DE2101960C3

DE2101960C3 - Gerät zum Messen biologischer Größen

Info

Publication number: DE2101960C3
Application number: DE19712101960
Authority: DE
Inventors: Heinz 7800 Freiburg Dehnert; Hermann 7801 March Steiert
Original assignee: HUGO SACHS ELEKTRONIK KG 7801 MARCH
Current assignee: HUGO SACHS ELEKTRONIK KG 7801 MARCH
Priority date: 1971-01-16
Filing date: 1971-01-16
Publication date: 1979-12-06
Also published as: DE2101960A1; DE2101960B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen biologischer Größen, wie der isometrischen, isotonischen und auxotonischen Kontraktion von Muskeln, der Atmung und des Blutdrucks und zum Umformen dieser Größen in elektrische Signale unter Verwendung verschiedener Meßwertgeber und eines Meßgeräts.

Beispielsweise bei oharmakologischer. Untersuchungen ist es oftmals erforderlich, die vorgenannten biologischen Größen bei Untersuchungen an Tieren über einen bestimmten Zeitraum zu erfassen. Hierbei werden diese Gröösn gleichzeitig oder nacheinander gemessen, um auf diese Weise Aussagen über die Wirkungsweise bestimmter Präparate zu erhalten. Derartige Messungen erfordern bislang einen sehr großen apparativen Aufwand. Insbesondere ist es seither üblich, daß für die Messung jeder dieser biologischen Größen ein anderes Meßsystem Verwendung findet, so daß jedem Meßwertgeber und Meßwertumformer ein geeignetes Meßgerät zugeordnet ist. Ein Vergleich der in den Meßgeräten erhaltenen Werte erfordert jeweils eine komplizierte und langwierige Umrechnung, um Vergleichswerte zu erhalten.

Die zu messenden biologischen Größen sind z. B. die vorgenannten Muskelkontraktionen. Unter der Messung der isometrischen Kontraktionen versteht man eine Messung der Kraft eines Muskels bzw. Organs bei einer vernachlässigbar geringen Wegänderung, d. h. die Länge des Muskels bleibt bei dieser Messung konstant (Kraft ohne Weg). Die Messung der auxotonischen Kontraktion erfaßt das Verhältnis zwischen der Kraftentwicklung eines Muskels und der hierbei auftretenden Zusammenziehung des Muskels (Kraft-Weg-Verhältnis) und die Messung der isotonischen Kontraktion ergibt die Zusammenziehung eines Muskels ohne Kraftentwicklung bzw. unier einer bestimmten konstanten Vorlast (Weg ohne Kraft bzw. mit konstanter Kraft). Bei Herzvorhof-Präparaten wird beispielsweise oftmals die auxotonische Kontraktion gemessen, während isotonische Kontraktionen meist bei der glatten Muskulatur erfaßt werden. Daneben ist die gleichzeitige Messung der Atmung, des Blutdrucks und des Pulses von Bedeutung.

Aufgabe ist es, die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen, insbesondere soll mit dem gleichen Meßgerät und den gleichen Meßwertumformern diese Messungen durchgeführt werden können. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Gerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Meßwertgeber stets die biologischen Größen in

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Wegänderungen umformende mechanische Vorsätze verwendet werden, die auf einen kraftlos arbeitenden Meßwertumformer aufsteckbar sind, der die als Abstandsänderungen zum Meßwerturnformer auftretenden Wegänderungen in elektrische Signale umformt.

Es ist auf diese Weise möglich, nach Durchführung von Nullpunkisabgleichen alle Messungen auf dem gleichen Meßgerät durchzuführen, wobei die am Meßgerät erhabenen Meßwerte Aussagen über Wegänderungen geben, wobei für jeden mechanischen Vorsatz ι ο bei !Craft- und Druckmessungen das Verhältnis zwischen Weg und Kraft bzw. Druck bekannt ist.

Hierbei können die Meßwertumformer die Abstandsänderungen auf kapazitive, photoelektrische oder induktive Weise erfassen. Vorzugsweise wird die is letztgenannte Methode verwendet, bei der als Meßwertumformer eine hochfrequenzgespeiste Spule dient und jeder mechanische Vorsatz an einem seiner bewegten Teile ein elektrisch gut leitendes Metallteil aufweist. Die mechanischen Vorsätze für die Kontraktionsmessungen sind hierbei stets als Hebel ausgebildet.

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der verwendeten mechanischen Vorsätze und des Meßwertumformers. Es stellt dar

in F i g. 1 ein Biegestab zur Messung isometrischer 2~> und auxotonischer Kontraktionen,

in Fig.2 ein Biegestab zur Messung auxotonischer Kontraktionen,

in Fig.3 ein Hebelsystem zur Messung von isotonischen Kontraktionen,

in Fig.4 ein Staudruckmesser zur Erfassung der Atmung und

in Fig.5 eine Meßdose zur Messung des Blutdrucks und des Pulses.

Zur Messung der isometrischen Kontraktionen dient « gemäß Fig. 1 ein vurzer, steifer, einseitig eingespannter Biegestab 3. Er weist eine große Federkonstante auf. Dieser Biegestab 3 ist an einem Träger 1 befestigt, der seinerseits an einer Haltestange 2 angeordnet ist. Senkrecht zum Biegestab 3 befindet sich im Träger 1 eine Bohrung, in welche eine hochfrequenzgespeiste Spule 4 eingeschoben ist. Der zu messende Muskel bzw. das zu messende Organ steht über einen Faden mit dem vorderen Ende 5 des Biegestabes 3 in Verbindung. Bei einer Kontraktion des Muskels biegt sich der Biegestab r> 3 nur sehr wenig durch, so daß die vom Muskel ausgeübte Kraft praktisch weglos gemessen werden kann. Die sehr geringen Wegänderungen des Biegestabes 3 führen zu einer induktiven Verstimmung der hochfrequenzgespeisten Spule, wobei die so erhaltenen in elektrischen Signale praktisch proportional der vom Muskel aufgebrachten Kraft sind. Durch die Einstellung eines bestimmten relativen Abstandes zwischen dem zu messenden Muskel und dem Biegestab 3 kann der Muskel einer bestimmten Vordehnung unterworfen v. werden.

Der Biegestab nach Fig. 1 ist auch zur Messung von auxotonischen Kontraktionen geeignet. Zu diesem Zweck wird auf das vordere Ende 5 des Biegestabes 3 ein Verlängerungsstück 6 aufgesetzt, wobei die Kraft wi des Muskels an einer geeigneten Stelle am Verlängerungsstück 6 angreift. Je weiter entfernt dieser Kraftangriffspunkt von der Einspannstelle des Biegestabes 3 ist, umso mehr verschiebt sich die Messung in den isotonischen Bereicn Je näher der Kraftangriffspunkt t^r> an der Einspannstelle des Biegestabes 3 liegt, umso mehr nähert sich die Messung dem isometrischen Bereich,

Durch das Verlängerungsstück 6 wird die Masse erhöht und damit die Eigenfrequenz erniedrigt. Zum Beispiel kann es bei der Messung von Herzvorhof-Präparaten durch die sehr frequente Tätigkeit zur Anregung von Eigenschwingungen kommen. Um dies zu verhindern, besteht das Verlängerungsstück 6 aus einem Material geringen spezifischen Gewichts. Außerdem ist eine die mechanische Bewegung des Biegestabes 3 dämpfende Vorrichtung 7 vorgesehen, die beispielsweise aus einem Aluminiumplättchen besteht und durch die Reibung mit der Luft die Eigenschwingung dämpft- Der Biegestab 3 mit dem Verlängerungsstück 6 folgt dann exakt den Ausschlägen des Organs.

Eine ähnliche Vorrichtung zur Messung auxotonischer Kontraktionen ist in F i g. 2 gezeigt. Der Träger 1' mit der Haltestange T trägt einen einseitig eingespannten Biegestnb 8 mit einem Verlängerungsstück 9, an dessen vorderem Ende sich ein AlurvViumpIattchen 10 befindet Die Ebene dieses Aiuminiuinp'-ätlehens verläuft senkrecht zur hochfrequenzgespeisten Spule 4. Es hat gleichzeitig die Funktion, eine Luftdämpfung zu bewirken. Das Verlängerungsstück 9 weist mehrere Einhängcbohrungen 11 auf. Je näher die Kraft an der Einspannstelle des Biegestabes 8 wirkt, umso mehr verschiebt sich die Messung in den isometrischen Bereich.

Zur Messung isotonischer Kontraktionen dient der Hebel gemäß Fig.3. Dieser Hebel weist zwei Hebelarme 13 und 16 auf, die um einen gemeinsamen Drehpunkt 12 drehbar sind. Am Hebelarm 13 greift hierbei das Organ 17 an. Zu diesem Zweck weist der Hebelarm 13 Einhängebohrungen 11' auf. Der andere Hebelarm 16 ist als Gewindestange ausgeführt. Auf ihm sitzen zwei Gewichte 15, die durch Gegeneinanderdrehen auf der Gewindestange 16 feststellbar sind. Diese Gewichte 15 dienen zum Ausgleich des Gewicht des Organs 17 bzw. zum Aufbringen einer konstanten Vorlast auf das Organ 17. Am Hebelarm 13 nahe dem Drehpunkt 12 ist ein Aluminiumplättchen 18 angeordnet und senkrecht zur Ebene dieses Aiuminiumplättchens 18 verläuft die hochfrequenzgespeiste Spuie 4. Die gesamte Anordnung wird von einem Träger 14 getragen.

Auch hier sind die Hebelarme 13, 16 aus einem Material geringen spezifischen Gewichts, damit das Trägheitsmoment bei dynamischen Messungen einen möglichst geringen Einfluß hat.

Der Staudruckmesser zur Messung der Atmung gemäß F i g. 4 besteht aus einem kurzen Staurohr 19, in welchem schwenkbar ein Plättchen 20 angeordnet ist, das u™\ die Achse 21 sich geringfügig zu drehen vermag. Rechtwinklig zu diesem Plättchen 20 verläuft ein Aluminiumplättchen 22, das sich stirnseitig über der Spule 4 befindet.

Zur Messung des Blutdrucks und des Pulses dient die Meßdose 23 nach F i g. 5. Über die Zuleitung 24 ist diese Meßdose 23 mit einer Ader verbunden. Die Meßdose 23 ist auf einer Seite abgeschlossen durch eine dünne Metallmembran 25. Diese Metallmembran verläuft rechtwinklig zur Spule 4.

Es ist ersichtlich, daß alle Abstandsänderungen zum Meßwertumformer 4 relativ gering sind, so daß eine gute Proportionalität zwischen den Wegänderungen und der Größe der elektrischen Signale besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 21 Ol

1. Gerät zum Messen biologischer Größen, wie der isometrischen, isotonischen und auxotonischen Kontraktion von Muskeln, der Atmung und des Blutdrucks und zum Umformen dieser Größen in elektrische Signale unter Verwendung verschiedener Meßwertgeber und eines Meßgeräts, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertgeber die biologischen Größen in Wegänderungen umformen- ι ο de mechanische Vorsätze verwendet werden, die auf einen kraftlos arbeitenden Meßwertumformer aufsteckbar sind, der die als Abstandsänderungen zum Meßwertumformer auftretenden Wegänderunigen in elektrische Signale umformt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertumformer die Abstandsänderungen auf kapazitive Weise erfaßt

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertumformer die Abstandsänderungen auf photoeiekirische Weise erfaßt

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Meßwertumformer die Abstandsänderungen auf induktive Weise erfaßt

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß als Meßwertumformer eine hochfrequenzgespeiste Spule 4 dient und jeder mechanische Vorsatz an einem seiner bewegten Teile ein elektrisch gut leitendes Metallteil 3, 10, 18, 22, 25, aufweist jo

6. Gerät na.;h Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die mechanischen Vorsätze für die Kontraktionsmessungen stets als Hebe! ausgebildet sind.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der isometrischen Kontraktion ein kurzer, steifer, einseitig eingespannter Biegestab 3 mit großer Federkonstante dient (F i g. 1).

8. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der auxotonischen Konirak· tion ein einseitig eingespannter Biegestab 8 mit einer Federkonstante dient, bei der die bei der Muskelkon traktion auftretende Kraft zu einer Auslenkung des Biegestabes entsprechend der Kontraktion führt (F ig. 2).

9. Gerät nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der auxotonischen Kontraktion der Biegestab 3 zur Messung der isometrischen Kontraktion dient, der ein gegenüber seiner Länge beträchtlich längeres Verlängerungs- v> stück6aufweist(Fig. I).

10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine die mechanischen Bewegungen des Biegestabes 3 dämpfende Vorrichtung 7 vorgesehen ist. 5 >

11. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der isotonischen Kontraktion ein zwei Hebelarme 13,16beidseits eines Drehpunktes 12 aufweisender Hebel dient (Fig. 3).

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekenn- < >o zeichnet, daß einer der Hebelarme 13,16 verschiebbar mindestens ein Gewicht 15 trägt

13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht 15 auf einer Gewindestange 16 verschiebbar ist.

14. Gerät nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gewichte 15 vorgesehen sind, die durch Gegcneinanderdrehen auf der Gewindestange 16 feststellbar sind.

15, Gerät nach Anspruch 8, 9 oder II, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel 13 in regelmäßigen Abständen Markierungen, vorzugsweise in Form von Einhängebohrungen U', tragen.

16, Gerät nach Anspruch 8, 9 oder H, dadurch gekennzeichnet daß die bewegten Teile aus einem Material geringen spezifischen Gewichts bes/ehen.

17. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Atmung ein Staudruckmesser mit einem im Staurohr 19 schwenkbaren Plättchen 20 dient (F i g. 4).

18. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Blutdruckmesser eine Meßdose 23 mit einer durchbiegbaren Membran 25 dient (Fig. 5).