DE2849358A1

DE2849358A1 - Transkutan-sonde

Info

Publication number: DE2849358A1
Application number: DE19782849358
Authority: DE
Inventors: David Thomas Delpy; Dawood Parker
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA; Medishield Corp Ltd
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA; Edwards High Vacuum International Ltd
Priority date: 1977-11-15
Filing date: 1978-11-14
Publication date: 1979-05-17
Also published as: US4220158A; AU4162078A; AU526926B2; DK506378A; DE2849358C2; SE7811708L; JPS54105598A; FR2408353A1

Description

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Augsburg, den 13. "November 1978

The .-ledishielci Corporation Limited, Hammersmith house, London V;β 9Όλ₉ England

und

Draegerwerk AG, Moislinser Alle 53, 2400 Lübeck

Transkutan-Sonde

Die Erfindung betrifft eine Transkutan-Sonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs

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üabei handelt es sich um eine nicht in uen Körper eindringende Sonde, die dazu dient, durch die Haut hindurch ir. iiJutstroiii von i-iensehen (oder auch von Säugetieren) nitgeführten Sauerstoff und andere Gase una Dämpfe (nachstoneiva allgemein als Gas bezeichnet) zu extrahieren und einer Analyseneinrichtung, beispielsweise einem liassenspektrometer, zuzuführen,

Transkutan-Sonden dieser Art sind beispielsweise aus "The Lancet" vom 3, ^ai 1975, Seite 1016, und der GB-PS 1 509 17^ bekannt. Demgemäß weisen diese Sonden einen hohlen Sondenkörper mit einer auf die Haut aufzulegenden Sondenwand und einer inneren Kammer auf, in v/elcher durch den von der Sondenwand bedeckten Hautbereich hindurchdiffundierendes Gas gesammelt wird. Weiter enthalten diese Sonden eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des von der Sonde bedeckten Hautbereiches, und die Kammer ist mit einem Auslaß versehen, durch Vielehen das gesammelte Gas zu der Analyseneinrichtung abgeführt werden kann, Typischerweise ist die Sondenwand eine Membran aus gasdurchlässigem Kunststoff, die von einem aus gasundurchlässigem, jedoch porösen Werkstoff bestehenden Träger getragen wird, wobei die Durchlässigkeit der Sondenwand für von außen hindurchdringendes Gas im wesentlichen durch die Kunststoffmembran definiert ist. Der poröse Träger dient also nur zur mechanischen Abstützung der Membran und stellt für das durch die Kunststoffmembran hindurch-

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diffumiierenüe Gas keinen wesentlichen Kiderstand dar.

üin Nachteil der bei den bekannten Transkutan-Sonden verwenaeten gasdurchlässigen Membranen liegt darin, daß das Membranmaterial hydrophil ist. Das hat zur Folge, daß, je langer die Membran in Berührung mit der Haut eines Patienten bleibt, um so mehr Feuchtigkeit von dem Membranwerkstoff absorbiert wird, was eine entsprechende Verringerung der I-lembrandurchlässigkeit nach sich zieht. Dies hat eine ungleichförmige Gasextraktionsrate durch die Haut hindurch zur Folge,

Dieses Problem ließe sich zwar durch Verwendung eines gasdurchlässigen Materials vermeiden, das nicht hydrophil ist, wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen, jedoch scheitert diese Möglichkeit an dem Nachteil, daß die Eigendurchlässigkeit von Polytetrafluoräthylen zu groß ist. Dies führt dazu, daß Sauerstoff und andere Gase in zu starkem Maße aus dem Blutstrom abgezogen werden, was zu Gasarmut bzw. Gaserschöpfung im Blutstrom führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transkutan-Sonde der eingangs genannten Art im Sinne einer wenigstens weitgehenden Behebung der oben erläuterten Mangel bekannter Sonden zu verbessern.

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Diese Aufgabe wird gemäw der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Konstruktion gelöst.

:Iit der erwähnten, von au.'ien gesehenen ,iakrodurchlüssigkeit uer Jondenwand ist dabei aie Durchlässigkeit Für von au-:■ en durcn aie öondenvrand hindurch in die Sammelkammer eindringendes Gas, geraessen im gesagten wirksamen Flächenbereich der Jondenwand, gemeint.

Eine geeignete Anordnung der Perforationen bzw, Poren der genannten zweiten Schicht zur erzielung der gewünschten eigenschaften läßt sich dadurch erreichen, daß die gegenseitigen Abstünde der Perforationen bzw. Poren voneinander mindestens das Dreifache ihres Durchmessers betragen.

Die erste Schicht der Sondenwand kann durch eine Membran aus gasdurchlässigem Kunststoff gebildet sein, während die zweite Schicht ein perforierter oder poröser Träger zur Abstützung der Membran ist, wobei die Größe und Verteilung der Perforationen bzw« Poren des Trägers im Sinne der Erzielung der genannten Eigenschaften gewählt sind. Vorzugsweise ist die Sondenwand jedoch als Verbundinembran ausgebildet, wobei die erste Schicht durch einen gasdurchlässigen Kunststoffilm und die zweite Schicht durch

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einen perforierten Metallfilm gebildet ist und die so hergestellte Verbundmembran durch einen besonderen perforierten oder porösen Träger abgestützt ist, wobei Größe und Verteilung der Perforationen bzw, Poren des Trägers so gewählt sind, daß ihr Einfluß auf die Makrodurchlässigkeit der Sondenwand vernachlässigbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der letzteren Bauform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Pig, I einen schematischen Schnitt durch

eine Transkutan-Sonde nach der Erfindung, und

Fig. 2 die Verbundmembran der in Fig, I

gezeigten Sonde in größerem Maßstab,

Die in Fig. 1 gezeigte Transkutan-Sonde weist einen napfförmigen Sondenkörper 1, der eine Gassammeikammer 2 umschließt, und eine diesen an seinem (in der Zeichnung) unteren Ende abschließenden Sondenwand auf, die durch eine Verbundmembran 3 gebildet ist, die von einem porösen Träger ¹J, der beispielsweise aus gesintertem Glas besteht₉ abgestützt ist. Die Porosität des Trägers 4 ist so groß,

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daß sie nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die von außen gesehene Makrodurchlässigkeit der Sondenwand hat, so daß die Durchlässigkeit der Sondenwand im wesentlichen nur durch die Eigenschaften der Verbundmembran 3 bestimmt ist.

An der, dem Kammerinneren zugewandten Seite des Trägers ist ein Heizelement 5 angeordnet, mittels dessen die Sondenwand und der damit in Berührung stehende Hautbereich eines Patienten im Gebrauch der Sonde erwärmt werden kann, um den Blutstrom in den Kapillaren in der Nähe der Sonde ausreichend zu stimulieren, damit die mittels der Sonde gemessenen Blutgaskonzentrationen ausreichend genau die Gaskonzentrationen im arteriellen Blut des Patienten wiederspiegeln« Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 5 durch eine Spirale aus elektrischem Widerstandsmaterial gebildet, und die Temperatur der Sondenwand wird mittels eines in den Träger eingebetteten Thermistors 6 überwacht. Jedoch stehen auch zahlreiche andere Bauarten von Heizelementen zur Verfügung, die statt dessen Anwendung finden können. Der Sondenkörper ist mit einem Auslaß 7 versehen, durch welchen in der Kammer 2 gesammelte Gase durch eine Leitung 8 zu einer Analyseneinrichtung 9» beispielsweise einem Massenspektrometer, abgeführt werden können,

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Gemäß Pig, 2 besteht die Verbundmembran 3 aus einer ersten Schicht 10 aus gasdurchlässigem Kunststoff und einer in innige Anlage mit dieser angepreßten zweiten Schicht 11 aus perforiertem Metall, Das Material der ersten Schicht ist nicht hydrophil; ein bevorzugter Werkstoff ist Polytetrafluoräthylen. Das für die zweite Schicht verwendete Metall kann beispielsweise rostfreier Stahl oder Nickel sein.

Der Kunststoffilm 10 kann etwa 20 ^u m bis 25 IA m dick sein, während der Metallfilm eine Dicke von etwa 20 μ m hat.

Bevor die beiden Schichten miteinander verbunden werden, wird die Metallschicht 11 mit einer Anordnung sehr kleiner Löcher 12 mit kreisförmigem Querschnitt versehen. Vorzugsweise haben diese Löcher in der Metallschicht einen minimalen Durchmesser a von etwa 15 Lim und einen gegenseitigen Mittenabstand b von etwa 85 Lim, Die Löcher 12 werden gewöhnlich durch ein Ätzverfahren hergestellt, bei welchem die Löcher eine kegelstumpfförmige Form bekommen, wie es in Fig, 2 dargestellt ist. Die Metallschicht liegt mit Bezug auf die Kunststoffschicht 10 derart, daß die kleineren Enden der Löcher 12 der Kunststoffschicht zugewandt sind.

Um sicherzustellen, daß die Makrodurchlässigkeit der Membran durch die Größe und Verteilung der Löcher 12

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bestimmt ist, ist es wichtig, daß die Metallschicht 11 in inniger Berührung mit der Kunststoffschicht 10 steht. Zu diesem Zweck wird bei der Herstellung der Membran vorzugsweise die Kunststoffschicht insgesamt erwärmt und dann die beiden Materialien fest zusammengepreßt. Der Grad der Erwärmung wird dabei so bemessen, daß ein kleiner Teil des Kunststoffes in die konischen Löcher 12 hinein verdrängt wird. Die in die Löcher hineinverdrängten Kunststoffnoppen 13 neigen dazu, sich nach dem Hindurchdringen durch den engsten Lochquerschnitt seitwärts auszudehnen, so daß sie eine formschlüssige Verkeilung bilden, die eine gegenseitige Trennung der beiden Schichten voneinander auch beim Fehlen eines Klebemittels zwischen den beiden Schichten sicher verhindern.

Alternativ dazu können auch andere Verfahren zur Herstellung einer in innigem Kontakt mit einer Kunststoffschicht stehenden Metallschicht und zur Herstellung des Lochmusters in der Metallschicht Anwendung finden.

Wenn die Membran mit einer ihrer beiden Seiten auf die Haut eines Patienten aufgelegt und über ihr eine Druckdifferenz erzeugt wird, indem der Druck in der Sammelkammer 2 der Sonde vermindert wird, kommt das durch jedes Loch 12 in die Sammelkammer hineingelangende Gas, wie sich

gezeigt hat, jeweils aus einem etwa halbkugelförmigen Gewebevolumen unter der Sonde. Die Abstände der Löcher 12 voneinander sind so gewählt, daß diese einzelnen Gewebevolumen einander nicht wesentlich überlappen. Dadurch wird sichergestellt, daß das durch jedes Loch hindurchdringende Gas aus einem begrenzten Gewebevolumen abgezogen wird, und daß die Extraktionsrate des Gases aus diesem Volumen mittels der gewählten Durchlässigkeit der Membran derart gesteuert werden kann, daß das Problem einer Gaserschöpfung weitgehend herabgesetzt ist.

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Claims

Patentansprüche

1.J Transkutan-Sonde mit einem hohlen Sondenkörper, der eine auf die Haut aufzulegende gasdurchlässige Sondenwand und eine innere Kammer zum Sammeln von im Sondenbereich durch die Haut hindurchdiffundierenden Gasen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenwand (3) eine erste Schicht (10) aus gasdurchlässigem Material und eine mit dieser in innigem Kontakt befindliche zweite Schicht (11) aus perforiertem oder porösem, gasundurchlässigem Material aufweist, und daß die Größe und Verteilung der Perforationen (12) bzw, Poren der zweiten Schicht so gewählt sind, daß die Sondenwand, von außen gesehen, eine im wesentlichen gleichförmige Makrodurchlässigkeit besitzt, die beträchtlich kleiner als die Eigendurchlässigkeit der ersten Schicht allein ist,

2, Transkutan-Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und Verteilung der Perforationen (12) bzw, Poren in der zweiten Schicht (11) so gewählt sind, daß im Gebrauch Gas aus sich nicht wesentlich überlappenden Körpergewebebereichen durch die einzelnen Perforationen bzw, Poren hindurchdringt.

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3, Transkutan-Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen (12) bzw. Poren in der zweiten Schicht (11) gegenseitige Abstände haben, die mindestens das Dreifache ihres Durchmessers betragen,

4, Transkutan-Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (10) durch einen gasdurchlässigen Kunststoffilm und die zweite Schicht (11) durch einen perforierten Metallfilm. gebildet ist und diese beiden Filme zusammen eine Verbundmembran (3) hilden, und daß diese Verbundmembran von einem perforierten oder porösen Träger (4) abgestützt ist, bei welchem Größe und Verteilung seiner Perforationen bzw, Poren so gewählt sind, daß ihr Einfluß auf die Makrodurchlässigkeit der Sondenwand vernachlässigbar ist.

5, Transkutan-Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen (12) in dem die zweite Schicht (11) bildenden Metallfilm kegelstumpfförmig ausgebildet sind und daß der gasdurchlässige Kunststoffilm (10) sich auf derjenigen Seite des Metallfilms befindet, auf welcher die Perforationen enger sind,

6, Transkutan-Sonde nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Teile (13) des Kunststoffilms (10)

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in die Perforationen (12) des Metallfilms hineingedrückt sind,

7, Transkutan-Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht durch eine gasdurchlässige Kunststoffmembran und die zweite Schicht durch einen diese stützenden, perforierten oder porösen
Träger gebildet ist.

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