kondensator von z. B. 100 po, C5j. ein veränderlicher Messkondensator, C2 ein Kondensator von z. B. 70 pF und C ein Kondensator von z. B. 50 pF.
Mit Bat ist die verwendete Batterie bezeichnet. Das eine Ende der Schwingspule L ist mit der Anode der Batterie und ausserdem über die Drossel Dr oder einen Widerstand und einem der Drossel parallel geschalteten Kondensator C3 mit dem Emitter des Transistors verbunden, welch letzterer durch den Kondensator C. l mit der Basis B des Transistors verbunden ist. Das andere Ende der Schwingspule L ist über den Kondensator Ct mit der Basis B und ausserdem über den Widerstand Rt mit dem Kollektor des Transistors sowie mit der Kathode der Batterie verbunden. Die Schwingfähigkeit dieser Schaltungsanordnung in Verbindung mit der erwähnten Subminiaturtransistortype hat sich als äusserst frequenzstabil erwiesen.
Zum Betrieb des Transistorsenders kann als Stromquelle ein räumlich extrem kleines Element aus Zn und Au/AuCl3 oder Zn und Ag/AgCl verwendet werden, das selbst bei unbeabsichtigter Korrosion, beispielsweise durch Zerkauen, keinerlei Gefahr für den Patienten bietet.
Die Sonde erhält vorzugsweise die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform und weist einschliesslich des Stromversorgungsteils nur einen Rauminhalt von angenähert 150 mm? auf bei einem Zylinder von 8 mm Länge und 5 mm Durchmesser. Sie ist damit mehr als achtmal kleiner als die kleinste bisher bekannte Endoradiosonde. Es lassen sich aber auch Endoradiosonden von einer Grösse bis zu etwa 15 X 8 mm als obere Grenze und etwa 7 X 4 mm als untere Grenze verwenden.
Gerade die Benutzung von Kurzwellen statt längerer Wellen macht eine auswertbare kapazitive statt induktive Frequenzänderung durch den messwertempfindlichen Teil, beispielsweise ein druckregistrierendes Diaphragma, dessen Innenseite einen metallischen, als Kondensatorplatte dienenden, einer Festelektrode gegenüberstehenden Belag hat, überhaupt erst möglich. Man erhält eine um ein Vielfaches g- ssere Messgenauigkeit.
Zur Messung der Acidität wird ein räumlich sehr kleiner pH-Fühler, beispielsweise aus einer Antimonelektrode und einer Ag/AgCl-Elektrode oder einer ähnlichen Kombination, in die Sonde eingebaut. Bei Elektrodenbenetzung mit Intestinalflüssigkeit verschiebt sich nach Massgabe der an den Elektroden auftretenden Spannung, die pH-abhängig ist, die Frequenz des Senders um entsprechende Beträge.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Endoradiosonde mit einem pH-Fühler. Die Schaltungsanordnung der Sonde weist eine Schwingspule L von z. B. 75 W auf, die auf der einen Seite (kaltes Ende) mit der Kathode der Batterie Bat von z. B. 1,5 V und direkt oder durch Zwischenschaltung eines aus einer Vergleichs- und Messelektrode bestehenden pH-Fühlers oder durch Zwischenschaltung eines RC-Gliedes, das heisst der Kombination eines Widerstandes R. von z. B. 50 kQ und eines parallel zu diesem geschalteten Kondensators C von z. B. I zfF oder durch gleichzeitige Zwischenschaltung eines pH-Fühlers und eines RC-Gliedes mit der Basis B des Transistors und auf der anderen Seite (heisses Ende) mit dem Kollektor C des Transistors sowie über die Stelle a über einen Kondensator C, von z.
B. 600 pF mit dem Emitter E des Transistors verbunden ist. Besser als die Verbindung der Spule L über die Stelle a und den Kondensator C3 ist die Verbindung einer Anzapfung b der Spule L über den Kondensator C1 mit dem Emitter, welcher Kondensator ausserdem über einen Wider stand Rt von z. B. 25 ko mit der Anode der Batterie Bat verbunden ist.
Es ist auch möglich, über zwei Metallelektroden (Verbindung c statt c1 in Fig. 6) durch Benetzung derselben mit dem als Elektrolyt wirkenden Inhalt des Intestinaltraktes die Sonde automatisch einzuschalten. Dabei kann eine der Metallelektroden gleichzeitig als pH-Messelektrode des pH-Fühlers h herangezogen werden.
Zur pH-Messung ist die direkte Einschaltung eines pH-Fühlers in die Basisleitung besonders vorteilhaft.
Es kann jedoch auch die Anschaltung an den An schlussstellen i, j oder k in die Emitterleitung oder an den Aschlussstellen I in die Kollektorleitung des Transistors vorgenommen werden, Hervorragend zur pH Messung eignen sich Sonden, bei denen die Batterie durch den pH-Fühler ersetzt wird, wenn also die Verbindung m2 in Fig. 6 anstelle der Verbindung n11 tritt.
Wenn eine Magnesium-Silberchlorid-Batterie zur Stromversorgung benutzt wird, lässt sich die Batterieanode Ag/AgCl gleichzeitig als Vergleichselektrode für den zweckmässig mit einem Kondensator überbrückten pH-Fühler ausnutzen (Verbindung mtn in Fig. 6).
Durch die Einfügung des pH-Fühlers in diese Schaltung lässt sich die Schwingungsfrequenz bei gleicher Ausgangsfrequenz um mehr als 100 kHz ändern, so dass sich die Messgenauigkeit noch erheblich vergrössert. Der pH-Fühler selbst kann bei Anschluss an den Anschlussstellen i, j oder k weiter als Betriebsschalter verwendet werden, so dass die Sonde sich erst bei Kontakt mit dem Magen- und Darminhalt einschaltet. Weiter gestattet die Schwingschaltung, die z. B. bei Verwendung von Transistoren der Type OC 345 bereits bei Betriebsspannungen unter 0,2 V einwandfrei arbeitet und dabei nur wenige Mikro- ampere Strom (20 bis 30 uA) verbraucht, den pH Fühler gleichzeitig als einzige Spannungsquelle heranzuziehen. Der Fortfall der eingebauten Batterie ermöglicht eine weitere Verkleinerung der Sonde.
Schliesslich erlaubt die Schaltung durch entsprechende Bemessung des Kondensators C3 die Frequenz derartig gegenüber Temperaturänderungen zu stabilisieren, dass selbst im Kurzwellenbereich bei Temperatur änderungen von 25 auf 400 C Frequenzdriften unter insgesamt 1 kHz auftreten.
Die Temperaturmessung erfolgt ohne zusätzlichen Temperaturfühler lediglich durch den Transistor.
Durch die Wahl von Transistoren mit weiter Temperaturdrift ist bei entsprechender Umdimensionierung der Schaltmittel zu erreichen, dass die Frequenz sich genau mit der Temperatur verändert, und zwar bis zu 10 kHz und mehr pro Grad Celsius Temperaturunterschied. Mit Hilfe des Schwebungsfrequenzmessers wurden mit derartigen Temperatursonden Temperaturunterschiede von 0, 01 C noch bequem registriert.
Die Leitfähigkeitsmessung wird mit Hilfe zweier, die Sondenoberfläche berührender Elektroden vorgenommen, durch die die Emitter-, Basis- oder Kollektorleitung aufgetrennt wird. Am besten hat sich für diese Messung die Wahl der Basisleitung bewährt.
Durch den Kontakt der je etwa 5 mm2 grossen und etwa 7 mm voneinander entfernten Elektroden mit dem stromleitenden Darminhalt wird die Leitfähigkeit des Darminhaltes in eine Frequenzänderung umgesetzt. Bei 37,5" C lag in einer entsprechenden Sonde bei Überbrückung der Elektroden in der Basisleitung die Frequenz bei 3,7881 MHz, bei einem Widerstand von 200 Ohm bei 3,7090 MHz, bei einem Widerstand von 500 Ohm bei 3,5990 und bei 1000 Ohm bei 3,482 MHz.
Die Sonden können durch einen bis zum A Mund des Patienten reichenden Faden oder magnetisch durch einen eingelegten Eisenstift und an den Körper gehaltenen Elektromagneten an jeder gewünschten Stelle des Darmkanals festgehalten werden. Die Lage der Sonden ist röntgenologisch einfach zu kontrollieren.
Die von den Sonden abgestrahlte Frequenz lässt sich mühelos mit einem Kurzwellenempfänger feststellen, dessen Antenne sich nahe dem Patienten befindet. Die Lage der Sonde ist mittels einer Antennenspule mit Ferritstab auf Zentimeter genau zu ermitteln.
Eine abgeänderte Ausführungsform der Endoradiosonde nach Fig. 3 und 4 besteht lediglich aus einem Schwingkreis, dessen Frequenz sich mechanisch durch einen in seiner Ausdehnung entsprechend der Messqualität veränderlichen Kunststoff auf kapazitivem oder induktivem Wege variiert oder durch Hinzu- oder Abschaltung eines weiteren Kondensators sprunghaft verändert. Letztere Ausführungsform der Schwingkreissonde enthält an der Oberfläche zwei Elektroden, von denen die eine einen Druck auf die andere ausübt und den Kontakt schliesst. Durch Einlegen einer nichtleitenden Substanz, z. B. eines Gelatineplättchens, zwischen die Kontakte wird der Anschluss eines Zusatzkondensators so lange verhindert, bis das Plättchen, beispielsweise vom Trypsin, durchgedaut ist. Mit Kontaktschluss wird ein Zusatzkondensator in den Schwingkreis geschaltet und somit die Frequenz herabgesetzt.
Mittels eines hochempfindlichen Grid-Dippers lässt sich die Sonde durch die Bauchdecke bis in Tiefen bis zu 10 cm nachweisen, wenn ihre Schwingspulenachse in einer Linie mit der Schwingspulenachse des Grid-Dippers verläuft. Diese Lage lässt sich durch einen Magneten an der Bauchwand und einen Eisenstab in der Sonde einfach erreichen.
Gegenüber den bekannten Radiosonden unterscheidet sich die beschriebene Endoradiosonde durch a) ihre routinemässige Einsatzfähigkeit zur Bestim mung des Säuregehaltes des Magens, wodurch das psychische und körperliche Trauma der Magen ausheberung mittels des Schlauches beim Patienten erspart wird, b) ihre Einsatzfähigkeit zur Bestimmung der Tem peratur der einzelnen Darmteile (ein gesunder
Darmabschnitt zeigt im Gegensatz zum funktions untüchtigen Darm unter der Verdauung einen
Temperaturanstieg von etwa 0, 3O C;
mit der Sonde lassen sich noch Temperaturdifferenzen unter 0, 01 C registrieren), c) die Möglichkeit, mit ihr die elektrische Leitfähig keit in den einzelnen Darmabschnitten zu messen, d) die erheblich grössere Empfindlichkeit des Druck perceptors verglichen mit anderen Sonden infolge kapazitiver Steuerung und infolge Verwendung kurzer Wellen, e) ihre besondere Kleinheit (wesentlich kleiner als manches Dragee), f) die Fixierbarkeit in jedem gewünschten Darmteil und g) die ausgezeichnete Frequenzstabilität, bedingt durch die vorgesehene Schaltung und durch die
Kompensationsschaltmittel.
Die Verwendung der Sonde wird nachstehend anhand einiger Beispiele beschrieben:
1. Zur Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeit des Magensaftes verschluckte eine Versuchsperson eine Sonde, deren experimentell gefundene Frequenzänderung in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit auf dem Diagramm der Fig. 5 abgelesen werden kann.
Der Messempfänger registrierte sogleich nach dem Verschlucken eine Frequenz von 3,749 MHz. Nach dem Genuss von 300 cm3 Tee veränderte sich die Frequenz wie folgt: nach 5 Minuten 3,612 MHz 10 3,625 20 3,686 30 3,712 40 3,734 Aus dem Diagramm ist zu entnehmen, dass zwischen den Elektroden in nüchternem Zustand der Versuchsperson ein Widerstand von 100 Ohm bestanden hatte, der dann nach Genuss von Tee über
470 Ohm nach 5 Minuten
425 10
320 20
195 30 schliesslich auf einen Wert von
125 40 herabsank. Die Endoradiosonde wurde nach 24 Stunden in noch schwingendem Zustande per vias naturales entleert. Die bei der Untersuchung gefundenen Werte konnten im Rahmen einer Untersuchung über Leitfähigkeitsveränderungen bei Magenerkrankungen neben andere Kontrolluntersuchungen mitverwandt werden.
2. Eine Schwingkreis-Endoradiosonde, bestehend aus einem Schwingkreis, dessen Frequenz sich mechanisch ändert (Fig. 3 und 4), wurde bei der Ausarbeitung einer Methodik für den Nachweis der Pancreasfibrose, das heisst einer beim Kinde gelegentlich vorkommenden Erkrankung, bei der die Bauchspeicheldrüse kein Trypsin mehr in den Zwölffingerdarm abscheidet, einer nüchternen Versuchsperson verabreicht. Die Sonde enthielt an ihrer Oberfläche zwei schmale versilberte Messingfedern, deren Berührung durch eine zwischengeschobene Gel antinefolie verhindert wurde. Die Sonde entsprach in Aufbau und Schaltung derjenigen nach Fig. 3.
Nach magnetischer Aufrichtung der Sonde wurde mit einem Grid-Dipper von der Mittelbauchoberfläche aus festgestellt, dass der Schwingkreis der Sonde 80 Minuten nach Eingabe der Sonde, 10 Minuten nach Übergang in den Zwölffingerdarm/Rö-Kontrolle, einen Frequenzsprung von 3,8 auf 3,35 MHz machte. Die Verdauung der Gelatinefolie, die bei einem Patienten mit Pancreasfibrose ausbleibt, vollzog sich also binnen der genannten Zeit.