DE1573047C3 - Verfahren zum Messen der Strömungsstärke einer Flüssigkeit und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Messen der Strömungsstärke einer Flüssigkeit und Vorrichtung zum Durchführen des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Strömungsstärke einer durch einen schwer ab- ;
sonderbaren Kanal strömenden Flüssigkeit, insbesondere zum Messen der Strömungsstärke von Blut in
der Blutbahn und eine Vorrichtung zum Durchfüh- ; ren dieses Verfahrens.
Die meisten der bisher geprüften Verfahren zum Messen der Strömungsstärke (Volumen, das pro
Zeiteinheit einen Querschnitt passiert) beruhen auf j dem Messen der Flüssigkeitsgeschwindigkeit bei gegebenen
Abmessungen des Kanals (Fortpflanzung
eines Farbstoffes oder eingespritzten radioaktiven Stoffes, Beeinflussung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit
eines ultraakustischen Signals durch die Blutgeschwindigkeit, usw.). Die Wirkungsweise dieser
Verfahren ist aber' nicht stets befriedigend, erstens weil sich die mehr oder weniger unregelmäßigen Abmessungen
des Kanals nicht leicht bestimmen lassen und zweitens weil die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in
jedem Punkt eines Querschnitts eines Kanals infolge der Reibung der Flüssigkeit an den Wänden verschieden
ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile und das Messen der Strömungsstärke einer
Flüssigkeit, ohne daß es notwendig ist, zuvor ihre Geschwindigkeit zu bestimmen.
Die Meßflüssigkeit wird im folgenden als primäre Flüssigkeit bezeichnet.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird nach der Erfindung von einer Hilfsflüssigkeit, deren Temperatur
von der Temperatur der primären Flüssigkeit abweicht, eine bekannte Menge pro Zeiteinheit in den
Flüssigkeitskanal eingebracht und der Temperaturunterschied zwischen den gemischten Flüssigkeiten
und der eingebrachten Flüssigkeit als auch der Temperaturunterschied zwischen der primären Flüssigkeit
und den gemischten Flüssigkeiten gemessen, wobei die Strömungsstärke aus dem Produkt der Strömungsstärke
der eingebrachten Flüssigkeit und dem Quotienten der beiden erwähnten Temperaturunterschiede
bestimmt wird.
Nach einer zum Messen des Blutumlaufs zweckmäßigen Maßnahme wird die Hilfsflüssigkeit in den
Blutumlaufkanal mittels einer Injektionskanüle eingebracht, deren Ende eine Ausströmöffnung hat und
durch die Wand des Kanals eingeführt ist.
In einer Vorrichtung zum Messen der Strömungsstärke der primären Flüssigkeit in einem schwer absonderbaren
Kanal befindet sich nach der Erfindung ein Meßgerät, das mit einer Injektionskanüle mit
einer Ausströmöffnung und mit Mitteln zum Messen der Strömungsstärke der ausfließenden Flüssigkeit
sowie einem temperaturempfindlichen Element versehen ist, und weiterhin ist wenigstens ein temperaturempfindliches
Element in dem von den gemischten Flüssigkeiten eingenommenen Bereich angebracht,
und ein weiteres temperaturempfindliches Element steht mit der Primärflüssigkeit in Berührung, wobei
die erwähnten Elemente mit elektrischen Stromkreisen verbunden sind, die Anzeigegeräte enthalten, in
der Weise, daß sowohl der Temperaturunterschied zwischen den gemischten Flüssigkeiten und der Hilfsflüssigkeit
als auch der Temperaturunterschied zwischen der primären Flüssigkeit und den gemischten
Flüssigkeiten angezeigt wird.
Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt
F i g. 1 schematisch die Vorrichtung nach der Erfindung
in ihrer einfachsten Form,
F i g. 2, 3 und 4 schematisch detaillierter dargestellte Vorrichtungen,
F i g. 5 eine Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Katheter.
Zum besseren Verständnis werden zunächst das der Messung zugrunde liegende Prinzip und anschließend
die Ausführungsbeispiele erläutert.
Es sei von einer primären Flüssigkeit ausgegangen, deren Strömungsstärke D in einem Kanal, z.B. von
Blut in einer Blutbahn, bestimmt werden soll. Dadurch, daß der primären Flüssigkeit eine Hilfsflüssigkeit
mit bekannter Strömungsstärke d zugesetzt wird, die sich mit der primären Flüssigkeit vermischen
kann, läßt sich die Strömungsstärke D bestimmen, wenn folgende Temperaturen bekannt sind:
T1 = Temperatur der Hilfsflüssigkeit,
T2 — Temperatur des aus der Hilfsflüssigkeit und der primären Flüssigkeit bestehenden Gemisches,
T3 — Temperatur der primären Flüssigkeit.
T2 — Temperatur des aus der Hilfsflüssigkeit und der primären Flüssigkeit bestehenden Gemisches,
T3 — Temperatur der primären Flüssigkeit.
Die Strömungsstärke D ist dann gegeben durch die Beziehung:
»5 τ _ τ
»5 τ _ τ
Dieses Ergebnis ist von der Genauigkeit, mit der die Temperaturen und die Strömungsstärke d gemessen
werden, aber auch von dem Maße abhängig, in dem die beiden Flüssigkeiten miteinander vermischt
sind.
Im Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 strömt das Blut bzw. die primäre Flüssigkeit 1, deren Strömungsstärke
D gemessen werden soll, durch ein Gefäß oder einen Kanal 2 in der mit F angegebenen
Pfeilrichtung. Das untere spitze Ende einer Metallkanüle 3 dringt nahezu rechtwinklig in die Blutbahn 2
ein.
Die Kanüle 3 dient als Injektionsröhrchen, mittels dessen eine Hilfsflüssigkeit 5, die sich ohne Gefahr
mit dem Blut vermischen kann, in den Kanal 2 eingebracht wird. Die Hilfsflüssigkeit, z. B. gekühltes Serum,
hat eine von dem Blut abweichende Temperatur. Die Kanülenwand besitzt an dem in der Blutbahn
befindlichen Teil eine Öffnung 6, durch die das Serum 5 in einer zur Strömungsrichtung des Bluts
entgegengesetzten Richtung in das Blut 1 eingespritzt wird. Das Serum wird infolge der Kraft des Strahls
mit dem Blut vermischt, und das Gemisch wird von der Blutströmung mitgeführt und zurück in die Kanüle
3 geführt. Die Temperatur T2 des Gemisches wird mittels eines am unteren Ende 4 der Kanüle angebrachten
Thermo-Elementes 7 gemessen.
Das Thermo-EIement 7 besteht aus zwei Metallen, z. B. dem Metall, aus dem die Kanüle, und dem Metall,
aus dem der gestrichelt dargestellte Draht 8 hergestellt ist. Dieser Draht erstreckt sich durch das Innere
der Kanüle und ist von ihr isoliert. Das Thermo-EIement 7 ist gegensinnig zu einem
Thermo-EIement 10, das mit dem Serum mit der Temperatur T1 in Berührung ist, und ebenfalls gegensinnig
zu einem Thermo-EIement 11 geschaltet, das stromaufwärts vor der Kanüle 3 (z.B. im Rektum)
angebracht und mit dem Blut mit der Temperatur T3 in Berührung ist. Der Draht 8 hat zwei Abzweigungen
8 α und 8 b. Das Thermo-EIement 10 kann in gleicher Weise wie das Thermo-EIement 7 aus
dem Metall der Kanüle und dem Metall eines Drahtes (gestrichelt dargestellt) gleicher Art wie der Draht
8 zusammengesetzt sein. Das Thermo-EIement 11 ist gleichfalls aus zwei aufeinandergeschweißten Metallen,
dem Metall der Kanüle bzw.' dem Metall des Drahtes 8 zusammengesetzt. In einer weiteren, nicht
dargestellten Ausführungsform kann das mit dem Draht 8 verbundene Thermo-EIement 7 durch zwei
nachfolgend mit 7 und 9 bezeichnete Thermo-Elemente ersetzt werden, die unterschiedlich gegensinnig
zu den Thermo-Elementen 10 und 11 geschaltet sind. Es ist einleuchtend, daß die Thermo-Elemente gegen
das Blut isoliert sein müssen, da das Blut ein Leiter ist, der einen elektrischen Nebenschluß zwischen den
Thermo-Elementen darstellt.
Die beiden Kreise sind mit Voltmetern 12 und 13 verbunden, die den Unterschied der Temperaturen
T2 — T1 und den Unterschied der Temperaturen
T3 — T2 anzeigen. Mit HiUe eines nicht dargestellten
Meßgerätes wird weiterhin die Strömungsstärke des Serums gemessen. An Hand dieser Größen läßt sich
dann die Strömungsstärke der primären Flüssigkeit aus folgender Formel bestimmen:
_ T2-T1
T — T '
Diese Berechnung kann auch selbsttätig von einer Rechenvorrichtung vorgenommen werden, welche an
die Stelle der beiden Voltmeter tritt.
Eine solche besonders einfache Vorrichtung ist nur dann verwendbar, wenn an die Meßgenauigkeit
keine hohen Anforderungen gestellt werden. Das so erzielte Meßergebnis ist nämlich nur annähernd richtig,
da der Strahl der Hilfsflüssigkeit einen gewissen Impuls auf die primäre Flüssigkeit überträgt, wodurch
im Kanal eine Druckänderung auftritt, welche die Strömungsstärke ändert. Eine vollständige Vermischung
des Serums mit dem Blut wird in Anbetracht des kurzen Abstandes zwischen der Kanüle
und der Stelle, an der das Gemisch zustande kommt, kaum möglich sein.
Um diese Störungen der Strömungsstärke zu vermeiden, kann in der Kanüle 3 der ersten Öffnung gegenüber
eine zweite Öffnung vorgesehen werden (nicht dargestellt).
Im nachfolgenden wird die Vorrichtung ohne die Voltmeter als Meßvorrichtung bezeichnet.
In der in F i g. 2 dargestellten Meßvorrichtung befindet sich stromabwärts der ersten Kanüle 3 eine
zweite Kanüle 14. Mit dieser Kanüle 14 ist eine (nicht dargestellte) Pumpe verbunden, die einen Teil
des Gemisches Serum/Blut mit der Temperatur T2
abführt. Im unteren Ende 4 der Kanüle 3 befindet sich dann kein Thermo-Element. Das Serum wird
durch eine mittlere Öffnung 15 eingespritzt, jedoch ist die Öffnung 15 auch durch seitliche im unteren
Ende der Kanülenwand angebrachte Öffnungen ersetzbar. Die Abführungskanüle 14 besitzt gleichfalls
eine mittlere Öffnung 16, durch die das Gemisch abgeführt wird. Der Abstand zwischen den beiden Kanülen
hängt im wesentlichen von der Geschwindigkeit und der Viskosität des Blutes ab und muß derart
sein, daß in dem Bereich, in dem infolge des Einspritzens des Serums Wirbelung auftritt, die beiden
Flüssigkeiten sich gut vermischen. Die durch die Kanüle 14 abgeführte Flüssigkeitsmenge muß gleich der
durch die Kanüle 3 eingespritzten Menge sein, so daß verhütet wird, daß vor der Kanüle 3 ein Gegendruck
entsteht, der die Durchströmung des Blutes hemmen würde. Zum Messen der Temperatur T9
sind in der Kanüle 11 zwei Thermo-Elemente 7 und 9 angebracht, die wie zuvor gegensinnig zu den
Thermo-Elementen 10 und 11 (letzteres wird rektal angebracht) geschaltet werden. Um die Temperatur
T3 genauer zu messen, kann das Thermo-Element 11
näher an die Kanüle 3 gebracht werden. Das Thermo-Element 11 kann in diesem Falle in Form
einer Kanüle ausgebildet sein.
F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung ähnlich der nach
ίο Fig.2, bei der aber eine dritte Kanüle 17 für die
Abführung, ähnlich der Kanüle 14, stromaufwärts vor der Kanüle 3 angebracht ist. Durch die Kanüle
17 kann eine geringe Menge reines Blut abgezogen werden, dessen Temperatur T3 durch ein im Inneren
der Kanüle 17 angebrachtes Thermo-Element 11 mit großer Genauigkeit gemessen wird.
Die in Fig.4 dargestellte Vorrichtung kann als
eine besondere Form der Vorrichtung nach F i g. 2 betrachtet werden. Das Meßgerät besteht aus einer
einzigen Kanüle 14 für die Abführung. Die Kanüle für das Einspritzen ist durch ein biegsames Rohr 18,
z.B. aus Kunststoff, ersetzt. Das Rohr 18 wird zum Einführen in die Blutbahn 2 in die Kanüle 14 eingebracht
und nach dem Einführen durch eine Öffnung
s5 in der Kanülenwand hindurchgeschoben. Sobald das
biegsame Rohr die Innenwand der Blutbahn 2 berührt, wird das Rohr umgebogen und legt sich längs
der Blutbahn in einer zur Strömungsrichtung entgegengesetzten Richtung. Wenn das in die Blutbahn
eingeführte Rohrstück lang genug ist, wird das Serum 5 eingespritzt und vermischt sich mit dem Blut. Das
Blut wird durch die Öffnung 16 der Kanüle 14, durch die sich das Rohr 18 erstreckt, abgesogen. Die
Temperaturen werden in leichter Weise gemessen wie bei der Vorrichtung nach F i g. 2.
Wenn die Messung beendet ist, wird das Rohr 18 wieder in die Kanüle 14 hineingezogen, bevor die
Kanüle aus der Blutbahn entfernt wird.
Das Meßgerät nach F i g. 5 besteht aus einem Katheter 19, der innerhalb der Blutbahn 2 und parallel
mit ihr eingebracht ist. Der Katheter besitzt zwei parallele horizontale Röhrchen 20 und 21, die mit nicht
dargestellten Vorrichtungen zum Einspritzen bzw. zum Abführen von Flüssigkeit verbunden sind. Jedes
Röhrchen mündet in einen senkrechten Kanal 22 bzw. 23, der in der Blutbahn senkrecht zur Strömungsrichtung
ausläuft. Das Serum wird durch das Röhrchen 20 und den Kanal 22 hindurch eingespritzt
und durch den Kanal 23 und das Röhrchen 21 hindurch abgeführt. Die Thermo-Elemente 7 und 9 sind
im Röhrchen 21, das Thermo-Element 10 im Röhrchen 20 und das Thermo-Element 11 im Kopf des
Katheters untergebracht. Die Thermo-Elemente sind wie zuvor mit gleichen Kreisen verbunden (in F i g. 5
nicht dargestellt).
Im Rahmen der Erfindung sind Abänderungen möglich, insbesondere können die Thermo-Elemente
durch andere temperatur-empfindliche Elemente ersetzt werden, die die Informationen bezüglich der
Temperaturunterschiede, oder gegebenenfalls die Temperaturen selbst, an ein Rechenelement liefern.
Die Kanülen können zu einer Einheit zusammengesetzt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum Messen der Strömungsstärke einer durch einen schwer absonderbaren Kanal
strömenden Flüssigkeit (primären Flüssigkeit), insbesondere zum Messen der Strömungsstärke
von Blut in der Blutbahn, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Hilfsflüssigkeit
(5), deren Temperatur von der Temperatur der primären Flüssigkeit (1) abweicht, eine be- ίο
kannte Menge pro Zeiteinheit in den Flüssigkeitskanal (2) eingebracht und der Temperaturunterschied
zwischen den gemischten Flüssigkeiten und der eingebrachten Flüssigkeit (5) sowie der
Temperaturunterschied zwischen der primären Flüssigkeit (1) und den gemischten Flüssigkeiten
gemessen wird, wobei die Strömungsstärke aus dem Produkt der Strömungsstärke der eingebrachten
Flüssigkeit (S) und dem Quotienten der beiden erwähnten Temperaturunterschiede be- ao
stimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Messen der Strömungsstärke von Blut in der Blutbahn,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeit (5) in einen Blutumlauf kanal mittels einer Injektionskanüle
(3) eingebracht wird, deren Ende (4) eine Ausströmöffnung (6) besitzt und durch die
Wand des Kanals (2) hineingeführt ist.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Meßgerät vorgesehen ist, das mit einer Injektionskanüle (3) mit einer Ausströmöffnung
(6) und mit Mitteln zum Messen der Strömungsstärke der ausfließenden Flüssigkeit
(5) sowie einem temperatur-empfindlichen Element (10) versehen ist, und weiterhin wenigstens
ein temperaturempfindliches Element (7) in dem von den vermischten Flüssigkeiten eingenommenen
Bereich angebracht und ein weiteres temperatur-empfindliches Element (11) mit der
primären Flüssigkeit (1) in Berührung ist, wobei die erwähnten Elemente (7, 10, 11) mit elektrischen
Stromkreisen verbunden sind, die Anzeigegeräte (12, 13) enthalten, in der Weise, daß der
Temperaturunterschied zwischen den gemischten Flüssigkeiten (1, 5) und der Hilfsflüssigkeit (5)
als auch der Temperaturunterschied zwischen der primären Flüssigkeit (1) und den gemischten
Flüssigkeiten (1, 5) angezeigt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionskanüle (3) in nahezu
senkrechter Richtung in den Kanal (2) eindringt und an dem im Kanal (2) liegenden Ende
in ihrer Seitenwand wenigstens eine Öffnung (6) aufweist, durch die die Hilfsflüssigkeit (5) in
einer zur Strömungsrichtung der primären Flüssigkeit (1) entgegengesetzten Richtung eingespritzt
wird, und für die Temperaturmessung ein erster Satz (7,10) von zwei gegensinnig geschalteten
Thermo-Elementen vorgesehen ist, die im Kanal (2) in der Höhe des unteren Endes der Injektionskanüle
(3) bzw. im Innern der Injektionskanüle angeordnet sind, und ein zweiter Satz (7,
11) von zwei gegensinnig geschalteten Thermo-Elementen vorgesehen ist, die im Kanal stromaufwärts
vor der Injektionskanüle (3) bzw. in der Höhe des unteren Endes der Injektionskanüle (3)
angebracht sind (F i g. 1).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes mit einer
Pumpe verbundenes Auslaßröhrchen (14) im Kanal (2) stromabwärts der Injektionskanüle (3) angebracht
ist, wobei das Lm Kanal (2) liegende Ende des Auslaßröhrchens (14) mit einer Öffnung
(16) versehen ist, durch die wenigstens ein Teil der gemischten Flüssigkeiten abgeführt wird,
und' wobei vom zuersterwähnten Thermo-Elementensatz
das eine Element (7) im Auslaßröhrchen und das andere (10) in der Injektionskanüle
untergebracht ist, und vom weiten Thermo-Elementensatz das eine Element (11) im Kanal
stromaufwärts vor der Injektionskanüle und das andere Element (9) im Auslaßröhrchen (14) untergebracht
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, mit einer Pumpe
verbundenes Auslaßröhrchen (17) im Kanal (2) stromaufwärts vor der Injektionskanüle (3) angebracht
ist und dessen im Kanal (2) liegendes Ende eine Öffnung aufweist, durch die ein Teil
der primären Flüssigkeit (1) abgeführt wird, und wobei vom zweiten Thermo-Elementensatz das
eine Element (9) im ersten Auslaßröhrchen (14) und das andere (11) im anderen Auslaßröhrchen
(17) untergebracht ist (F i g. 3).
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine biegsame Injektionskanüle
(18) vorgesehen ist, die sich durch das erste Auslaßröhrchen (14) erstreckt, derart,
daß sie in den Kanal (2) stromaufwärts vor dem ersten Auslaßröhrchen (14) mündet (F i g. 4).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanülen
(14) in Form von Hohlnadeln ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßgerät in
Form eines Katheters (19) vorgesehen ist, der im Kanal (2) in der Strömungsrichtung der primären
Flüssigkeit (1) angebracht ist und in dem sich die Injektionskanüle (20) und ein Auslaßröhrchen
(22) befinden, welche in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung der primären Flüssigkeit
(I) in den Kanal (2) münden, und wobei von einem Thermo-Elementensatz das eine Element
(II) im vorderen Teil vor dem Katheter (19) und
das andere Element (9) im Auslaßröhrchen (21) angebracht ist, und vom anderen Thermo-Elementensatz
das eine Element (7) im Auslaßröhrchen (21) und das andere Element (10) in der Injektionskanüle
(20) untergebracht ist (F i g. 5).
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