DE2145400A1 - Elektrodenanordnung für die unblutige Messung der Konzentration bzw. des Partialdrucks eines Gases im Blut - Google Patents

Elektrodenanordnung für die unblutige Messung der Konzentration bzw. des Partialdrucks eines Gases im Blut

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Description

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RAH 4701/34
F. Hoffin*nn-La Roche & Co. Aktiengesellschaft, Basel/Schweiz Elektrodenanordnung
für die unblutige Messung der Konzentration bzw. des Partialdrucks eines Gases im Blut. geändert gemäß Eingabe
«ingegangen am ^JLJ£L2
Die Erfindung betrifft eine für unblutige Messungen im Zusammenhang mit der Konzentration bzw. dem Partialdruck eines Gases im Blut geeignete Elektrodenanordnung.
Es ist bekannt, den Partialdruck eines Gases im Blut, z.B. von Sauerstoff oder GOp, mit Elektroden unblutig zu messen. Zu diesem Zweck wird an einer geeigneten Stelle der Körperoberfläche der Testperson, beispielsweise der Kopfhaut, einem Handgelenk, dem inneren Ganthus eine3 Auges, etc., eine Elektrode angelegt. Bei einer geeigneten Vorspannung der Elektrode findet an ihrer Oberfläche mit dem aus dem Blut durch das Gewebe diffundierten Gas eine elektrochemische Reaktion statt, im Falle des Sauerstoffs beispielsweise dessen Reduktion zu OH"~Ionen. Der dabei auftretende Strom ist messbar und ist unter bestimmten Bedingungen proportional zur Konzentration bzw, zum Partialdruck des Gases im Blut.
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Je nach den besonderen Messanforderungen eignen sich blanke oder mit einer Membran bedeckte Elektroden, wobei als Elektrodenmaterial vor allem Platin in Frage kommt. Als Material für die Membran h«.t sich beispielsweise Polypropylen, Polyäthylen, Teflon, Mylar, etc., vorteilhaft erwiesen.
Es hat sich gezeigt, dass die gemessenen Werte nicht nur eine Funktion des tatsächlischen Partialdruckes eines Gases im Blut sind, sondern daneben auch noch von der lokalen Durchblutung des Gewebes im Messbereich der Elektrode abhängen. Für bestimmte Messungen kann es daher von Vorteil sein, den Einfluss der Durchblutung auf die Messergebnisse zu verringern, indem die Haut im Messbereich hyperämisiert wird. Es wurde schon vorgeschlagen, zu diesem Zweck geeignete gefässerweiternde Präparate, beispielsweise Histamin, Papaverin, Nicotinsäure, etc., zu verwenden. Die Anwendung solcher Präparate ist aber in bestimmten Fällen, z.B. bei der Messung am inneren Canthus des Auges problematisch.
Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenanordnung der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, mit der ohne zusätzliche Anwendung von hyperämisierenden Präparaten die lokale Durchblutung im Messbereich der Elektrode erhöht wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Elektrodenanordnung mit einer Messelektrode und einer Heizeinrichtung zum Heizen der Messelektrode zur thermischen Stimulation der lokalen Durchblutung versehen ist.
Im folgenden sind anhand der beiliegenden Zeichnung AusfUhrungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Elektrodenanordnung
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nach der Erfindung mit einer blanken Elektrode zum Nachweis eines im Blut gelösten Stoffes, beispielsweise eines Gases
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Elektrodenanordnung nach der Erfindung für Partialdruckmessungen.
Die in Fig. 1 gezeigte Elektrodenanordnung ist besonders zum Nachweis eines durch den Kreislauf transportierten (rases, beispielsweise Wasserstoff, am inneren Canthus eines Auges geeignet. Mit ihr kann somit beispielsweise die Transport zeit eines eingeatmeten Gases in der Blutbahn von der Lunge zum inneren Canthus gemessen werden. Sie weist eine kurze Ansprechzeit auf.
Eine Platineelektrode 11 dient zum Auflegen auf die Haut des inneren Ganthus eines Auges. Zu diesem Zweck ist eine zylindrische Form mit ca. 3 nun Durchmesser und einer kugelförmig abgerundeten Auflagefläche an der Spitze vorteilhaft. Die Platinelektrode 11 ist fest und gut wärmeleitend in eine Kupferfassung 12 eingesetzt. Die Kupferfassung 12 hat ebenfalls eine im wesentlichen zylindrische Form vom etwa doppelten Durchmesser der Platinelektrode mit einer axialen Bohrung zur Aufnahme der Platinelektrode. Auf der dieser Bohrung gegenüberliegenden Seite ist eine zweite axiale Bohrung von geringerem Durchmesser angebracht, die bis in die Nähe der Platinelektrode 11 führt. Diese zweite axiale Bohrung dient zur Aufnahme eines Temperaturmesselements 14, beispielsweise eines Thermistors und seiner Zuleitung 17.
Die Mantelfläche der Kupferfassung 12 ist durch eine ,umlaufende, breite Vertiefung unterbrochen, die. zur Aufnahme
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einer Heizwicklung 13, beispielsweise aus einem Widerstandsdraht, dient. Die Zuleitung 18 zur Heizwicklung ist von der Stirnseite der Kupferfassung 12 durch eine exzentrische Bohrung geführt.· Eine Zuleitung 16 für den Elektrodenstrom ic3t in einer weiteren exzentrischen Bohrung befestigt. Die gesamte Anordnung ist von einer im wesentlichen zylindrischen Kapsel 15 aus Kunststoff, z.B. PVC, Nylon, umgeben, die nur die Spitze der Platinelektrode 11 und auf der gegenüberliegenden Seite die Zuleitungen 16,17,18, die zweckmässigerweise zu einem Kabel zusammengefasst sind, freilässt.
Die in Fig. 2 gezeigte Elektrodenanordnung ist speziell für quantitative Partialdruckmessungen von Op, Hp etc. auf der Haut geeignet. Eine scheibenförmige Platinelektrode 21 ist in wärmeleitendem Kontakt mit einem im wesentlichen zylindrischen Kupferblock 22 von gleichem Durchmesser wie die Platinelektrode 21. Die Mantelflache des Kupferblockes 22 weist eine umlaufende Vertiefung auf, in der sich eine Heizwicklung 23 befindet. Die Zuleitung 28 zur Heizwicklung führt durch eine Bohrung, welche die der Platinelektrode 21 gegenüberliegende Stirnfläche des Kupferblockes 22 mit der umlaufenden Vertiefung verbindet. Eine weitere exzentrisch angeordnete Bohrung in dieser Stirnfläche dient zur Befestigung der Zuleitung 26 für den Elektrodenstrom. Ausserdem ist von der gleichen Seite des Kupferblockes eine axiale Bohrung in die Nähe der Platinelektrode 21 geführt, in der sich ein Temperaturmesselement 24 mit den Zuleitungen befindet.
Ein als Referenzelektrode dienender Silberring 29, der auf einer seiner ebenen Flächen chloriert ist und einen Innendurchmesser aufweist, der grosser ist als der Durchmesser der Platinelektrode, ist so angeordnet, dass seine chlorierte Fläche in einer Ebene mit der dem Kupferblock 22 gegenüberliegenden Fläche der Platinelektrode 21 liegt. Eine Zuleitung 31 zum
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Gilberring ist parallel zu den Zuleitungen 26, 27, 28 nach derselben Seite geführt und zweckmässigerweise mit diesen zu einem Kabel zusammengefasst. Die gesainte Anordnung int, in it einer flach zylindrischen Kapsel 25 aus einem geeigneten. Kunststoff, beispielsweise PVO, Nylon, etc., umgeben, wobei eine Stirnfläche der Kapsel 25 in der durch die Platinelektrode •and den Silberring definierten Ebene liegt und die entsprechende Platinoberfläche und die chlorierte Silberoberflache freilässt. Die gesamte Stirnfläche einschliesslich der Platin-bzw. AgCl- Oberfläche ist mit einem Elektrolytfilm 32 überzogen und darüber mit einer geeigneten Membran 33, z.B. Teflon abgedeckt. Diese als Auflagefläche der Elektrodenanordnung dienende Membran 33 ist mit einer im wesentlichen ringförmigen Kapsel 34 festgehalten. Um den Gaszutritt von aussen auszuschliessen ist ,der Spalt zwischen den beiden Kapseln 25 und 34 durch einen O-Ring abgedichtet, der in entsprechende Ringnuten eingefügt ist.
Es hat sich gezeigt, dass eine Aufheizung der Haut Lm Bereich der Messelektrode auf etwa 40-420C sinnvoll ist. Eine merklich höhere Temperatur ist in der Regel wegen der durch sie verursachten Hautläsionen nicht zulässig. Im Betrieb wird die Heizspirale mit einem Strom versorgt, dessen Stärke mit Hilfe der durch das Temperaturmesselement bestimmten Temperatur geregelt wird. Zu diesem Zweck ist jede bekannte Temperaturregelungsschaltung geeignet, sofern sie ausreichend empfindlich ist.
Die erfindungsgemässe Elektrode ist besonders vorteilhaft, da sie in dem Bereich des Gewebes und der Haut in dem die Messung vorgenommen wird, eine Hyperämsierung ermöglicht, ohne dass zusätzliche Präparate angewendet werden müssen. Dies ist besonders dann günstig, wenn für die Messung solche Stellen der Körperoberfläche infrage kommen, an denen die Anwendung von hyperämisierenden Präparaten problematisch ist. Auch im Falle von MassenunterBuchungen im Sinne der Präventiv-
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medizin ist es vorteilhaft, wenn die untersuchten Personen vor der Messung nicht präpariert werden müssen.
Ein wesentlicher zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemässen Elektrode besteht darin, dass durch die erhöhte stabilisierte Arbeitstemperatur eine erhebliche Stabilisierung der Elektrodenreaktion und damit der Messung erzielt wird, indem der Einfluss von Schwankungen der Umgebungstemperatur, d.h. der Temperatur der Umgebungsluft und/oder der Haut ausgeschaltet wird.
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Claims (10)

  1. -Y-
    Patentansprüche
    IJ Elektrodenanordnung, die sich fUr unblutige Messungen im Zusammenhang mit der Konzentration bzw. dem Partialdruck eines Gases im Blut eignet, gekennzeichnet durch eine Messelektrode und eine Heizeinrichtung zum Heizen der Messelektrode zur thermischen Stimulation der lokalen Durchblutung.
  2. 2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung aus einer mit der Auflagefläche der Messelektrode in thermischem Kontakt befindlichen stromdurchflossenen Wicklung aus einem Widorst.nnrir:- draht besteht.
  3. 3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung einen Block aus einem fnxt wärmeleitenden Material enthält, auf dem die Heizwicklung angebracht ist, und der in thermischem Kontakt mit der Auflagefläche der Messelektrode ist.
  4. 4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche die Oberfläche einer blanken Elektrode aus einem die elektrochemische Reaktion katalysierenden Material ist.
  5. 5. Elektrodenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial Platin ist.
  6. 6. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche eine für das zu messende Gas durchlässige Membran ist, die die Messelektrode abdeckt.
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  7. 7. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche ? - l>, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung eine Temperaturregelung aufweist.
  8. H, Elektrodenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung ein Temperaturmesselement enthält, dessen Messfühler in der Nähe der Elektrode angebracht ist,
  9. 9. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen zylindrischen Kupferblock, der mit einer die Mantelfläche unterbrechenden, umlaufenden Vertiefung versehen ist und auf einer Stirnseite eine erste axiale Bohrung, auf der anderen Stirnseite eine zweite axiale und zwei exzentrisch angeordnete Bohrungen aufweist, eine im wesentlichen zylindrische Messelektrode aus einem elektr chemische Reaktionen katalysierenden Material, die in die erste axiale Bohrung eingesetzt und mit dem Kupferblock elektrisch leitend und wärmeleitend verbunden ist, und die im Bereich der freiliegenden Stirnfläche kugelig abgerundet ist, eine Heizwicklung aus einem Widerstandsdraht, die" in der um den Kupferblock laufenden Vertiefung angeordnet ist, ein Temperaturmesselement, das in der zweiten axialen Bohrung angebracht ist und elektrische Zuleitungen zum Kupferblock, zur Heizwicklung und zum Temperaturmesselement.
  10. 10. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen zylindrischen Kupferblock, der mit einer die Mantelfläche unterbrechenden, umlaufenden Vertiefung versehen ist und auf einer Stirnseite eine axiale und zwei
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    exzentrisch angeordnete Bohrungen aufweist, eine flach zylindrische Messelektrode aus einem elektroohemlscho Houk i, ionon kitLuly.'j ieroridon Mfitorial , dio auf' der fiori Bohrungen rjißon'uharlielenden IJI, irnooi. Lg der? Kupforblocka . ?iu.fl in^L und mil diesem elektrisch leitend und wärmeleitend verbunden ist, eine Heizwicklung aus einem Widerstandsdraht, die in der um den Kupferblock laufenden Vertiefung angeordnet ist, ein Temperaturmeseelement, das in der axialen Bohrung angebracht ist,
    eine ringförmige Referenzelektrode, die konzentrisch zur Messelektrode angeordnet ist und deren elektrochemisch indifferente Kontaktfläche mit der dem Kupferblock abgewandten Stirnfläche der Messelektrode in einer Ebene liegt, einen die Kontaktfläche und die Stirnfläche der Messelektrode abdeckenden Elektrolytfilm,
    eine über dem Elektrolytfilm liegende Membran und elektrische Zuleitungen zum Kupferblock, zur Heizwicklung, zum Temperfiturmesselement und zur Referenzelektrode.
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