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Medizinischer Pulsdruckgeber
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Die Erfindung betrifft einen medizinischen Pulsdruckgeber, mit einem
mit einer im wesentlichen ringförmigen Anlagefläche an der Haut des Probanden ansetzbaren,
fest mit dem Gebergehäuse verbundenen Stützkörper, einem zumindest annähernd zentrisch
zur Anlagefläche des Stützkörpers angeordneten Fühlstift, der in axialer Richtung
und zumindest annähernd senkrecht zur Anlagefläche verschieblich ist, und einem
Bewegungen des Fühlstiftes in elektrische Signale umsetzenden Meßelement, welches
zumindest indirekt mit der dem Probanden abgewandten Seite des Fühlstiftes in Verbindung
steht und elektrische Anschlüsse zur Signalableitung aufweist.
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Da die elektrische Pulsschreibung ständig an Bedeutung zugenommen
hat, gehört sie heute als Zusatz zur Elektrokardiographie zu den täglichen Arbeiten
in den EKG-Labors vieler Krankenhäuser. Sie ist wichtig für die Beurteilung von
Kreislaufstörungen, auch in der Peripherie, zur Beurteilung des Schlagvolumens des
Herzens und zur Diagnose funktioneller und organischer Herzerkrankungen. Auch für
psychische Einflüsse auf den Kreislauf gibt die Pulsschreibung wertvolle Aufschlüsse.
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Puisproportionale elektrische Signale abgebende medizinische Pulsdruckgeber
sind bereits seit längerer Zeit bekannt, wobei beispielsweise lose gewickelte Kondensatoren
als Meßelement Verwendung finden, welche sich in einer weichen Kunststoffumhüllung
befinden, an der der an der Haut des Probanden ansetzbare Fühlstift angebracht ist.
Pulsdruckgeber dieser bekannten Art sind mechanisch sehr robust und werden für die
Dedektion der Pulsfrequenz sehr gerne angewandt. Die Empfindlichkeit ist für die
Messung von arteriellen Pulsen und auch von Venenpulsen an sich ausreichend; nachteilig
ist bei diesen bekannten
Ausführungen jedoch, daß sie nicht für
die Pulsmessung an einem sich bewegenden Probanden - wie dies beispielsweise in
der-Kardiologie bei ergometrischen Belastungsuntersuchungen der Fall ist - verwendet
werden können.
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Um auch unter den Bedingungen der ergometrischen Belastung Pulsdrucke
von Blutgefäßen an der Oberfläche des Körpers des Probanden abnehmen zu können,
wurde weiters bereits vorgeschlagen den das Meßelement mechanisch mit dem zu messenden
Pulsdruck koppelnden Fühlstift innerhalb eines Stützringes mit einem Durchmesser
in der Größenordnung von etwa 15 mm anzuordnen, wobei das Ende des Fühlstiftes auch
relativ zur Ebene des Stützringes verschieblich sein und somit aus dem Stützring
vorstehend sein kann. Durch diese Maßnahmen konnte die Übertragung von Bewegungsstörungen
auf den Fühlstift deutlich reduziert werden, sodaß auch die Abnahme von Druckpulsen
während der Bewegung des Probanden möglich war.
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Den genannten bekannten medizinischen Pulsdruckgebern haftet jedoch
der entscheidende Nachteil an, daß die Empfindlichkeit auf kleine Druckschwankungen
relativ gering ist und das die eigentlichen Meßelemente relativ viel Platz beanspruchen
und den Pulsdruckgeber unhandlich bzw. für viele Anwendungsfälle ungeeignet machen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, einen
medizinischen Pulsdruckgeber der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die
genannten Nachteile der bekannten Geber vermieden werden und daß insbesonders eine
hohe Empfindlichkeit auf kleine Druckschwankungen sowie eine, vom Meßelement in
weiten Grenzen unabhängige Baugröße und Form erhalten werden kann.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Meßelement
von einer vom Fühlstift belasteten Piezofolie gebildet ist, welche an ihrer der
Belastung abgewandten Oberfläche zumindest teilweise und zumindest indirekt an einem
elastischen Stützelement anliegt, wobei die axiale Verschieblichkeit des Fühlstiftes
durch An-
schläge begrenzt ist. Auf diese Weise ist aufgrund der
hohen Empfindlichkeit von Piezifolien, welche bei mechanischer Belastung (Druck,
Zug, Durchbiegung, Krümmung, Scherung usw.) an gegenüberliegenden Kontaktflächen
der Belastung proportionale elektrische Signale abgeben, eine hohe Empfindlichkeit
des Pulsdruckgebers auch auf kleine Schwankungen der Pulsdruckkurve bei gleichzeitig
äußerst kompakter Konstruktion und mechanischer Robustheit gegeben. Durch die Anordnung
des elastischen Stützelementes ist der unbedingt für die richtige Messung erforderliche
stetige Hautkontakt sichergestellt, wobei sich in diesem Zusammenhang die Eigenschaft
von piezoelektrischen Meßelementen, sich nach nur sehr kurzen Einstellzeiten einen
die Vorspannung kompensierenden Nullpunkt selbsttätig einzustellen, äußerst vorteilhaft
auswirkt. Durch die Anordnung von Anschlägen für die axiale Verschieblichkeit des
Fühlstiftes ist auf alle Fälle eine Beschädigung des Pulsdruckgebers bzw. der Piezofolie
vermieden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Piezofolie
zumindest an Teilen ihres Umfanges im Gebergehäuse eingespannt ist, was die Empfindlichkeit
des erfindungsgemäßen Pulsdruckgebers auf kleine Schwankungen des zu messenden Pulsdruckes
noch weiter erhöht, da damit eine kombinierte mechanische Belastung (Zug, Durchbiegung)
vom Fühlstift auf das Meßelement ausgeübt wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Pulsdruckgeber
mit mehreren innerhalb eines gemeinsamen Stützkörpers angeordneten, voneinander
separierten Fühlstiften vorgesehen sein, daß die Piezofolie an der den Fühlstiften
abgewandten Seite einzelne voneinander isolierte Elektrodenbereiche für die einzelnen
Fühlstifte aufweist, die jeweils einzeln an separierten elastischen Stützelementen
anliegen. Durch die hohe Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Anordnung ist es möglich, eine Verkleinerung des Fühlstiftdurchmessers durchzuführen,
der, da die Empfind-
lichkeit des Gebers proportional zur auf die
Fühlstiftspitze eingeleiteten Kraft ist, auf die Größe der aktiven Fläche reduziert
werden kann. Dadurch kann eine Mehrfachanordnung von aktiven Fühlstiften innerhalb
eines kleinen Bereiches durchgeführt werden, die durch eine selektive Beschaltung
der einzelnen Fühlstifte eine wesentliche Erleichterung der Auffindung der optimalen
Position zur Pulsdruckmessung darstellt, Damit wird ein zeitaufwendiges Positionieren
des Pulsdruckgebers vermieden bzw. bei Mehrfachanzeige der Fühlstiftsignale, z.B.
auf einem Bildschirm, eine schnelle Auswahl des geeignetsten Meßsignales möglich.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutern.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Pulsdruckgeber
und Fig. 2 zeigt die Anordnung des Pulsdruckgebers nach Fig. 1 in einem Haltebügel;
Fig. 3 zeigt einen Pulsdruckgeber nach der Erfindung mit mehreren einzelnen Fühlstiften
und Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine bei der Anordnung nach Fig. 3 als Meßelement
verwendbare Piezofolie.
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Gemäß Fig, 1 ist in einem zylindersymmetrischen Gebergehäuse 1 (beispielsweise
aus polymerem Material) ein zumindest annähernd zentrisch zur Anlagefläche 2 eines
mit dem Gebergehäuse 1 verbundenen ringförmigen Stützkörpers 3 angeordneter Fühlstift
4 in einer Bohrung 5 axial verschieblich und unverlierbar gelagert. Der den Fühlstift
umgebende ringförmige Stützkörper 3 hat einen Außendurchmesser im Bereich von etwa
5 bis 15 mm und dient zur den Fühlstift entlastenden Abstützung des Pulsdruckgebers
an der Haut des hier nicht dargestellten Probanden. Wie strichliert angedeutet,
kann an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen auch eine etwa halb-
kreisförmige
Ausnehmung 25 im Stützkörper 3 vorgesehen sein, um insbesonders bei länger dauernden
Messungen einen durch den Stützkörper verursachten Blutstau zu vermeiden. Durch
den damit ungestört tastbaren Verlauf der Arterie ist auch ein gezieltes Anlegen
des Gebers ermöglicht.
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An seinem der Anlagefläche 2 des Stützkörpers 3 abgewandten Ende
steht der Fühlstift 4 mit einem von einer vom Fühlstift belasteten Piezofolie 6
gebildeten Meßelement in Verbindung. Diese Piezofolie 6 (beispielsweise aus Polyvinylidenfluorid)
ist beidseitig mit einem metallischen Kontaktüberzug versehen.
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Wird Druck auf den Fühlstift 4 ausgeübt, so wird die Piezofolie 6
gegen ein an ihrer der Belastung abgewandten Oberfläche angeordnetes, hier zweiteilig
ausgebildetes elastisches Stützelement 7, 8 beispielsweise aus weichem Kunststoffmaterial,
gedrückt, was eine mechanische Beanspruchung der Piezofolie - im wesentlichen auf
Druck, Durchbiegung und Zug - in der Piezofolie hervorruft, was auf Grund der bekannten
Prinzipien der Piezoelektrizität der Belastung proportionale elektrische Signale
ergibt.
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Dabei wird durch einen kragenförmigen Flansch 9 am Fühlstift 4 verhindert,
daß die Piezofolie 6 mechanisch überbeansprucht werden kann.
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Die Ladungsunterschiede an den beiden einander gegenüberliegenden
Kontaktflächen an der Oberfläche der Piezofolie 6 werden über Teile der Einspannvorrichtung
für die Piezofolie 6 abgeleitet. Die Ladung von der dem Fühlstift 4 zugewandten
Seite der Piezofolie 6 wird über einen zylindrischen Kontaktteil 10, dessen Kontaktfläche
beispielsweise verzinnt sein kann, abgeleitet. Der Kontaktteil 10 ist an seiner
der Piezofolie 6 abgewandten Seite mit einem Pol eines aus dem Geber herausführenden
Anschlußkabels 11, hier beispielsweise mit der Abschirmung des Kabels, in Verbindung
gebracht, wobei ein Klemmteil 12 für eine sichere Kontaktierung sorgt. Dieser Klemmteil
12 ist über eine Zwischenlage 13 von einer Einschraubmutter 14 in das Gebergehäuse
1 gedrückt und
dient gleichzeitig zur Fixierung des mit einer aufgewickelten
Zugentlastung 15 versehenen Anschlußkabels 11.
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Zum Verdrehen der Einschraubmutter 14 sind Bohrungen 16 zum Eingriff
eines entsprechenden Werkzeugs vorgesehen.
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Die dem Fühlstift 4 abgewandte Kontaktfläche an der Piezofolie 6
steht mit einem metallischen Ring 17 in Verbindung, der die Teile 7, 8 des elastischen
Stützelementes (dieses könnte natürlich auch einstückig ausgeführt sein) umgibt.
Über eine Scheibe 18 aus elektrisch leitendem Material ist der Kontakt zum zweiten
Pol des Anschlußkabels 11 gegeben. Ein zylindrischer Ring 19 dient zur Isolierung
des Rings 17 vom Kontaktteil 10.
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Zwischen der Scheibe 18 und dem Klemmteil 12 ist noch eine Isolierscheibe
20 angeordnet.
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Der gesamte Pulsdruckgeber ist gemäß Fig. 2 in einem Haltebügel 21
eingesetzt, der beispielsweise aus Kunststoff oder Aluminium bestehen kann. Das
Anschlußkabel 11 führt zu einem Anschlußstecker 22, der mit einem hier nicht dargestellten
Aüswertegerät verbunden sein kann. Der abgewinkelte Haltebügel 21 weist an seinen
beiden Enden Stützkörper 23 auf, welche zur Abstützung der gesamten Einrichtung
beispielsweise am Hals des zu untersuchenden Probanden dienen. Zur Befestigung ist
ein Halteband 24 vorgesehen, welches beispielsweise über einen Klettenbandverschluß
geschlossen werden kann.
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Die in Fig, 3 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der nach
Fig. 1 insbesonders dadurch, daß hier mehrere innerhalb eines gemeinsamen Stützkörpers
3 angeordnete, separierte Fühlstifte 4 vorgesehen sind, deren Anordnung und Ausbildung
aber im wesentlichen unverändert der zu Fig. 1 ausführlich besprochenen entspricht.
Die das Meßelement darstellende Piezofolie 6 ist auch hier wiederum einstückig im
Gebergehäuse 1 angeordnet und beispielsweise ähnlich wie zu Fig. 1 besprochen zumindest
an Teilen ihres Umfanges eingespannt.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist die Piezofolie 6 an der den
Fühlstiften 4 abgewandten Seite ein-
zelne voneinander isolierte
Elektrodenbereiche 27 für die einzelnen Fühlstifte 9 auf, die -~ wie wiederum aus
Fig. 3 ersichtlich ist - jeweils einzeln an separierten elastischen Stützelementen,
die hier wie auch in Fig. 1 wiederum aus zwei einzelnen Teilen 7, 8 bestehen, anliegen.
Die gegenseitige Isolierung der Elektrodenbereiche 27 wird über aus der durchgehenden
Elektrodenschicht 26 ausgeätzte Bereiche 28 sichergestellt.
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Die elastischen Stützelemente 7, 8 bestehen im dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem elektrisch leitenden Werkstoff und sind an ihrer den Fühlstiften 4 abgewandten
Seite über Leitungen 11' kontaktiert, die auf hier nicht dargestellte Weise aus
dem Pulsdruckgeber nach außen geführt sind.
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Der Vollständigkeit halber ist hier auch noch zu erwähnen, daß die
elastischen Stützelemente an ihrer der Piezofolie 6 abgewandten Seite an einer gemeinsamen
Isolierscheibe 20 anliegen, die auf hier nicht dargestellte Weise im Gehäuse des
Pulsdruckgebers gehalten ist.
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Durch diese Mehrfachanordnung von aktiven Fühlstiften innerhalb eines
kleinen Bereiches kann bei einer selektiven Beschaltung der einzelnen Fühlstifte
eine wesentliche Erleichterung der Auffindung der optimalen Position zur Pulsdruckmessung
erreicht werden. Damit wird ein zeitaufwendiges Positionieren des Pulsdruckgebers
vermieden bzw. bei Mehrfachanzeige der Fühlstiftsignale, z.B. auf einem Bildschirm,
eine schnelle Auswahl des geeignetsten Meßsignales möglich. Durch eine Summenschaltung
- also ein einfaches Verbinden der positiven Pole -kann auf diese Weise mit einem
gegenüber einem großflächigen Sensor verringerten Bewegungsartefakt-Anteil gemessen
werden.
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Mit den dargestellten und besprochenen Ausbildungen ist die Möglichkeit
gegeben, unter der Ausnützung der sehr vorteilhaften Eigenschaften von piezoelektrischen
Folien eine hohe Empfindlichkeit bei gleichzeitiger Robustheit des Druckgebers zu
erreichen. Infolge des ringförmigen Stützkörpers, der den bzw. die eigentlichen
Fühlstift(e)
umgibt (diese können auch für verschiedene Anwendungszwecke entweder, wie in Fig.
1 dargestellt, leicht aus der Ebene der Anlagefläche des Stützkörpers vorstehen,
oder leicht zurückversetzt sein) können Messungen des Puisdruckes auch an in Bewegung
befindlichen Probanden ohne Störung des eigentlichen Meßsignals vorgenommen werden.
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