DE2314336A1

DE2314336A1 - Katheter zum messen der blutdurchlaufgeschwindigkeit und dgl

Info

Publication number: DE2314336A1
Application number: DE19732314336
Authority: DE
Inventors: Alexander Kolin
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1972-03-22
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1973-10-11
Also published as: FR2177015B1; SE392208B; US3757773A; DE2314336C2; GB1432233A; NL7303923A; CA980421A; FR2177015A1; JPS4948183A

Description

Pttenttnwilt·: 231433g 22. März 1973

br. Ing. Walter Abte ^{236 815}

Dr. Dieter F. Morf Dr. Hans-A. Brauns

THE REGENTS OF THE UNIVERSITY CALIFORNIA Los Angeles, Californien, V.St.A.

Katheter zum Messen der Blutdurchlaufgeschwindigkeit

und dgl.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Katheder oder Sonden» die beispielsweise zum Messen der Blutdurchlaufgeschwindigkeit im Blutgefäß oder der Veränderungen des Durchmessers des Blutgefäßes bzw. der Durchlaufgeschwindigkeit des Blutes durch den Herzvorhof oder zum Schrittmachen in ein Blutgefäß eingeführt werden können. Der erfindungsgemäße Katheder ist so konstruiert, daß er bei seiner Einführung von aussen in ein Blutgefäß in seiner Querdimension in Form eines schmalen länglichen Stückes zusammenfällt. Dieses Instrument kann eine Einrichtung wie z.B. eine Spule aufweisen, die sich ausserhalb des Patienten oder des Tieres befindet und von dem Kathederteil des Instruments abgesondert ist und ein Magnetfeld im Blutgefäß erzeugt. Da keine Magnete in den Katheder eingeführt werden müssen, der lediglich Elektroden zum Empfang des Signals enthalten muß, kann der Katheder mit ausserordentlieh kleinen Querdimensionen ausgebildet sein,

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Die Durchlaufgeschwindigkeit in einem Blutgefäß kann durch einen elektromagnetischen kathederartigen Mengenbzw. Durchflußgeschwindigkeitsmesser quantitativ bestimmt werden, der einen elektromagnetischen Grundwandler aufweist, welcher in ein dünnes kathederartiges Rohr aufgenommen ist und in ein Zweigblutgefäß, wie z.B. in die Oberschenkelschlagader oder in die Jugularvene eingesetzt und von dort in eine Hauptarterie, wie z.B. die Aorta oder die Lungenarterie bzw. in eine Vene, wie z.B. die große Hohlvene umgeleitet werden kann. Die hier verwendete Bezeichnung Katheder bedeutet, daß das erfindungsgemäße Instrument in das Gefäßsystem gewöhnlich durch einen Katheder eingesetzt wird.

Die kathederartigen Mengenmesser nach dem Stand der Technik sind jedoch immer noch eher groß und weisen typisch einen Durchmesser von 3 - 4 mm auf, so daß größere Öffnungen im Blutgefäß als jene erforderlich sind, die normalerweise als sicher betrachtet werden, wobei sie praktisch durch eine kleine Öffnung durch die Haut des Patienten hindurch eingeführt werden müssen.

Das erfindungsgemäße Sondeninstrument bzw. der Katheder nach der vorliegenden Erfindung weist einen elastischen Berylliumkupferrahmen auf, der in der Querrichtung zu seinem perkutanen Einsatz in ein Blutgefäß des Patienten zusammenfallen kann. Die Sonde wird dann von einem schmalen Zweigblutgefäß zum Hauptblutgefäß oder zur Arterie geleitet, worin sie sich in der Querrichtung ausdehnt, um die Innenwände der Arterie zu berühren. Der Rahmen der Sonde paßt sich somit selbst an den Innendurchmesser des jeweiligen Blutgefäßes, in welchem er sich befindet, wie z.B. einer Arterie oder Vene, so daß dieser Rahmen die gesamte Durchflußmenge in dem Gefäß messen kann. Die Sonde

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kann auch zum Messen des Durchmessers des Gefäßes und/oder zum Messen der Durchlauf geschwindigkeit des Blutes durch den Herzvorhof bzw. zum Schrittmachen verwendet werden.

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer nach de.m Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung ausgebildeten elektromagnetischen kathederartigen Meßfühlersonde;

Fig. 1A eine Teilansicht einer möglichen Form für die Elektroden der Meß- bzw« Probiereinrichtung;

Fig. 1B eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Sonde zum Ausgleich der Quadraturspannung bzw. Rechtwinkelspannung, wobei auch gezeigt wird, daß sich der Erfindungsgegenstand zum Einsetzen durch ein Zweigblutgefäß hindurch in ein größeres Blutgefäß eignet;

Fig. 2 einen Querschnitt des Blutgefäßes nach Fig. 1 im vergrößerten Maßstab, wobei das Magnetfeld gezeigt wird, das durch die Aussenspule der vorliegenden Erfindung aufgebaut wird und das Blutgefäß durchquert;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen, verbesserten elektromagnetischen Meßfühler sonde, wobei gewisse elektrische Komponenten, die damit verbunden sind, als Blockschaltbild gezeigt sind;

Fig. 3A eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Aussenspule, die in der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

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Fig. 4 eine schematische Darstellung des Meßfühlerteiles einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei die Art und Weise veranschaulicht wird, in welcher ein elektrisches System zum Ausgleich von Unterschieden bei den Zwischenelektrodenentfernungen der Sonde und für Veränderungen der örtlichen Intensität und/ oder Richtung des Magnetfeldes verwendet werden kann, wie z.B. der Relativstellung der Aussenspule und der Innenmeßfühlerveränderungen, während sich das Blutgefäß ausdehnt oder zusammenzieht;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines kathederartigen Durchflußmengenfühlers zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens, wobei einer Einrichtung zum Ausgleich von durch die Sonde erzeugten Quadraturfehlerspannungen j

Fig. 6*und 7 weitere mögliche Ausgleichsysteme und Schaltungen zur Unterdrückung der Quadraturfehlerspannung;

Fig. 8 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform der Sonde, die Verwendung finden kann;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen verbesserten Sonde zum Messen der Durchflußmenge bzw. des Durchmessers der Bxutgefäße;

Fig. 9 A eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 9;

Fig. 9 B eine Schaltung die in Verbindung mit der Sonde nach Fig. 9A verwendbar ist.

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Die Fig. 9, 9A und 9B zeigen die bevorzugte Ausführungsform.

In der Darstellung der Fig. 1 ist der Meßfühlerteil einer elektromagnetischen kathederartigen Sonde zum Messen der Durchflußmenge bzw. des Durchmessers der Blutgefäße nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, die in eine Leitung wie z.B. in das Blutgefäß 10 eingesetzt ist. Die Kathedereinheit weist ein Rohr oder einen Isolierüberzug auf 18, durch welchen sich zwei Drähte L₁ und L₂ hindurch erstrecken wobei diese Drähte mit Elektroden E₁ und E₂ auf eine Weise verbunden sind» die nachfolgend und insbesondere in Verbindung beispielsweise mit den Fig. 1B, 6, 9, 9A und 9B zu beschreiben sein wird. Die Elektroden E₁ und E₂ sind auf einem elastischen Rahmen 17 angeordnet, der an den Anschlüssen geschlossen und in Form einer Schleife ausgebildet ist und beispielsweise aus einem Berylliumkupferdraht besteht, wobei die Enden der Schleife zweckmäßig am Rohr 18 befestigt sind oder sich durch das Rohr oder den Mantel 18 hindurch mit den Elektrodenzuleitungen L₁ und L₂ in Richtung auf den Stecker des Wandlers erstrecken können. Der mit dem Rahmen 17 verbundene Draht ist durch einen Mantel aus Teflon oder Polyurethan oder einem anderen zweckmäßigen Material, welches nicht dazu neigt, das Blut zu gerinnen, elektrisch isoliert. Die Elektrodenzuleitungen L-. und L₂ sind ebenso durch einen ähnlichen Mantel isoliert. Somit befinden sich nur die Elektroden E₁ und E₂ praktisch in elektrischem Kontakt mit dem Blut im Blutgefäß 10. Mit dem Bezugszeichen 14 ist die Spitze eines Katheders für Röntgen-Vasographie angedeutet, der in das Blutgefäß 10 durch einen seiner Zweige nach der üblichen perkutanen Methode eingeführt und durch welchen der Rahmen 17 in das Blutgefäß 10 eingeleitet wird.

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Die Elektroden E₁ und/oder E„ können beispielsweise, wie in Fig.1 A gezeigt, gebildet werden, indem einfach einige Windungen eines nackten Drahtes an den Enden der isolierten Zuleitungen L₁ oder Lp um den isolierten Draht 17 herum gewickelt wird, wodurch der Rahmen der Sonde gebildet wird.

Es ist ersichtlich, daß der iäihederteil des Mengenmessers, der aus den flexiblen Drähten innerhalb des Gehäuses 18 und dem Rahmen 17 besteht, in eine verengte Quer- oder Seitendimension zusammenfallen kann, um in das Blutgefäß 10 durch den Katheder 14 und das Zweiggefäß 12 hindurch eingeführt zu werden, nachdem er durch eine kleine Öffnung in der Haut durchgeführt worden ist, durch welche der Katheder 14 für Röntgen-Vasographie eingeführt wird. Sobald sich die Meßfühlersonde in dem Blutgefäß 10 befindet, dehnen sich die Seiten des Rahmens elastisch aus, um die in Fig. 1 gezeigte Stellung einzunehmen, wobei die Seiten mit der Innenwand des Blutgefäßes 10 in Anlage kommen und die Elektroden E₁ und Ep so auseinander gestreckt werden, daß sie sich an entgegengesetzten Seiten des Stromes der Flüssigkeit befinden, die durch das Blutgefäß läuft. Der Sondenabschnitt kann sogar auch dann verwendet werden, •wenn er nicht bis zum vollen Durchmesser des Gefäßes 10 ausgedehnt ist, wobei er in diesem Fall viel mehr als Geschwindigkeitsmesser, und nicht als Durchflußmengenmesser wirkt.

Ein Magnetfeld wird in dem Blutgefäß in dem Raum zwischen den Elektroden E₁ und E₂ mittels beispielsweise einer Aussenspule 16 erzeugt, durch welche ein das Magnetfeld erzeugender Strom (vorzugsweise Gleichstrom) durch die Leitungen W₁ und W₂ geleitet wird. Die Aussenspule 16 kann zweckmäßig ausgebildet sein, um das gewünschte Magnetfeld in der Leitung 10 zu erzeugen. Die Aussenspule 16 309841/0419

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kann beispielsweise in Form einer Wiege ausgebildet sein, so daß der Patient innerhalb der Spule liegen kann. Wechselweise können auch kleinere Spulen 16 vorgesehen werden, die auch eine wiegenförmige Ausbildung haben, so daß in diese Wiege ein Arm oder Schenkel des Patienten gelegt werden kann. Die Spule kann auch rund und flach sein, wie in Fig. 1 gezeigt, wobei sich der Patient oberhalb, neben oder unterhalb der Spule befinden kann. Wechselweise können zwei oder mehrere Spulen verwendet werden, wobei der Patient zwischen diesen Spulen eingepreßt wird.

Die Spule 16 kann jede beliebige Anzahl von Windungen haben, um somit das gewünschte Magnetfeld B in der Leitung 10 zu erzeugen, wie in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 ist das Blutgefäß 10 in vergrößertem Maßstab im Querschnitt gezeigt. Die (in Fig. 2 nicht gezeigte) Wechselstromspule 16 erzeugt ein Wechselmagnetfeld mit einer Komponente in der gezeigten Richtung nach Fig. 2 (die durch die Vektoren B angedeutet ist) in Blutgefäß 10, so daß die durch das Blutgefäß strömende Flüssigkeit quer durch dasMagnetfeld läuft und eine Wechselspannung erzeugt, die durch die Elektroden E₁ und E„ aufgenommen wird. Die Elektroden E- und E₂ sind vorzugsweise mit Platin überzogen oder auf andere Weise behandelt, um nichtpolarisierbare Eigenschaften zu haben.

Der elastische Rahmen 17 kann beispielsweise aus einem einzigen Draht aus Berylliumkupfer mit einer Dicke von 9 mm bestehen, der in Form einer Haarnadel am rechten (geschlossen) Ende gebogen ist, wobei das Gehäuse oder der Mantel 18 beispielsweise aus Teflon oder Polyurethan oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial bestehen kann, wie oben erwähnt wurde. Der Drahtrahmen 17, wie ebenso schon erwähnt, kann mit einem ähnlichen Isiier-

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material überzogen werden. Die Drähte L₁ und L₂ können rupferdrähte sein, die mit Polyurethan oder Teflon oder einem anderen zweckmäßigen Isoliermaterial isoliert sind.

Die Spule 16 kann auch jede beliebige Querschnittsform haben, wie oben erwähnt. Sie erzeugt ein Wechselmagnetfeld in rechten Winkeln zu seiner Ebene. Dieses Magnetfeld dringt durch den Patienten und das Blutgefäß hindurch, in welchem der Kathederrahmen mit seinen Elektroden E₁ und E_ erhjesetzt ist, so daß die mit den Elektroden verbundene Leitung vorzugsweise senkrecht zum Magnetfeld liegt« Das Magnetfeld muß nicht sein, ist jedoch vorzugsweise gleichmäßig. In den Fig. 1 und 3 ist das Magnetfeld senkrecht zum Zeichnungsblatt.

Es wird angenommen, daß ein Blutstrom dem Querschnitt des in Fig. 2 gezeigten Blutgefäßes 10 in rechten Winkeln zur Ebene des Zeichnungsblattes durchquert. Infolgedessen wird eine elektromotorische Wechselkraft V in die leitende Flüssigkeit eingeführt und durch einen Spannungsunterscheid zwischen den Elektroden E₁ und E₂ ermittelt. Die durch die Flüssigkeit induzierte elektromotorische Spitzenkraft V kann aus der Gleichung

V₀ = ΙΟ"*⁸ B_o.d.v (1)

berechnet werden, worin B_Q die Spitzenmagnetkomponente, die sich senkrecht zur Zwischenelektrodenachse in Fig. 2 und in der Ebene des Rahmens erstreckt, d die Zwischenelektrodenentfernung und ν die durchschnittliche Flüssigkeitsgeschwindijceit bedeutet.

Der Durchlaufgeschwindigkeitsmesser mißt die durchschnittliche Durchflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die

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Arterie. Er kann auch die Volumgeschwindigkeit bzw· die Durchflußmenge messen, da sie durch das Produkt des Arterienquerschnitt "A" mal die durchschnittliche Flüssigkeitsgeschwindigkeit ¹¹V*¹ gegeben ist. Der Querschnittsbereich A = (n /4)d² kann aus dem Wert des Arteriendurchmessers d erhalten werden, der durch ein Radiogram der ausgedehnten Sondenschleife in der Arterie ermittelt ist.

Infolge der Biegsamkeit und Verformbarkeit der oben beschriebenen Durchlaufgeschwindigkeitsmeßsonde, die im wesentlichen ein gespaltener Schnittkatheder ist, kann sie in Seitenzweige der Arterien gemäß der üblichen Praxis für Röntgen-Vasographie eingeführt werden, so daß die Blutdurchflußgeschwindijceit durch Organe gemessen werden kann, die durch den ausgewählten Blutzweig gespeist werden. Der Durchmesser der Arterie, deren Durchflußgeschwindigkeit des Blutes gemessen wird, muß auch bekannt sein, um die Empfindlichkeit des Wandlers hinsichtlich der Durchflußmenge zu ermitteln. Dieser Durchmesser kann mit Röntgenstrahlen ermittelt werden, wobei der Rahmen des Durchflußmessers als Schatten in dem Röntgenbild erscheint und seine Querdimension den Innendurchmesser der Arterie zeigt, wenn der Rahmen so orientiert ist, daß eine maximale Breite oder Weite des Rahmens in Projektion auf dem Röntgenfilm erhalten wird.

Fig. 1B zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Sonde, bei welcher die Zuleitung L₁ mit der Elektrode E₁ verbunden ist, anstatt bei E₁ zu enden, wobei sie neben dem Rahmen 17 herumläuft und durch das Gehäuse oder den Mantel 18 als Leitung L₁" eintritt. Zwecks Identifizierung in Fig. 1B ist die kürzere der beiden Leitungen L₁, die mit E₁ verbunden sind mit dem Bezugszeichen L₁· versehen. Die

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beiden Teile L₁ ¹ und L " der Schleife, die dabei gebildet wird, ergeben eine Phasenfühlerschleife, die durch zweckmäßige Verbindung mit L₁ ¹ und L₁" eine Anzeige des Signals geben, das in die Schleife durch das Wechselmagnetfeld induziert ist, welches in der Schleife 16 erzeugt worden ist. Dieses Schleifensignal kann überwacht und entweder durch manuelle Steuerung oder automatisch durh eine automatische Verstärkungsregelung verwendet werden, um die Detektor- und Verstärkerschaltung einzustellen bzw. zu verstellen mit welcher die Elektroden E₁ und E₂ verbunden sind, wie nachfolgend näher erläutert. Eine weitere wichtige Verwendung der in die Schleife induzierten Spannung ist, den phasenempfindlichen Detektor so einzustellen, daß .er diese Spannung nicht fühlt. Dann fühlt der Verstärker das Durchflußsignal optimal ab und ist unempfindlich auf die von der Strömung unabhängige Quadraturspannung. Fig.2B zeigt auch die Art und Weise, in welcher der Katheder in das Gefäß 10 durch ein Zweiggefäß 12 eingesetzt werden kann.

Das in Fig. 3 gezeigte System erläutert die Art und Weise, in welcher die Aussenspule 16 von einer geeigneten Wechselstromquelle 50 mit Strom versorgt werden kann, mit welcher die Leitungen VZ₁ und Wp verbunden sind, so daß ein Wechselmagnetfeld innerhalb des Blutgefäßes erzeugt werden kann, wie z.B. in der Aorta des Patienten. Die Leitungen L₁ und L₂ aus den Elektroden E₁ und E₂ leiten die induzierten Wechselspannungssignale einem geeigneten Detektor-Verstärker 52 zu, wobei das erhaltene verstärkte Signal an eine Aufzeichnungseinrichtung 54 eingelegt wird, so daß eine Aufzeichnung der Blutströmung gemacht werden kann. Die Wechselstromquelle 50 sowie der Detektor-Verstärker 52 und die Aufzeichnungseinrichtung 54 sind allgemein bekannte

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elektrische Einheiten und brauchen nicht n$her beschrieben verden.

Ein Problem bei der Vervendung der in den Pig. 1, 2 und gezeigten Aussenspulenanordnung besteht in den Veränderungen der Orientierung des Elektrodenrahmens %n Bezug auf die feststehende Magnetspule 16 und den Veränderungen der Stellung der Elektroden L₁ und L₂ innerhalb des Magnetfeldes der Aussenmagnetspule 16, Auch für Leitungen mit verschiedenen Größen ändert sich der Abstand d zwischen den Elektroden E₁ und E₃. Ein System zum Überwachen bzv. zur Steuerung und/oder zum Abgleich der Veränderungen der Empfindlichkeit der Durchlaufgeschwindigkeitsmeßsonde infolge der Wirkung von Veränderungen der Zwischenelektrodenentfernung sowie für Veränderungen in der örtlichen Intensität des Magnetfeldes und für Veränderungen des Winkels zwischen der Ebene des Rahmens 17 und dem Magnetfeld ist in Fig. 4 gezeigt. ι

In der Darstellung der Fig. 4 erstreckt sich eine isolierte Schleife eines Drahtes 56 um den elastischen Rahmen 17,(der in Fig· 4 klarheitshalber weggelassen ist) herum. Die isolierte Drahtschleife ist beispielsweise durch Leitungen W₁ ¹ und W₂ ¹ mit einem Kontrollgerät 60 für die Quadraturspannung oder für das Schleifensignal verbunden, das mit einer automatischen oder manuellen Verstärkungssteuerung (oder einem anderen Kontrollgerät für die Empfindlichkeit) kombiniert sein kann. Das selbsttätige oder manuelle Verstärkungssteuerungsüberwachungsgerät 60 dient zum Überwachen und Steuern der Verstärkung des verstärkten Teiles des Detektors^ Verstärkers 52 entsprechend den Veränderungen des Abstandes zwischen den Elektroden E-j und E₂ und der Magnetfeldstärkekomponente senkrecht zur Ebene des Rahmens, die durch Veränderungen der Ausrichtung oder Orientierung und Stellung

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der Sonde verursacht sind.

Die induzierte Quadraturspannung ist:

V* = 10""⁸ A dB/dt (2)

worin A der Schleifenbereich ist.

Es besteht eine funktioneile Korrelation zwischen dem Bereich A und dem Zwischenelektrodenabstand "d". Sie wird durch ein Linearverhältnis für Veränderungen des "d" in grober Annäherung ermittelt, welche 50 % nicht übersteigen. "Für eine genaue Eichung soll jedoch eine Korrelationskurve zwischen ^fld^M und"A" verwendet werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß im Falle, in welchem der Rahmen 17 sowie die Schleife 56 rhombisch sind, wie in Fig. 8 gezeigt oder in Form eines Sechseckes ausgebildet sind, wie in Fig. 9 gezeigt, anstelle der Kurvenform nach Fig. 1, das Verhältnis zwischen A und d bis innerhalb einiger 2 % in einem weiten Bereich aner Kompression des Zwischenelektroden-abstandes auf etwa 50 % dieses ursprünglichen Wertes in dem voll ausgedehnten Rahmen linear ist.

Bei dem Durchlaufgeschwindigkeitsmeßfühler der hier betrachteten Art bleibt der Spitzenwert "B" des Magnetfeldes im wesentlichen konstant, wogegen sich der Zwischenelektrodenabst and "d" bei Leitungen mit verschiedenen Durchmessern ändert, in welchen der Durchflußgeschwindigkeitsmeßfühler verwendet wird. Darüberhinaus ändert sich die Komponente des Magnetfeldes, die zum Induzieren einer Strömungssignalspannung wirksam ist, mit den Änderungen der Orientierung der Meßfühlerschleife und ebenso mit den Änderungen der Stellung des Schleifenrahmens innerhalb des nichtgleichmäßigen Magnetfeldes der Spule 16. Daher wird ein Ausgleich gemacht, indem der sich ändernde Wert von BxA durch die

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zusätzliche Ausgleichschleife gemessen wird, die durch den Draht 56 gebildet ist. (Die von den Schleifendrähten L₁! und L₁" in der Abwandlungsform nach den Fig. 9 und 9A abgeleitete Spannung kann auf dieselbe Art und Weise verwendet werden)·

Für ein sinusförmiges Feld haben wir:

Daher:

B = B₀ . sin t (3)

dB/dt = -B₀ .u . cosiJt .. (4)

und die in die Schleife induzierte Quadraturspannung V* ist:

V» = 10""⁸.A.dB/dt = -10""⁸.A.B_o. -..cos t (5) wobei der Spitzenwert wie folgt ist:

V₀* = tO"⁸. ^ .A.B_O = 10~⁸. ^ (fd) B₀ (6)

worin (df) = A, wobei f ein Faktor ist, der dem Verhältnis des Schleifenbereiches zum Schleifendurchmesser (d.h. dem Durchmesser der Leitung, in welcher sich die Schleife befindet) gleich ist.

Die gesamte Empfindlichkeit "S^M des Durchlaufgeschwindigkeitmeßfühlers umfaßt die Verstärkung ^Ma" des Verstärkers, so daß sie bei einer gegebenen Gleichstromfrequenz durch das Spitzenquadratursignal S_Q gemessen werden kann.

- V^a = ¹⁰~⁸^' ^{f ad B}o

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Die aus der Ausgleichschleife 56 aufgenommene Spitzenquadraturspannung V* ist sowohl dem Schleifenbereich A und der Komponente der Magnetfeldstärke B proportional, die zum Rahmen 17 senkrecht verläuft. Infolge des Verhältnisses A = fd können wir auch sagen, daß V_Q* das Produkt der Magnetfeldkomponente B und des Leitungsdurchmessers d mißt, trenn der Faktor f bekannt ist. Die Werte von f werden durch eine Eichkurve von A gegenüber d ermittelt.

Wenn der rhombische Rahmen und die Ausgleichschleife 56 nach Fig. 8 oder die sechseckige Schleife nach Fig. 9, wie oben erwähnt, verwendet werden, wird "£" im nutzbaren Kompressionsbereich praktisch konstant, wobei für die meisten Zwecke ein ausreichend rigoroses lineares Verhältnis zwischen A und d angenommen werden kann. Durch die durch die zusätzliche Schleife 56 (nach Fig. 4) oder die Schleife 70 (nach Fig. 9 und 9A) entwickelte Spannung wird dann das Produkt dB gemessen und kann an eine typische automatische Verstärkungssteuerschaltung 60 (oder eine andere Anzeigeeinrichtung für die Empfindlichkeit, wie schon festgestellt) angelegt, welche eine interne Verbindungsschaltungsanordnung aufweist, die den veränderbaren Faktor f erzeugt. Die manuelle oder selbsttätige Verstärkungssteuerschaltung 60 steuert die Verstärkung des Verstärkers 52, so daß das Produkt aB_Qd in der Gleichung (7) konstant gehalten wird und zwar ungeachtet von Veränderungen der Stellung, der Orientierung oder der seitlichen Abmessungen des Rahmens 17 oder der Schleife 60. Dies bedeutet, daß die Anzeige des Durchlaufgeschwind!gkeits— meßgerätes nur von der Geschwindigkeit der Flüssigkeit abhängt, die durch die Katheder- bzw, Sondeneinrichtung läuft, wobei es auch von Veränderungen des Abstandes zwischen den Elektroden E₁ und Ep und der Rahirenorientierung

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in dem Magnetfeld und von Veränderungen der Magnetfeldstärke in der Ebene des Rahmens 17 unabhängig ist, wenn der Kathedersondenabschnitt in Leitungen mit verschiedenen Durchmessern gebracht und/oder in verschiedene Stellungen innerhalb dines nichtgleichmäßigen Magnetfeldes bewegt wird und/oder von Veränderungen seiner Orientierung innerhalb des Magnetfeldes. Zur Bestimmung de» Durchflußmengegeschwindigkeit ist gesonderte Kenntnis des Durchmessers d der Leitung erforderlich. Der letztere kann beispielsweise durch Röntgenstrahlen ermittelt werden, wie durch den Schatten des Rahmens 17 in einem Röntgenbild gezeigt.

Statt eine automatische Verstärkungssteuerung 60 zu verwenden, kann ein Messer V (Fig. 6) anstattdessen verwendet werden, um die elektromotorische Kraft zu messen, die in die Schleife 56 oder zwischen die Anschlußklemmen der Schleifenabschnitte L₁ ¹ und L₁" in den Fig. 1B, 7, 9 und 9A induziert ist, zunächst, wenn sich die Schleife in einer Bezugsstellung und in einer optimalen Orientierung in dem Magnetfeld befindet. Dann wird durch die Veränderung der Anzeige des Meßfühlers, wenn die Schleife andere Stellungen und Orientierungen im Laufe der Messungen der Durchlaufgeschwindigkeit einnimmt, der Empfindlichkeitsfaktor bzw. werden die Empfindlichkeitsfaktoren angezeigt, welche an Anzeigen am Aufeichnungsgerät 54 für solche praktisch ermittelte Stellungen und Orientierungen der Durchlaufgeschwindigkeitsmeßfühlerschleife angelegt werden müssen. Wechselfeld-Durchlaufgeschwindigkeitmeßfühlern ist die Erscheinung eines Fehlersignals in der Phasenquadratur in Bezug auf das tatsächliche Strömungssignal, das unabhängig von der Durchflußmenge der Flüssigkeit ist. Dieses ^HQuadraturfehler"-Bindesignal ist derselben Art wie das Signal, das von der Schleife 56 in Fig. 4 aufgenommen wird, und kann in einer Größenordnung oberhalb

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des Durchflußsignals liegen und muß unterwirkt werden, und zwar auch dann, wenn eine phasenempfindliche Ermittlung verwendet wird. Die nachfolgende Betrachtung ergibt den Gedanken, durch welchen ein einfaches und sehr wirksames Ausgleichsystem zum Beseitigen des Nullfehlers empfohlen wird.

Der von den isolierten elastischen Drähten bestehende Rahmen 17» wie in Fig. 5 gezeigt, ist mit zwei Elektrodenpaaren S₁ ¹ und Ep¹ bzw. E₁", E " versehen, wobei Leitungen L₁ ¹ und L ' mit den Elektroden des ersten Paares und Leitungen L " und L" mit den Elektroden des zweiten Paares verbunden sind. Wird angenommen, daß die Leitungen L₁' und Lp' durch den Widerstand R" überbrückt sind, so wird durch die elektromotorische Kraft, die in die Schleife induziert ist, die durch L₁ ¹, L₂ ¹ E₁' und E₂ ¹ dargestellt ist, durch ein Wechselmagnetfeld senkrecht zur Ebene der Fig. 2, ein Strom I¹ erzeugt, der zwischen den Elektroden E₁ ' und E₂ ¹ in der in Fig. 5 gezeigten Richtung strömt, wobei eine Spannung zwischen den Elektroden erzeugt wird. Dasselbe Magnetfeld wird eine elektromotorische Kraft in demselben Sinn in der Schleife L₁", L₂", E₁", E₂" induziert, wobei ein entsprechender Strom i" in einer Richtung fließt, die dem i' entgegengesetzt ist, wodurch eine Spannung an den Elektroden E₁" und E₂" der entgegengesetzten Polarität in Bezug auf die Spannung an den Elektroden E₁ ' und E₂ ¹ erzeugt wird.

Ist nun die Elektroden E₂ ¹ mit der Elektrode E₂" und die Elektrode E₁ ¹ mit der Elektrode E₁" verbunden und sind die beiden entgegengesetzten Spannungen zwischen den Elektrodenpaaren in Bezug auf ihre Größe gleich, so wird der Spannungsunterschied zwischen den verbundenen Elektroden gleich Null sein. Auf diese Weise kann die Quadratürspannung

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die bei Nullströmung der Flüssigkeit induziert wird und unabhängig von der Strömung der Flüssigkeit ist, beseitigt werden. Bs gibt aber keine Beseitigung oder Aufhebung bzw. eine Sahwächung der durch die Strömung induzierten Spannung, so daß während das Quadraturfehlersignal löscht, das tatsächliche Strömungssignal tut das nicht.

Es ist offensichtlich, daß dieselbe Löschung bei den zweiten Elektroden E₁ und E₂ vorliegen wird, wie z.B. bei dem System nach Fig. 6 gezeigt, wenn die in der Schleife richtig zentriert sind, da zwei miteinander verbundene benachbarte Elektroden E₁ ¹* E-" oder E₂ ¹, E₂" einer einzigen Elektrode E₁ oder E₂ paarweise äquivalent sind. Es ist deswegen möglich, ein vollkommenes Nullsignal bei Nullströmung zu erhalten, indem zwei Elektroden E₁ und E₂ verwendet und eine von diesen Elektroden oder beide Elektroden hinauf und herunter bewegt werden, bis ein Nullquadratursignal bei Nullströmung registriert wird. Eine derartige mechanische Verstellung ist jedoch kritisch und umständlich. Es ist deswegen erwünscht, die mechanische Einstellung oder Verstellung durch eine elektrische Ausgleichmethode zu ersetzen, wie z.B. die in Fig. 6 gezeigte.

Die Elektroden E-, und E₂ in Fig. 6 sind am isüerten elastischen Rahmen 17, wie bei der vorherigen Ausführungsform angeordnet. In der Schaltung nach Fig. 6 sind beide Leitungen L₁ ¹ und L₁ ¹¹ mit der Elektrode E₁ verbunden, wobei sich diese Leitungen halbwegs um den Rahmen 17 herum erstrecken und mit entgegengesetzten Anschlußklemmen eines Potentiometers P verbunden sind. Auf ähnliche Weise sind die beiden Leitungen L₂ ¹ und L₂ ¹¹ mit der Elektrode E₂ ¹, wobei sich diese letztgenannten Leitungen um die andere Hälfte des Rahmens herum erstrecken. Die Leitungen L₂ ¹ und L₂ ¹¹ sind miteinander verbunden, wobei diese Leitungen und der Kontaktarm oder der Schleifer des Potentiometers 309841/0419

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P am Eingang des Detektor-Verstärker 52 angeschlossen sind, der wiederum mit der Aufzeichnungseinrichtung 54 verbunden ist. Der Eingang zur (selbsttätigen) Verstärkerregelungs— überwachungseinrichtung 60 ist am Potentiometer P angeschlossen. Parallel zum Detektor-Verstärker 52 befindet sich ein Quadraturphasendetektor-Verstärker 53. Der Verstärker 52 kann nur auf das durch die Strömung bestimmte Signal aus den Elektroden E₁ und E_ des Strömungsmeßfühlers ansprechend gemacht werden, das mit dem Magnetfeld in Phase ist, wogegen der Detektor 53 sowie die von Hand oder selbsttätig betätigbare Verstärkungsregelungsschaltung 60 nur auf das Fehlersignal aus den Elektroden und der in die Drahtschleife 56 induzierten elektromotorischen Kraft ansprechen, die sich in Bezug auf das Magnetfeld in Phasenquadratur befinden. Um die Ansprechbarkeit des Strömungsdetektors 52 nur auf das Strömungs- bzw. Durchlaufgeschwindigkeitssiynal zu gewährleisten, wird das Datum dieses phasenempfindlichen Detektors durch eine Bezugsspannung gesteuert, die aus dem Signi abgeleitet wird, das aus der Schleife 56 oder dem Potentiometer P in die Verstärkungsregelungsschaltung 60 eingeführt und zum Durchlaufgeschwindigkeitsdetektor 52 abgezweigt wird. Das Tor ist so eingestellt, daß ein Null— ausgang aus dem Verstärker 52 abgeleitet wird, wenn der Schleifenausgang, der normalerweise mit 60 verbunden ist, an den Eingang von 52 angelegt wird (siehe Glasser: Medical Physics, Vo. 2, p. 141. Yearbook Publ. Co. 1960). Um den Nullfehler infolge der Assymetrie der Sonde zu unterdrücken, wird der Schleifer am Potentiometer P verstellt, bis der Anzeiger 55, der mit dem Ausgang des Quadraturphasendetektors-Verstärker 53 verbunden ist, Null anzeigt, obwohl durch die Quadratürspannung ohne mechanische Verstellung beseitigt wird.

Das oben erwähnte Eichungssignal "V*" nach Fig, 6 erscheint am Potentiometer P und kann an die automatische VerStärkungs-

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regelung 60, sowie an den Durchlaufgeschwindigkeitsdetektor 52 angelegt werden, um die Bezugs spannung für den phasenempfindlichen Detektor zu erhalten, wie gezeigt. Statt drei getrennte elektronische Kanäle zu verwenden, wie durch die Blöcke 52, 53 und 60 dargestellt, kann ein einziger phasenempfindlicher elektronischer Kanal, mit Phasensteuerung zum Überwachen bzw. Steuern des Durchflußgeschwindigkeitssignals, des Qudraturspannungs-und Eichungssignals V* in einer Reihenfolge statt gleichzeitig vervendet werden, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Bezugsspannung für diesen elektronischen Kanal kann durch die Magnetstromzufuhr erhalten werden, wie es oft bei den üblichen elektromagnetischen Blutmeßfühlern bzw. ihren elektronischen Kanälen geschieht, wie in Fig. 3 gezeigt.

Es ist ersichtlich, daß sowohl die Detektoren und Verstärker 52 bzw. 53 phasenempfindlich sind, wobei der Detektor-Verstärk er 52 nur auf das durch die in Phase befindliche Strömung bestimmte Signal aus den Elektroden E-,, E„ anspricht, wobei der Quadraturphasendetektor-Verstärker 53 sowie die automatische Verstärkungsregelungsschaltung 60 nur auf die Quadraturphasenspannung ansprechen, die sich 90° in Bezug auf das Magnetfeld phasenverschoben befindet. Bei einer derartigen Anordnung ist sehr vorteilhaft das System nach Fig. 6 oder Fig. 7 zu verwenden, um den Strömungsdetektor 52 unempfindlich auf die Quadraturspannung und das Quadratursignal zu halten, das an den Detektor 53 bei Null-Amplitude angelegt wird, um einen Ausgang aus dem Strömungsdetektor-Verstärker 52 von einem Nullwert bei Nullströmung zu gewährleisten. Eine Zweckmäßige Grundleitung kann durch Kurzschließen des Ausgangs des Detektors 52 erzielt werden, da die Grundleitung die durch Kurzschließen des Verstärkerausganges dann dieselbe ist, vie die Grundleitung, die durch Stoppen der Strömung der Flüssigkeit erhalten wird.

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Es ist klar, daß die Drahtleitungen Lq¹ und L₂"» welche die Elektrode E₂ mit dem Verstärkereingang nach Fig. 6 verbinden, durch eine einzige Leitung L₂ ersetzt werden können, wie inFig. 7 gezeigt. Das System nach Fig. 7 mit der Sonde nach Fig. 1B ist nun die bevorzugte Ausführungsform und ist genauso wirksam, wie die Schaltung nach Fig.6. Die Schaltung nach Fig. 7 hat jedoch den Vorteil einer größeren Einfachheit der Konstruktion. Wie bei der Schaltung nach Fig. 6 kann der Quadraturspannungsabfall V* und Potentiometer P als Maß des Produktes des Zwischenelektrodenabs tandes d multipliziert mit der Komponente des Magnetfeldes B verwendet werden, das zur Ebene des Rahmens 17 senkrecht verläuft und zwar in der oben in Verbindung mit dem Ausgleichsystem nach Fig. 4 beschriebenen Art und Weise. Wie bei Fig. 6, ist der Quadraturphasendetektor-Verstärker 53 mit dem Strömungsdetektor-Verstärker 52 parallel geschaltet, wie gezeigt, wobei der letztere seine Bezugsspannung aus dem Potentiometer oder der Schleife ableitet, die am Potentiometer über die Schaltung 60 verbunden ist. Um die Mengendurchflußgeschwindigkeit zu erhalten, kann der Innendurchmesser der Arterie beispielsweise wie oben vorgeschlagen durch den Röntgenschatten des Umrisses des Rahmens 17 in dem Röntgenbild bestimmt werden. Der gemessene durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeitswert multipliziert mit dem Arterienquerschnitt ergibt Mengendurchlaufgeschwindigkeit.

Bezugnehmend auf Fig. 9 zeigt diese Figur einen Kathedensondenmeßfühler, der im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet ist und zum Messen des Blutstromes auf ähnliche Weise wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen dient. Der Kathedersondenmeßfühler 70 besteht aus einer Schleife, die z.B. aus einem mit Teflon isolierten Berylliumkupferdraht mit einem Durchmesser von 0,2 mm be-

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stehen kann. Ein Teil E₁ der Schleife 70, von welchem die Isolierung beseitigt ist, wirkt als eine der Elektroden und somit reduziert weitgehend die seitlichen Dimensionen der Kathedersonde. Ein dünner mit Teflon isolierten Kupferdraht 66 (beispielsweise mit einer Dicke von 3 mm), der mit der Schleife 70 verbunden ist, hat gegenüber der Elektrode E₁ keine Isolierung, die entfernt worden ist, wodurch die Elektrode E₂ gebildet wird. Der Draht 66 braucht nicht am Ende der Elektrode E₂ enden, wie gezeigt. Der kann über dasselbe hinaus fortgesetzt werden, wobei seine Isolierung intakt bleibt und er mit der Schleife 70 verbunden sein kann (siehe Fig. 9A). Die beiden Elektroden E₁ und E₂ werden hergestellt, indem die Teflonisolierung von den Leitern (Berylliumkupfer- und dann Kupferdrähte) entlang ihren entsprechenden Abschnitten entfernt wird, die mit E₁ und E₂ bezeichnet sind. Diese Elektrodenbereiche werden vor ihrer Verwendung mit Platin überzogen. Wie oben erwähnt, kann sich der zu der Elektrode E2 führende dünne isolierte Kupferdraht um den Rahmen herum weiter erstrecken und über die Elektrode E₁ hinaus verlaufen und enden, ohne mit irgendetwas verbunden zu sein (siehe Fig. 9A). Um den Elektrodenbereich zu vergrößern ist es vorteilhaft, Silberfarbe um die Elektroden und den benachbarten isolierten Drähten herum zu streichen. Nachdem die Silberfarbe getrocknet ist, wird sie beispielsweise elektrolytisch mit einer dünnen Schicht aus Gold überzogen und nachfolgend mit Platin bedeckt. Man kann den Silberanstrich mit Platin überziehen, auch ohne eine vorherige Goldplatierung. Drähte die mit Polyurethan isoliert sind, können ebenso verwendet werden, wobei sie den zusetzlichen Vorteil der leichtern Methode zum Verbinden der Drähte miteinander aufweisen.

Die Anschlußklemmen-enden L₁' und L ■ des Rahmens oder der endständig geschlossenen Schleife 71 sind am Übergang

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miteinander verbunden, um die Leitung L^ zu bilden, die mit einer Anschlußklemme des Detektor-Verstärkers 52 verbunden ist. Das Anschlußende 67 des Kupferdrahtes 66 ist mit der Leitung L₂ verbunden, die mit der anderen Anschlußklemme des Detektor-Verstärkers 52 gekoppelt ist. Versuchsweise wurde gefunden, daß der Rahmen oder die Schleife 71, wie in Fig. 9 gezeigt, vorzugsweise sechseckige Form hat, wobei die Elektroden E- und E„ an entgegengesetzten Seiten liegen, wie dargestellt. Auch andere Vieleckformen können vorteilhafterweise statt der zuvor gezeigten linsenförmigen Schleifen verwendet werden.

Der Kathedermeßfühler 70 kann gegebenenfalls als eine Meßeinrichtung zum Messen des Arteriendurchmessers in einem Wechselmagnetfeld mit konstanter Amplitude verwendet werden, um den Durchmesser der Leitung bzw. des Gefäßes (und insbesondere der Veränderungen seiner Pulsierung) zu messen. Wird also das Anschlußende 67 des Kupferdrahtes 66 von der Leitung L₂ abgetrennt und das Anschlußende von L₁· mit der Leitung L~ anstatt mit dem Draht 66 verbunden, so wirkt die Schleife als ein Sekundärteil eines Transformators und ergibt ein Signal, das sich in Phasenquadratur relativ zum Strömungssignä. und dem Magnetfeld der Aussenspule 16 befindet. Die darin induzierte Spannung ist proportional zum Bereich A der Schleife.

Bei der linsenförmigen Ausbildung der Schleife, wie in Fig.1 gezeigt, und insbesondere bei der sechseckigen Form nach Fig. 9, ist der Schleifenbereich dem Zwischenelektrodenabstand zwischen E- und E₂ bis zu einem praktisch ausreichenden Grad einer Annäherung innerhalb eines weiten Bereiches proportional. Die Veränderungen des Signalausganges, der aus den Leitungen L₁ ¹ und L^" der Schleife abgeleitet ist, ergeben eine Information über die relativen Veränderungen

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des Arteriendurchmessers in einem Wechselmagnetfeld mit konstanter Amplitude. Somit sind die Pulsierungen des Arteriendurcnmessers als Prozentsatz des maximalen Durchmessers gegeben. Bei einem bekannten Magnetfeld erlaubt eine Schleife 70 die so orientiert ist, daß ihre Ebene senkrecht zum Feld verläuft eine absolute Messung des Arteriendurchmessers. Durch Veränderung der Orientierung und der Distanz der Schleife von der Magnetspule 16 kann ein veränderliches Transformatorsignal erhalten werden, das eine Information über Veränderungen der Größe der Magnetfeldkomponente senkrecht zum Schleifenbereich und somit der Empfindlichkeit des Strömungsmeßfühlers für eine Leitung mit einem konstanten Durchmesser ergibt. DcB aus dem Transformatorsekundärteil erhaltene Signal ist dem Produkt BA proportional (worin A der Schleifenbereich und B die Magnetfeldkomponente senkrecht zu diesem Bereich und die einzige Feldkomponente ist, die für die Induzierung der elektromotorischen Kraft des Transformators sowie des Strömungssignals verantwortlich ist) und da ihr Bereich A mit einem guten Annäherungsgrad zum Durchmesser d der umgrenzenden Leitung bzw. des Blutgefäßes proportional ist, ist das in die Schleife 70 induzierte Signal dem Bd annähernd proportional und ein Maß für die Empfindlichkeit des Meßfühlers nicht nur in einer Leitung bzw. einem Gefäß mit einem konstanten Durchmesser, sondern auch in Leitungen bzw. Gefäßen mit verschiedenen Durchmessern.

Somit kann das Empfindlichkeitsverhältnis für zwei Rohre oder Leitungen mit beliebigen Durchmessern in Magnetfeldern mit verschiedener Stärke und verschiedener Orientierung durch das Verhältnis der Transformatorsignale gegeben, die aus den Leitungen L₁ · und L-," der Schleife 70 abgeleitet sind. Darüberhinaus kann das aus der Schleife 70, wenn sie mit dem Detektor-Verstärker 52 verbunden ist, abgeleitete Transformatorsignal zum Verstellen der Phaseneinstellung

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des phasenempfindlichen Detektors verwendet werden, indem die Einstellung so lange verstellt wird, bis das Transformatorsignal verschwindet, wodurch die Phaseneinstellung für die Strömungsmessungen optimal wird, um somit das Quadraturfehlersignal zu ignorieren, das sich in Phasenquadratur in Bezug auf das Magnetfeld befindet und um nur das Strömungssignal zu messen, das in Phase mit dem Magnetfeld ist.

Hierbei ist zu beachten, daß die Leitungen L-¹, L₁" und 66 gegebenenfalls in einem Teflonmantel eingeschlossen oder miteinander verbunden sein können, um eine doppelfädige Leitung zu bilden. Wenn mit Polyurethan isolierte Drähte verwendet werden, kann die doppelfädige Leitung gebildet werden, indem sie mit einem Polyurethanklebstoff (Uralan) verklebt werden. Durch diese Methode wird der dünnste Kathederzuleitungsdrahtfluß erreicht. Es ist sehr vorteilhaft, einen vorfabrizierten doppelfädigen Draht zu verwenden, der beispielsweise aus einem mit Teflon isolierten 9 mm dicken Berylliumkupferdraht L besteht, der mit einem mit Teflon isolierten 3 mm dicken Kupferdraht L2 verklebt ist, um durch entsprechendes Biegen und Verkleben, die in den Fig. 9, 9A und 9B dargestellten Schleifenmeßfühler herzustellen.

Die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform kann genau wie die Ausführungsform nach Fig. 7 verwendet und mit elektronischen Schaltungen verbunden werden. Sie hat den Vorteil gegenüber der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform, dass der Rahmen 17 beseitigt ist und nur einer der Zuleitungsdrähte als Rahmen dient, wodurch der Meßfühler weitgehend vereinfacht und verkleinert wird.

Fig. 9 A zeigt schematisch ein System, welches dem in Fig.9

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gezeigten ähnlich ist, jedoch gewisse Veränderungen aufweist. Wie im Falle der Fig. 9 besteht zwecks mechanischer Erleichterung bei der Herstellung L-, und L₂ aus einem doppelfädigen Draht, wobei L₁ aus Berylliumkupfer und L₂ aus einem dünneren Kupferdraht besteht, der den zweiten der beiden Fäden in dem doppelfädigen Leiter bildet. Die beiden Drähte sind physikalisch verbunden und mit Teflon insoliert, wobei die Elektrode E₁ gebildet wird, indem ein Teil der Isolierung von L-, entfernt wird, während die Elektrode E₂ gebildet wird, indem ein Teil der Isolierung von L₂ entfernt wird. L₂ könnte bei E₂ enden, wird jedoch aus Zweckmäßigkeitsgründen wie z.B. aus Gründen der mechanischen Festigkeit in Stellung und nur als unbenutztes Ende in der Nähe des Steckers gelassen, wobei die Elektrode E₂ wie oben erwähnt, gebildet wird, indem einfach die Isolierung an dieser Stelle beseitigt wird.

Ein Torverstärker 72 kann verwendet werden, um sowohl das Schleifensignal als auch das Strömungssignal bei jeder parallel arbeitenden Anordnung zu messen. Somit dient der Verstärker 72 in Verbindung mit dem Zweipoligen Umschalter 74 sowohl als automatischer Verstärkungsregelungsverstärker 60 und Strömungsdetektor-Verstärker 52 nach Fig. 7. Wenn sich der Schalter 74 in der in Fig. 9A gezeigten linken Stellung befindet, wird die in der Schleife 70 erzeugte und durch die Verbindung mit den beiden Leitungen L₁ ^f und L₁" abgelesene Schleifensapnnung gemessen. Wenn sich der Schalter 74 in der rechten Stellung befindet, so werden die beiden Enden der Leitungen L₁ ¹ und L-," von aussen miteinander kurzgeschlossen und als ein Eingang zum Verstärker 72 verbunden. Der andere Eingang zum Verstärker 72 wird dann mit L₂ und somit mit E₂ verbunden. Dadurch wird dann das Strömungssignal gemessen.

Die Arbeitsweise des Meßfühlers und der Schaltung, die in

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Fig. 9B gezeigt sind, ist wie folgt.

1· Der Schalter 74 befindet sich in der linken Stellung und der Schalter 75 befindet sich in der rechten Stellung. Somit ist die Schleife 70 mit dem Detektor-Verstärker 72 verbunden, der zwecks richtiger Arbeitsweise auf die Ouadraturspannungsphase unempfindlich sein sollte, d.h. er soll nur Strömungssignale abfühlen, die in Phase mit dem Magnetfeld sind. Dies wird bewerkstelligt durch eine richtige Bezugsspannung, die den Verstärker 72 aus dem Magnetstromquelle 50 nach der bekannten Praxis zugeführt wird (Glasser. Medical Physicx. 2, 141. Yearbook Publishing Co., 1960) und zwar über ein Doppelphasenverschiebungsnetzwerk (76 und 77). Die Schaltung 76 ermöglicht eine kontinuierliche Veränderung der Phase der Bezugsspannung, die aus der Magnetstromquelle 50 abgeleitet wird. Die in Phase verschobene Bezugsspannung, die durch das Netzwerk 76 ausgegeben wird, kann um 90° abrupt in Phase verschoben werden, nachdem sie durch die Schaltung 77 gelaufen worden ist, oder ihre Phase kann unverändert verbleiben. Das ist durch die beiden Stellungen des Schalters 75 symbolisch gezeigt, welche die Wahl zwischen zwei Phasen der Bezugssapnnung anzeigen, die aus der Schaltung 77 ableitbar ist und um 90° variieren. Die Nullgrad-Stellung des Schalters 75 entspricht einer Torsteuerung des Verstärkers 72, so daß nur signale, die sich in Phase mit dem Magnetfeld befinden, abgefühlt werden und die 90°-Einstellung des Schalters 75 der Verstärkertorsteuerungseinstellung entspricht, um nur Signale in Phasenquadratur mit Bezug auf das Magnetfeld abzutasten, das durch die Spule 16 erzeugt wird (wie z.B. die in die Schleife 70 induzierten elektromotori sehe Transtörmatorkraf t).

Wie oben erwähnt, befindet sich der Schalter 74 in der linken Stellung und der Schalter 75 in der rechten Stellung am Anfang, so daß die Schleife 70 mit dem Eingang des Detektor-Verstärkers 72 verbunden ist. Bei dieser Einstellung 309841/0419

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sollte der Verstärker unempfindlich auf die Quadraturspannung sein, die auf der Schleife 70 abgeleitet wird. Zeigt die Aufzeichnungseinrichtung 54 einen Ausgang aus dem Verstärker 72 an, so wird die kontinuierliche Phasensteuerung 76 verstellt, bis dieser Ausgang Null wird.

Das elektronische System ist auf das Nullfehlersignal unempfindlich und auf das Strömungssignal, das in Phase mit dem Magnetfeld ist, optimal empfindlich. (2.) Wird nun der Schalter 74 in die rechte Stellung gedreht (vobei der Schalter 75 unverändert bleibt), so werden Strömungssignale mit den beiden Schaltern (74 und 75) in der rechten Stellung aufgezeichnet. (3.) Sobald die beiden Schalter (74 und 75) in die linke SteTLung gebracht werden, wird die Schleife mit dem Eingang des Verstärkers 72 verbunden, wobei jedoch diesmal sein Tor durch die 9O°-Bezugsspannung eingestellt ist, so daß der Verstärker auf Strömungssignale unempfindlich ist und nur die in die Schleife 70 induzierte elektromotorische Transformatorkraft abfühlt. Wie wir vorher sahen, ist dieses S.ignal mit einer ziemlichen Annäherung dem Produkt des Durchmessers der Leitung (Arterie oder Vene) proportional, in welcher die Schleife 70 liegt und die Magnetfeldkomponente senkrecht zur Ebene der Schleife verläuft. Dieser Ausgang ist somit ein Maß der Strömungsempfindlichkeit des Gesamtsystems. Er kann entweder zur Eichung durch einen Vergleich zwischen .dem Ausgang bei einem bestimmten Versuch und dem Ausgang, der in einer Standardbezugskonfigruration gemessen ist oder durch Verstellung dieses Ausganges immer auf einen konstanten Standardwert verwendet werden, wodurch stets eine konstante Strömungsempfindlichkeit ungeachtet dessen, wie sich die Stärke und Orientierung des Magnetfeldes im Laufe einer Versuchsfolge ändern kann, aufrechterhalten wird.

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Die obigen Schalt- und Verstellungsvorgänge können entweder von Hand oder selbsttätig und periodisch mit mechanischen oder elektronischen Servosteuerungen durchgeführt werden, die in einer zweckmäßigen Zeiteinteilungsfolge programmiert sind. Als eine Alternative kann die dem Kasten 76 zugeführte Bezugsspannung aus der Schleife 70 über einen geeigneten Verstärker 81 anstelle aus der Magnetwechselstromquelle abgeleitet werden. Dies ist in Fig. 9B durch die gestrichelten Linien schematisch gezeigt.

Es wurde also eine elektromagnetische kathederartige Arteriensonde zum Messen der Blutströmung geschaffen, welche eine ein Magnetfeld erregende Aussenspule aufweist. Der Meßfühler der Sonde kann in einen aussenordentlieh kleinen seitlichen Durchmesser zur perkutanen Einführung in ein Blutgefäß über einen Katheder für Gefäßdarstellung komprimiert werden, beispielsweise zur klinischen Verwendung, der Sonde zum Messen der Blutströmung in Blutgefäßen und zur Aufzeichnung von PulsVeränderungen des Arteriendurchmessers. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung bzw. Sonde weist auch eine einfache und zweckmäßige Schaltungsanordnung zum Ausgleich von Nullströmungsfehlersignalen und zum Ausgleich von Veränderungen der effektiven Magnetfeldstärke, sowie der Veränderungen des Zwischen-elektrodenabstandes auf.

Wie oben erwähnt, kann der Rahmen des Katheders bzw. der Sonde und der um sie herum zum Abfühlen der Quadraturspannung in Form einer Schleife verlaufende Draht eine im allgemeinen linsenförmige, rhombische, sechseckige oder vieleckige Ausbildung haben, wobei der Zwischenelektrodenabstand durch die kürzere Achse des Rahmens dargestellt ist. Solange bis die kürzere Querachse des Rahmens kleiner als die halbe Länge der Längsachse ist, ist also der Ausgang

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der rhombischen oder sechseckigen Schleife ein ziemlich genaues Maß des Arteriendurchmessers innerhalb eines weiten Bereiches von Arteriengrößen bei einem Wechselmagnetfeld mit konstanter Amplitude und Orientierung in Bezug auf die Ebene der Schleife darstellen.

Während einige bestimmte erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben und dargestellt wurden, können verschiedene Abwandlungen gemacht werden, die innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Patentansprüche fallen·

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Claims

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1.Jlathedersonde gekennzeichnet durch eine elastische verformbare, an den Enden geschlossene Schleifeneinrichtung, die zu einer länglichen schmalen Form zusammenfallen kann, um den Einsatz in eine Leitung durch eine kleine öffnung zu ermöglichen, wobei diese Schleifeneinrichtung sich zu einer größeren Konfiguration ausdehnt, sobald sie in der besagten Leitung ist, eine erste Elektrodeneinrichtung, die mit der besagten Schleifsneinrichtung verbunden und durch eine Seite dieser Einrichtung gestützt ist, wobei die erste Elektrodeneinrichtung durch eines oder beide Enden der Schleifeneinrichtung elektrisch zugänglich ist, eine zweite Elektrodeneinrichtung, die durch die andere Seite der Schleifeneinrichtung gestützt und von ihr elektrisch isoliert ist, und durch die Zuleitungseinrichtung, welche einen Zugang und einen Anschluß an den Enden für die zweite Elektrodeneinrichtung ergibt.

2· iCathedersonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifeneinrichtung einen elastischen isolierten Leiter aufweist, wobei ein Teil der Isolierung entfernt ist, um einen freigelegten Leiter zu erhalten und die erste Elektrode zu bilden, wobei die Isolierung auf einem Teil der anderen Seite der Schleifeneinrichtung entfernt ist, um die zweite Elektrode zu bilden.

3. Kathedersonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifeneinrichtung einen elastischen isolierten Leiter aufweist, wobei ein Teil der Isolierung entfernt ist, um einen freigelegten Leiter zu erhalten und die erste Elektrode zu bilden, während die zweite Elektrode

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einen dünnen isolierten Leiter aufweist, der sich parallel zur Schleifeneinrichtung und neben dieser Schleifeneinrichtung erstreckt und in Abstand von der ersten Elektrodeneinrichtung angeordnet ist, wobei ein Teil der Isolierung des dünnen Leiters entfernt ist, um die zweite Elektrode zu bilden.

4. Kathedersonde nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, £aß die Schleifeneinrichtung und die Elektroden aus einem Paar von isolierten Zweifadenleitern gebildet sind·

5· Kathedersonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Spule, die ausserhalb der besagten Leitung angeordnet ist und elektrischen Strom zur Erzeugung eines Magnetfeldes innerhalb der Leitung führt, die sich im Bereich der besagten Elektroden erstreckt.

6. Kathedersonde nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch eine dritte und vierte Elektrode, die an der geschlossenen Schleife angeordnet und sich entlang der geschlossenen Schleife in Abstand von der ersten bzw. zweiten Elektrode zum Ausgleich von Quadraturfehlersignalen in Abstand befinden und durch eine elektrische Schaltung, die mit der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrode verbunden ist.

7· Kathederproben nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifeneinrichtung im wesentlichen rhombische Form hat.

8. Kathedersonde nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleife eine im allgemeinen sechseckige Form hat.

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9. Kathedersonde nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Schleife vieleckig ist.

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