DE2758413B2 - Vorrichtung zur transkutanen Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes - Google Patents
Vorrichtung zur transkutanen Messung des arteriellen SauerstoffpartialdruckesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur transkutanen Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes
mit einer Elektrodenanordnung, bestehend aus einer Kathode und einer dagegen isolierten und diese
umgebenden rohrförmigen Anode, einem die Anode umgebenden Halter aus elektrisch und thermisch
isolierendem Material, einer mit dem unteren Ende des Halters verbundenen und das untere Ende der
Elektrodenanordnung abdeckenden Membran, die zwischen sich und der Elektrodenanordnung eine Elektrolytlösung
einschließt, und einer Heiz- und Temperatursteuereinrichtung
zur Erwärmung der Haut des Patienten.
Bei Vorrichtungen zur transkutanen Messung des arteriellen BlutsauerstoiTgehaltes handelt es sich um
Elektrodenanordnungen, mit denen der Sauerstoffpartialdruck des Arterienblutes einer Person durch deren
Haut ohne direkte Untersuchung des Blutes bestimmt wird. Die Messung kann eingriffsfrei und ohne
Verletzung eines Körperteiles durchgeführt werden. Solche Elektrodenanordnungen spielen daher eine
wichtige Rolle bei der Sauerstoffüberwachung von Patienten, insbesondere neugeborenen Kindern. Beim
Anlegen derartiger Elektrodenanordnungen an die Haut einer zu untersuchenden Person diffundiert der
Sauerstoff im subkutanen Gewebe durch die Haut und gelangt über eine Elektrodenmembran zu einer
Kathode aus Ede'metall, wo der Sauerstoff unter Erzeugung eines elektrolytischen Stromes reduziert
wird. Daher läßt sich der Sauerstoffpartialdruck im Gewebe aus dem Wert für den elektrolytischen Strom
ermitteln.
Wenn hierbei die über die Membran in Berührung mit der Elektrode stehende Haut auf eine möglichst hohe
Temperatur in einem Temperaturbereich erwärmt wird, bei der die Haut nicht verbrennt, erfolgt eine lokale
Durchblutung des subkutanen Gewebes nahe der Elektrode. Somit liegt der nach diesem Verfahren
gemessene Sauerstoffpartialdruck des Gewebes nahe dem Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut. Wie
nahe die beiden genannten Werte zueinander stehen, d. h. der transkutan gemessene Wert und der wahre
arterielle Wert, hängt stark von dem Ausmaß der arteriellen Durchblutung des subkutanen Gewebes und
zum anderen von den Eigenschaften der Elektrodenmembran, der Größe und Gestalt der Kathode und von
anderen Ausbildungen der Elektrodenanordnung ab. Bekannt sind zwei Arten von transkutan messenden
Elektrodenanordnungen. Jede dieser Elektrodenanordnungen hat jedoch hinsichtlich ihrer Elektrodenausbildung,
insbesondere was die Erwärmungsmechanismen für die Haut, die Gestalt und Größe der Kathode und die
Tragmechanismen für die Elektrodenmembran betrifft, bestimmte Nachteile.
Bei der erstgenannten, z. B. in Biomedizinische Technik, Band 19 (1974), Nr. 3. Seite 87 bis 91,
beschriebenen Elektrodenanordnung zur transkutanen Bestimmung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes ist
die Kathode ein dünner Platindraht mit einem Durchmesser von etwa 0,015 mm. Diese Kathode wird
zusammen mit einer in Beziehung dazu angeordneten Silberanode von einer sauerstoffdurehlässigen Membran
(Polytetrafluoräthylenfolie von 12 μ Dicke) bedeckt, die an den Oberflächen beider Elektroden eine
Elektrolytlösung hält. Die Elektrodenmembran ist mit dem Elektrodentragkörper über einem O-Ring aus
Gummi verbunden. Bei dieser Elektrodenanordnung erfolgt die Erwärmung der Haut durch die Silberanode,
die auf eine konstante Temperatur (43°C oder 44°C) erwärmt wird. Bei diesem Heizmechanismus ist die
arterielle Durchblutung des subkutanen Gewebes nicht ausreichend, da der erwärmte Bereich der Haut durch
die kleine Anodenfläche begrenzt ist. Des weiteren ist das Sigiial/Rauschverhältnis (S/N-Verhältnis) dieser
Elektrodenanordnung wegen der extrem kleinen Elektroden sehr niedrig. Da ferner die ebene Membran
durch den O-Ring gehalten ist, neigt die Membran, an
den Befestigungsstellen zur Faltenbildung, so daß es schwierig ist, die Elektrodenfläche gleichmäßig in
Berührung mit der Membran zu halten und daher eine unstete Elektrodenaktivität vorliegt
Die transkutan den arteriellen Sauerstoffpartialdruck
messende Elektrodenanordnung der zweiten bekannten Bauart ist in der US-PS 37 95 239 beschrieben. Bei
dieser Elektrodenanordnung wird eine relativ große (3 mm Durchmesser) Goldkathode verwendet. Die
Kathode und die Anode sind mit einer Elektrodenmembran (Polyesterfolie von 6 μ Dicke) bedeckt, die an dem
Elektrodenhalter mit einer Hülse befestigt ist. Bei dieser Elektrodenanordnung erfolgt das Eiwärmen der Haut
über die auf eine konstante Temperatur (42 oder 44°C)
gehaltene Goldkathode. Bei einem solchen Heizmechanismus ist die arterielle Durchblutung des subkutanen
Gewebes aus den gleichen Gründen wie bei der ersten bekannten Elektrodenanordnung nicht ausreichend.
Obgleich die Kathode bei der zweiten Bauart eine relativ große Abmessung (3 mm Durchmesser) hat, ist
die Größe der Kathode zur Erzielung einer ausreichenden Durchblutung nach wie vor zu gering. Der zweite
wesentliche Nachteil bei dieser Elektrodenanordnung liegt darin, daß, da die Kathodenfläche zum Erwärmen
groß sein muß und damit deren Sauerstoffverbrauch entsprechend hoch ist, der gemessene Sauerstoffwert
viel kleiner als der tatsächliche Wert im arteriellen Blut ist. Um den vorgenannten Nachteil zu mildern, wurde
schon versucht, als Elektrodenmembran eine solche mit einer sehr geringen Sauerstoffdurchlässigkeit vorzusehen.
Dies führt jedoch zu einer geringen Ansprechempfindlichkeit der Elektrode. In Verbindung mit der
starken Sauerstoffreduktion an der Kathode ergibt sich ein sehr hoher Elektrolytverbrauch, und auch die
Empfindlichkeit der Elektrode wird stark beeinträchtigt. Ferner unterscheidet sich der Umfangsbereich der
Kathode hinsichtlich der Reaktivität vom mittleren Bereich, da diese beiden Bereiche unterschiedliche
Abstände von der Anode haben und auch hinsichtlich der lonenversorgung aus dem Elektrolyten verschiedenartigsind.
Wie die erstgenannt? bekannte Bauart hat auch die zweite den Nachteil, daß sich die Elektrodenaktivität
unter Erhalt ungenauer Meßergebnisse mit einer Änderung des Andruckes an die Haut ändert, da die
Berührung zwischen Membran und Elektrodenoberfläche ungleichmäßig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichiung
zur transkutanen Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes mit einem verbesserten System zur
Erwärmung der Haut eines Patienten über einen großen Flächenbereich zu schaffen, wobei die Elektrodenmembran
so belastet werden kann, daß sie in einem gleichmäßigen stabilen Kontakt mit der Elektrodenanordnung
bleibt.
Zur Lösung dieser Aufgabe eignet sich nach der Erfindung eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art, die gekennzeichnet ist durch ein ringförmiges Teii aus wärmeleitendem Material mit hoher Wärmekapazität,
das den Halter abstützt und die Heiz- und Temperatursteuereinrichtung aufweist, und eine in
wärmeleitender Verbindung mit dem unteren Ende des ringförmigen Teils stehende Membranabdeckplatte zur
Übertragung der Wärme vom ringförmigen Teil auf die Haut des Patienten, die eine Öffnung hat, an der ein
Bereich der Membran, der der unteren Fläche der Elektrodenanordnung entspricht, freiliegt
Im folgenden werden die speziellen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert:
ίο (1) Anders als bei den herkömmlichen transkutan
messenden Elektrodenanordnungen erfolgt die Erwärmung der Haut nicht über die Kathode oder
Anode. Bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung wird ein metallischer Abschnitt, der einen
größeren Teil der Elektrodenanordnung einnimmt, bei konstanter Temperatur gehalten. Dabei steht
dieser Teil in Wärmeverbindung mit einer metallischen Platte am unteren Ende der Elektrodenanordnung,
so daß die Haut durch diese Platte, die eine wesentlich größere Fläche als die Stirnfläche
von Anode oder Kathode hat, erwärmt wird. Bislang erfolgte die Erwärmung der Haut durch die
Elektroden über die Elektrolytschicht ur\d die Elektrodenmembran, während bei der erfindungs-
2Ί gemäßen Anordnung ein derartiges Hindernis, wie
es die Elektrolytschicht oder die Elektrodenmembran darstellen, nicht vorliegt. Dies hat den Vorteil,
daß ohne Vorliegen einer störenden Schicht eine große Heizfläche geschaffen wird und daß die
jo Erwärmung der Haut wirksamer und genauer als
bei den bekannten Ausführungen vorgenommen werden kann. Es wird somit ohne eine Verbrennung
der Haut eine gute Durchblutung des subkutanen Gewebes erzielt.
i> (2) Eine rohrförmige Silberanode ist koaxial zu einem
ringförmigen Ende einer Platin- (oder GoId-JKathode über ein isolierendes Material angeordnet, so
daß die Kathodenfläche gleichmäßige Reaktivität in bezug auf die Anode und den Elektrolyten
aufweist. Da das Ende der Kathode ringförmig ist, hat die Kathode im Vergleich zu einer Punktelektrode
eine große Fläche, so daß auch das Ausmaß der Elektrodenreaktivität entsprechend groß ist
und ein hohes Signal/Rauschverhäl'nis ermöglicht.
(3) Das Ende der Kathode und der die Kathode umgebende Teil stehen etwas über das Ende der
Anode vor. Die Elekirodenmembran wird mit einer Abdeckplatte niedergedrückt. Diese Abdeckplatte
hat eine Öffnung, an der der Teil der Elektroden-
Ki membran, der das Ende der Kathode bedeckt,
freiliegt. Auf diese Weise befindet sich iie Membran in stetiger Berührung mit der Kathodeniluche,
da sie unter einer Streckkraft steht. Die Abdeckplatte besteht aus einem Metall mit guter
>"i Wärmeleitfähigkeit und dient gleichzeitig, wie
erwähnt, zur Erwärmung der Haut. Bei allen konventionellen Elektrodenanordnungen
wird keine Abdeckplane zum Strecken der Elektrodenmembran verwendet, so daß die Mem-
Wi bran lose unter nur geringer Kraft an der
Elektrodenfläche aufliegt. Daher ist es schwierig, zwischen der Membran und der Elektrodenflächc
eine gleichmäßige Elektrolytschicht vorzusehen, ein Umstand, ('.er andererseits die Elektrodenemp-
hr> findlichkeit bestimmt.
(4) Die Elektrodenmembran ist mit der ringförmigen Oberfläche des Kunststoffabschnittes des Eicktrodenhalters
verbunden. Der Kunststoffabschnitt
befindet sich außerhalb des Elektrolytvorratbades, das außerhalb der ringförmigen Silberanode
vorliegt. Daher wirft anders als bei Vorsehen eines Klemmechanismus mittels eines O-Ringes oder
einer Hülse die Membran niemals Falten und steht somit in gleichmäßiger Berührung mit der Elektrode.
Aus diesem Grund hat die erfindungsgemäße Anordnung eine wesentlich verbesserte Empfindlichkeit
und wird ein Leckaustritt von Elektrolyten vollständig verhindert. Wenn die Verbindung der
Membran mittels eines kohäsiven Materials (Klebstoff) vorgenommen wird, läßt sich ein Austausch
der Elektrodenmembran ohne weiteres er/ielen.
Die den Elektrolyten bevorratende Nut ist im Elektrodenhalter um die Endfläche der Anode ausgebildet und enthält eine ausreichendc Elektrolytmenge. Der Druck in der Elektrolytvorratsnut steht über eine kleine, mit der Außenluft verbundene Bohrung im Dmckgleichgewicht. Somit werdet die Berührungsverhältnisse zwischen Elektroden membran und Elcktrodenoberfläche unabhängig von Änderungen in der Temperatur und den Atmosphärendruck konstant gehalten.
Die den Elektrolyten bevorratende Nut ist im Elektrodenhalter um die Endfläche der Anode ausgebildet und enthält eine ausreichendc Elektrolytmenge. Der Druck in der Elektrolytvorratsnut steht über eine kleine, mit der Außenluft verbundene Bohrung im Dmckgleichgewicht. Somit werdet die Berührungsverhältnisse zwischen Elektroden membran und Elcktrodenoberfläche unabhängig von Änderungen in der Temperatur und den Atmosphärendruck konstant gehalten.
Vergleich der Erfindung
mit bekannten Elektrodenanordnungen
mit bekannten Elektrodenanordnungen
Eine vergleichende Betrachtung der Hauptmerkmale
der erfindungsgemäßen transkutanen Elektrodenaiiord
tiutig mit ilen beiden bekannten Ausführungen isi ii
Tabelle 1 gegeben. Durch diese baulichen Merkmale zeigt die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung ein
wesentlich bessere Genauigkeit (höheres Verhältnis vor gemessenem POj-Wert pro tatsächlichem arterieller
POvWert). eine höhere Kontinuität und zahlreich andere bessere Kriterien als die bekannten Bauarten.
Vergleich der erflndiingsgemäß aufgebauten Elektrodenanordnung mit bekannten Ausführungen
Konstruktionsmerkmale | Erste bekannte | /weite bekannte | EirfindungsgcmiiUe Elektroden« neird mi | (3 in I· ig. |
Ausführung | Ausführung | |||
Kathodenquerschnitt | punktförmig | scheibenförmig | ringförmig | (8. 7i |
Kathodenfläche | klein | groß | dazwischenliegend | |
Erwärmung der Haut | Anode | Kathode | Halterteil (Ring) | (7) |
über | und Platte | (5Ί | ||
Heizfläche | 'ringförmig, klein | scheibenförmig, klein | 'ringförmig, groß | |
Befestigung der | durch O-Rüig | durch Kappe (Hülse) | mit Halter verbunden | |
Membran | ||||
Andruck der Membran | lose | los: | stetig | (7l |
an Elektrode | ||||
Membranschutz | keiner | keiner | dünne Platte | |
Sowohl bei der ersten bekannten Elektrodenanordnung als auch bei der erfindungsgemäßen ist der
erwärmte Bereich ringförmig mit einer in seinem Zentpim befindlichen Öffnung. Indem die Öffnung
jedoch klein ist. wird die arterielle Durchblutung des subkutanen Gewebes durch das Vorliegen der Öffnung
im Erwärmungsbereich nicht beeinflußt, weil sich das Blut durch die subkutanen Kapillaren ausbreitet. Aus
diesem Grund ist es sehr wichtig, daß bei gleicher Erwärmungstemperatur die Erwärmungsfläche für eine
ausreichende arterielle Durchblutung möglichst groß sein sollte.
Zusammengefaßt wird durch die Erfindung eine Elektrodenanordnung zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes
im arteriellen Blut geschaffen, bei der ein Elektrodenpaar, bestehend aus einer zylindrischen
Anode und Kathode, koaxial in einem isolierenden Material dergestalt angeordnet ist, daß sich die Kathode
im isolierenden Material befindet. Die Stirnflächen der Elektroden stehen mit der Körperoberfläche über eine
Elektrodenmembran in Verbindung, die die Elektroden unter einer geeigneten Spannung bedeckt und an den
Eiektrodenflächen eine Schicht aus einer Elektrolytlösung hält Die Elektrodenmembran ist an einem
ringförmigen Endteil von einem zylindrischen Halter aus einem elektrisch und thermisch isolierenden
Material, das die Anode umgibt, befestigt. Ein den Halter umgebender metallischer Ring trägt eine die
Membran abdeckende Metallplatte mit einer öffnunj an der ein Bereich der Elektrodenmembran zu
Berührung mit der Körperoberfläche freiliegt. Di Membranabdeckplatte, die mit dem Ring verbünde
und auf eine gewünschte Temperatur gebracht wire erwärmt die Körperoberfläche und aktiviert di
Durchblutung des subkutanen Gewebes durch Kapillar wirkung. Somit kann die Elektrode den Partialdruck de
arteriellen Sauerstoffs messen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfol gend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F ig. 1 im Schnitt den Aufbau einer Ausführungsfom
einer erfindungsgemäß aufgebauten Meßelektrodenan Ordnung,
Fig. 2 eine geschnittene Ansicht den elementare!
Bauteile einer anderen Ausführungsform der Erfindung
Fig.3 eine geschnittene Ansicht einer die Bauteil
nach Fig.2 aufweisenden Sauerstoff-Meßelektroden anordnung,
F i g. 4 eine geschnittene Ansicht einer Modifikatio
der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform,
F i g. 5 eine grafische Darstellung bezüglich de Änderung des Elektrolysestromes mit dem Gasaus
tausch bei einer erfindungsgemäß aufgebauten Elektro denanordnung zur transkutanen Sauerstoffmessung um
Fig.6 eine grafische Darstellung bezüglich de zeitlichen Verlaufes des Elektroiysestromes, wie er m
einer trahskutavi den Sauerstoff messenden Elektroder
anordnung (440C) an der Haut am Vorderarm einer
Person (weiblich, Alter 26 Jahre) tatsächlich ermittelt wurde.
F'ig. I zeigt eine Ausführiingsform einer erfindungsgemäß
aufgebauten Elektrodenanordnung zur transkutanen Sauerstoffmessung. In Fig. 1 betrifft das Bezugszeiche"
> einen Elektrodenhalter aus einem geeigneten Isoliermaterial, wie Kunststoff. In dem Halter 1 ist eine
zylindrische Silberanode 2 eingebettet, deren unteres F.ikIc freiliegt. Das obere F.nde der AnocL 2 ist mit
einem Flansch 2' verschen, dessen Umfang iim
AiiHiMwmfang des Halters 1 ebenfalls freiliegt. Eine
Kathode 3 in Form eines dünnen Metallrohres wird koaxial in Abstand von der Anode durch einen an der
Anode 2 befestigten Glaszylinder 4 gehalten. Die Umfangskantc am freiliegenden Ende an der Außenseite
des Kathodentrag/ylinders 4 ist abgerundet, und der 1/ ..llw/lnnt-nn/o- .-»·. 1 U .- * '.ft -Ιη-™^Γ·..Ι| ,,..«-„,-. Ui!,!,,* ,1 „ ίϊ
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seine Stirnfläche über die Stirnfläche der Anode 2 um eine Wegstrecke vorsteht, die im wesentlichen gleich
dem Krümmungsradius der abgerundeten Kante ist. Andererseits liegt das freie Ende der Kathode 3 in der
gleichen Ebene wie das Ende des Kathodentragzylindcrs 4.
Eine Elektrodenmcmbran 5 erstreckt sich über die freiliegenden Enden der F.lcktroden 2 und 3 sowie des
Glaszylinders 4. Die Membran 5 ist eine sauerstoffdurchlässige Folie aus einem wasserabweisenden
Polymer, wie Polyvinylidenchlorid, Polytetrafluorethylen od' .- Polypropylen. Die Membran ist mit einem
geeigneten Klebstoff an einem IJmfangsteil an der unteren Endfläche des Halters 1 verklebt. Um eine gute
Berührung zwischen Membran 5 und den Enden von Kathoden usw. zu erhalten und dennoch dazwischen
eine Elektrolytschicht 12 vorsehen zu können, liegen die Enden von Anode und Halter I in der gleichen Ebene.
Ferner werden der Bereich der Membran 5 der das Ende der Anode 2 und den Umfangsbereich von Halter
I bedeckt, durch eine Abdeckplatte 7 aus Metall angedrückt, in der eine zentrale Öffnung von ähnlicher
Größe wie das Anodenende vorgesehen ist. Diese Platte gewährleistet eine innige Berührung zwischen der
Membran 5 und den genannten Bereichen.
Die Abdeckplatte 7 wird von einem äußeren, auf einem Kranz 6 aufgeschraubten metallischen Ring 8
gehalten. Somit liegt die Membran 5 nur an dem Bereich der Öffnung in der Abdeckplatte 7 frei und kann hier in
Berührung mit der Oberfläche von einem zu untersuchenden Körper gebracht werden.
Der Endbereich des Elektrodenhalters 1. der außen in
Berührung mit dem Ende der Anode steht, ist in geeigneter Weise ab-atzförmig ausgeschnitten, und
dieser Absatz dient als Elektrolytbad 9 in Form einer Umfangsnut. Der überschüssige Teil des die Oberflächen
von Anode 2 und Kathode 3 bedeckenden Elektrolyten 12 haftet in der Nut an der Seite der
Silberanode an. Eine Luftablaßbohrung 10 öffnet sich an der oberen Oberfläche des Kunststoffabschnittes und
erstreckt sich durch den Halter 1 von einem Raum, der außerhalb des Teils der Nut liegt, wo sich der Elektrolyt
befindet. Die Öffnung dieser Bohrung 10 ist mit einem geeigneten gasdurchlässigen (porösen) Element 11
verstopft. Eine Anzahl von kleinen, nicht gezeigten Nuten ist im Ende der Anode vorgesehen, um die Menge
an an der Anodenfiäche gespeichertem Elektrolyten zu stabilisieren und eine Verbindung zwischen dem in
Ausgleich mit dem Atmosphärendmck stehenden Elektrolyten und der Eiektrolytschicht am Ende der
Kathode zu schaffen.
Eine Heizeinrichtung und ein wärmeempfindliches Element (Thermistor) sind in einem passenden Teil des
Kranzes 6 untergebracht, der aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht. Bei dem in F i g. I
gezeigten Beispiel befindet sich die Heizeinrichtung 13 in einer Umfangsnut 14 im Halterkran/ 6, während das
wärmeempfindliche Element 15 in eine Bohrung 16 eingesetzt ist, die in den Halterkranz 6 eingebohrt ist.
Eine andere Ausfilhrungsform ist in F i g. 2 und 3
gezeigt und hat einen Aufbau, der sich leicht zusammenbauen und auseinandernehmen läßt.
In F i g. 2 ist die Sauerstoff-Meßelektrodcnanordnung im auseinandergenommenen Zustand dargestellt. Der
Halterteil A hat die Form eines kreisförmigen Rohres, dessen unteres Ende mit einer Elektrodenmcmbran 5
zuvor versehen wurde. Die Membran 5 besteht aus
tcrial wie bei der vorgenannten Ausführungsform. Das Material für den Halterteil A ist grundsätzlich das
gleiche wie das Material für die Membran 5, um die Befestigung der Membran 5 am unteren Ende des
llalterteiles A z.B. durch eine Heißverschweißung zu erleichtern. Unterschiedliche Materialien können jedoch
auch für den Halterteil vorgesehen werden.
Das Gehäuse B besteht aus Metall, z. B. Edelstahl.
Andere Materialien als Metall können jedoch ebenfalls für das Gehäuse verwendet werden. Am unteren Ende
des Gehäuses B ist eine federnde ringförmige Abdeckung 7 vorgesehen, die die Elektrodenmembran 5
im Zusammengefügten Zustand andrückt. Am oberen äußeren Endbereich des Gehäuses B ist ein Gewinde
ausgebildet.
Der Elektrodenteil Cumfaßt eine Kathode 3, z. B. aus
Platin oder Gold, eine die Kathode umgebende Anode 2 aus Silber, ein isolierendes Element 4 aus z. B. Glas, das
die Elektroden trägt, und eine am oberen Ende des Elektrodenteiles C befestigte Fassung, durch die sich
Drähte nach außen erstrecken. Am oberen Elektrodenabdeckteil Dist ein Innengewinde ausgebildet.
Beim Zusammenbauen wird eine kleine Menge, z. B. einige Tropfen Elekt.olyt auf die Membran am
Halterteil A aufgegeben und dann der Halterteil A in das Gehäuse Beingesetzt. Danach wird der Elektrodenteil
C in den Halterteil A eingeschoben und die Abdeckkappe D auf das Außengewinde am Gehäuse
aufgeschraubt.
In F i g. 3 ist die Sauerstoff-Meßelektrodenanordnung
im zusammengebauten Zustand dargestellt. Die Anordnung umfaßt den Halterteil A mit der Membran, den
koaxial im Halterteil A angeordneten Elektrodenteil C. das den Halterteil A mit dem daran befindlichen
Elektrodenteil Cumgebende Außengehäuse Bund den
auf den oberen äußeren Bereich des Gehäuses B aufgeschraubten oberen Abdeckungsteil D. Das Gehäuse
B entspricht einer Kombination von äußerem Ring und Membranabdeckplatte in F i g. 1.
F i g. 4 zeigt eine modifizierte Ausführungsform einer erfindungsgemäß aufgebauten Sauerstoff-Meßelektrodenanordnung
oder -vorrichtung. Diese Anordnung hat einen sehr ähnlichen Aufbau wie die Anordnung nach
Fig. 1, indem nur ein Teil des Halters 1 in Fig. 1
unterschiedlich ist. Durch diese Änderung jedoch wird das Belasten der Elektrodenmembran wesentlich
vereinfacht und die Berührung zwischen Membran und Elektrode weiter stabilisiert, in F i g. 4 betrifft das
Bezugszeichen i den feststehenden Teil eines Eiektrodenhalters aus einem geeigneten Isoliermaterial, wie
909 547/434
Kunststoff. Das Bezugszeichen Γ bezieht sich auf einen
lösbaren Teil des Halters in Form eines kreisförmigen Rohres. Das lösbare Rohr Γ entspricht dem Teil A in
F i g. 2 und 3 und ist am unteren Ende mit einer Elektrodenmembran 5 versehen. Eine zylindrische
Silberanode 2 ist in dem feststehenden Teil 1 des Halters eingebettet. Fine Kathode 3 in Form eines dünnen
Metallrohres wird durch einen am Halter 1 befestiglen Glaszylinder 4 in koaxialem Abstand von der Anode 2
gehalten. Die Umfangskante am freiliegenden unteren finde des die Kathode 3 !ragenden Glas/.ylinders 4 ist
abgerundet, und die Kathode 3 selbst ist dergestalt fiusgebildet. daß das untere linde des Glaszylinders nnch
unten über das linde der Anode 2 um eine Wegstrecke vorsteht, die im wesentlichen gleich dem Krümmungsradius
der abgerundeten Kante ist. Andererseits liegt das freie linde des Kaihodentrag/ylinders 4 in der gleichen
Eibcne wie das Kathodenende.
Eine Elektrodenmembran 5 aus einem wasserabstoßenden
sauerstoffdurchlässigen Material erstreckt sich über die freiliegenden Enden der Elektroden 2 und 3 und
des Glaszylinders 4. Die Membran 5 besteht aus einem sauerstoffdurchlässigen wasserabstoßenden Material
und ist an der unteren Stirnfläche des lösbaren Teils 1' des Halters durch einen geeigneten Klebstoff oder
durch eine Heißverbindung befestigt. LJm eine gute Berührung /wischen Membran 5 und der unteren
Stirnfläche der Anode zu erhalten und gleichzeitig dazwischen eine Eiektrolytschicht vorsehen zu können,
liegen die untere Stirnfläche der Anode 2 und die untere Stirnfläche des lösbaren Teiles 1 in der gleichen Ebene.
Die Fläche der Membran 5, die die untere Endfläche der Anode 2 bedeckt, wird durch eine metallische
Abdeckplatte 7 mit einer zentralen Öffnung angedrückt, die etwas größer als das untere Ende des Kathodentragzylinders
4 ist, so daß eine innige Berührung zwischen Membran 5 und diesen Bereichen gewährleistet wird.
Die Abdeckplatte 7 wird von einem Ring 8 aus einem gut wärmeleitfähigen Metall gehalten. Der Ring 8 ist auf
dem Kranz 6 aufgeschraubt, der ebenfalls aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht. Wegen des
Vorsehens der Abdeckplatte 7 kann nur der durch die öffnung in der Platte 7 freiliegende Bereich der
Membran 5 in Berührung mit der Oberfläche von einem z.u untersuchenden Körper gebracht werden.
Das Ende des feststehenden Teils f des Elektrodenhalters, der in Berührung mit der Anode 2 steht, ist in
geeigneter Weise gegenüber der Stirnfläche der Anode zurückversetzt, um einen umfänglich sich erstreckenden
Raum zu bilden, der ein Elektrolytbad 9 schafft. Ein Elektrolyt 12 wird zwischen der Membran 5 und den
Stirnflächen der Elektroden gehalten, wobei der überschüssige Teil des Elektrolytes in dem vorgenannten
Raum 9 gespeichert ist.
Eine Heizeinrichtung und ein wärmeempfindliches Element (Thermistor) sind an einer passenden Stelle des
Elektrodenhalterkranzes 6, der aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht, angeordnet. Die
Heizeinrichtung 13 befindet sich in einer Umfangsnut 14 im Halterkranz 6, während das wärmeempfindliche
Element 15 in eine Bohrung eingesetzt ist, die in den Halterkranz 6 eingebohrt wurde.
Da der Elektrodenhalter den lösbaren Teil Γ mit der
damit verbundenen Elektrodenmembran umfaßt läßt sich die Membran leicht unter eine bestimmte Spannung
setzen, indem diese Teile vom Hersteller bei guter Qualitätskontrolle vorgefertigt werden.
Bei tier Elektrodenanordnung nach Fig.4 ist der Flanschbereich T bei der in Fig. 1 gezeigten Anode 2
weggelassen. Hinsichtlich des Verhaltens bei der transkutanen Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes
besteht kein wesentlicher Unterschied, wenn
ι der Flanschbereich als Bauteil der Elektrodenanordnung
vorgesehen oder weggelassen wird.
Zwei Beispiele für Meßwerte, wie sie mit der in F i g. I gezeigten Elektrodenanordnung zur transkutanen Bestimmung
des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes er-
Ui mittel! wurden, werden nachfolgend beschrieben. Die
Abmessungen dt:v bei diesen Versuchen verwendeten
Elektrodenanordnung sind nachfolgend aufgelistet:
Kathode
Material — Gold
Außendurchmesserder Oberfläche
Innendurchmesser der Oberfläche
Innendurchmesser der Oberfläche
Anode
2,0 mm
1,r> mn·
1,r> mn·
Außendurchniessei" der Oberfläche ">
nun
Innendurchmesser der Oberfläche 3 mm
Elektrolyt
Wasser-Glyzerin-KCI-Pufferlösung
(pH Ό)
Γ Ir kt rode η membra η
Γ Ir kt rode η membra η
FoHe aus Polyvin;, !''lcnehlorid von
12 μ Dicke
12 μ Dicke
Ansprechkurvi in bezug auf
den Gasaustausc ι (Eichkurve)
den Gasaustausc ι (Eichkurve)
Die Kurve ist in F i g. 5 gezeigt. Die vorbeschriebene erfindungsgemäße Elektrodenanordnung wurde in eine
Eichkammer eingesetzt (bei der es sich um ein Gasaustauschgefäß mit einer Kapazität «on etwa 5 ml
mit einer kleinen Bohrung im oberen Teil handelt, die in Berührung mit der Flektrodenanordnung steht). Der
Elektrolysestrom aus der Elektrodenanordnung wurde aufgezeichnet, während Stickstoff. Luft und Sauerstoff
abwechselnd in die Kammer eingegeben wurden. Die Ansprechcharakteristik der Elektrodenanordnung, die
Linearität in bezug auf den Sauerstofi^artialdruck (Konzentration) und andere Eigenschaften der Anordnung
können aus dieser Kurve entnommen werden. Die Ergebnisse aus einer solchen Prüfung sind folgende:
(!) Der Reststrom beträgt weniger als 0,2% in bezug auf I atm (760 mm Hg)O2;
(2) die 80%-Ansprechzeit beträgt 30 sek und die 96%-Ansprechzeit 70 sek (dies bedeutet, daß die
Reaktion im wesentlichen nach einer Kurve ersten Grades abläuft);
(3) der Verlauf der Meßwerte in bezug auf die Oi-Konzentration ist im wesentlichen proportional,
was aus dem Vergleich der Ströme für N2(O2 = 0),
Luft (O2 = 20,99%) und O2 beurteilt werden kann.
Bei dem in F i g. 5 gezeigten Versuch wurden auch die Temperaturen der Elektrodenanordnung (eingestellt
auf eine Temperatur von 44°C) aufgezeichnet Der zeitliche Verlauf ist in der Figur als eine im wesentlichen
gerade parallel zur Abszisse liegende Linie wiedergegeben. Aus dieser Linie folgt, daß die Temperaturänderung
während des Versuchs weniger als 0,020C betrug.
Transkutane Versuchswerte
Bei der untersuchten Person handelte es sich um eine
26 Jahre alte Frau. Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung wurde an der Haut an der Innenseite des
Handgelenks mittels eines doppelseitigen Klebbandes
befestigt. Die Elektrodenanordnung wurde auf eine Temperatur von 43,5± 0,02'C gehalten. Während die
Frau abwtctiselnd Luft und Sauerstoff einatmete, wurde
der elektrolytischc Strom aufgezeichnet. Die Ergebnisse
sind in F i g. 6 wiedergegeben. Die Pfeile A, B, Cund Din
der Figur geben den Beginn einer schwachen Einatmung von Sauerstoff bzw. Luft sowie einer starken
Einatmung von Sauerstoff bzw. Luft an. Wie aus der grafischen Darstellung gemäß Fig. 6 hervorgeht,
beträgt der transkutan gemessene Sauerstoffpartialdruck während eier l.ufteinalmungsphase etwa
90 mm Hg und liegt damit nahe am üblichen Wert für den Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Wut eines
durchsL'hr.ittl''.'hen Erwachsenen. Hei mäßiger Inhalation
von Sauerstoff betrug der Smicrstoffpartinldruck
etwa 1J]OiHm Hg. Wenn Sauerstoff kräftig eingeatmet
wurde, betrug der Siiuersloffpiirtialdruck 57OmHiIh.'.
Diese Werte stimmen bei den vorgenannten Bedingungen gut mit den tatsächlichen Saucrstoftwcrten im
arteriellen Blut übercin. Das Ansprcchverhalten am
Beginn und Ende der Sauerstoffinhalation ist etwas langsamer als die laisächlichen Änderungen in der
Arterie; die Ansprechzeiten sind jedoch für praktische klinische Untersuchungen ausreichend kurz.
Im wesentlichen die gleichen (oder sogar etwas bessere) Ergebnisse wurden ηυ eier in F i g. 4 gezeigten
Elektrodenanordnung zur 'M.iskutanen .Sauerstoffbestimmung
erhalten.
Die Anwendung der herkot imliehcn Elektrodenanordnung
zur transkutanen Bestimmung des arteriellen
Saucrstoffpartialdruckes ist lediglich auf Kinder bc schränkt. Bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung
liegt jedoch ein? wesentlich größere Fläche zur Erwärmung der Haut vor und wurden zahlreiche andere
Verbesserungen vorgenommen. Daher findet bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung selbst bei
-, Erwachsenen eine ausreichende Durchblut :np statt, so
ciaß eine geeignete und genaue Mersung durchgeführt
werden kann. Hierin liegt ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung.
Wenn die vorbeschriebenen Meßdaten und Ergebnis-
Wenn die vorbeschriebenen Meßdaten und Ergebnis-
Ki se aus dem Einsatz der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung
insgesamt betrachtet und mit entsprechenden Daten einer auf dem Markt befindlichen Elektm
denanordnung verglichen werden, ergeben sich folgende Vorteile aus der Erfindung: da die Konfiguralion und
ι-, Fläche der Kathode bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in geeigneter Weise ausgebildet
sind, wird sowohl die Gleichmäßigkeit der Reaktion an der Elektrodenoberfläche als auch das S/N-Verhältnis
der Reaktion verbessert. Da weiter der Habemechanis-
jii mus für die Elektrodenmembran und für die weiteren
Bauleile dei Anordnung auf verschiedene Wei"*
ebenfalls verbessert wurden, konnte die Konstanz eier Messung in bemerkenswertem Umfang gesteiget
werden. Diese Vorteile tragen mit zu einer gleichmäßi-
_>i gen Erwärmung und ausreichenden Wärmeübertragung
auf die zu uniersuchende Oberfläche bei und ermöglichen in Verbindung mit der Auswahl einer geeigneten
Folie für die Elektrodenanordnung die Vornahme einer
transkutanen Messung des Sauerstoffpartialdruckes im
in arteriellen Blut eines Erwachsenen, was bislang sehr
schwielig war.
Hier/u ή Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Vorrichtung zur transkutanen Messung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes mit einer Elektrodenanordnung,
bestehend aus einer Kathode und einer dagegen isolierten und diese umgebenden rohrförmigen Anode, einem die Anode umgebenden
Halter aus elektrisch und thermisch isolierendem Material, einer mit dem unteren Ende des Halters
verbundenen und das untere Ende der Elektrodenanordnung abdeckenden Membran, die zwischen
sich und der Elektrodenanordnung eine Elektrolytlösung einschließt, und einer Heiz- und Temperatursteuereinrichtung
zur Erwärmung der Haut des Patienten, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Teil (6,8) aus wärmeleitendem Material mit
hoher Wärmekapazität, das den Halter (1) abitßitzt und die HtIi- und Temperatursteuereinrichtung (13,
15) aufweist, und eine in wärmeleitender Verbindung mit dem unteren Ende des ringförmigen Teils
stehende Membranabdeckplatte (7) zur Übertragung der Wärme vom ringförmigen Teil auf die Haut
des Patienten, die eine Öffnung hat, an der ein Bereich der Membran, der der unteren Fläche der
Elektrodenanordnung (2,3,4) entspricht, freiliegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material (4) zwischen
der Anode (2) und der Kathode (3) Glas ist.
3. Vorrichving nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo
zeichnet, daß im Halter (1) ein ringförmiger Elektrolyt (9) und eine Luftptssage (10) vorgesehen
sind, die den Elektrolyten mit der Außenatmosphäre verbindet.
4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- i> zeichnet, daß die Membran (5) die unteren
Stirnflächen der Elektroden (2,3) abdeckt und durch die Membranabdeckplatte (7) derart angedrückt
wird, daß sie unter einer geeigneten Spannung gestreckt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) mit der unteren
Stirnfläche des Halters (1) durch einen Klebstoff verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- -r>
zeichnet, daß der Halter (1) und die Membran (5) aus dem gleichen organischen Material bestehen und die
Membran mit dem unteren Ende des Halters durch einen Wärmeklebstoff verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- ίο
zeichnet, daß der Halter (1) einen feststehenden, die Anode (2) umgebenden Teil (1) und einen lösbaren
Teil (1') umfaßt, mit dem die Membran (5) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- r.
zeichnet, daß der lösbare Teil (V) und die Membran (5) durch einen Klebstoff miteinander verbunden
sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet,
daß der lösbare Teil (V) und die Membran ho (5) aus dem gleichen organischen Material bestehen
und durch einen Wärmeklebstoff miteinander verbunden sind.
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