DE2849358C2

DE2849358C2 - Transkutan-Sonde

Info

Publication number: DE2849358C2
Application number: DE2849358A
Authority: DE
Inventors: David Thomas Delpy; Dawood London 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: 1982-03-18
Also published as: AU526926B2; DE2849358A1; SE7811708L; AU4162078A; JPS54105598A; DK506378A; FR2408353A1; US4220158A

Description

Die Erfindung betrifft eine Transkutan-Sonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dabei handelt es sich um eine nicht in den Körper eindringende Sonde, die dazu dient, durch die Haut hindurch im Blutstrom von Menschen (oder auch von Säugetieren) mitgeführten Sauerstoff und andere Gase und Dämpfe (nachstehend allgemein als Gas bezeichnet) zu extrahieren und einer Analyseneinrichtung, beispielsweise einem Massenspektrometer, zuzuführen.

Transkutan-Sonden dieser Art sind beispielsweise aus »The Lancet« vom 3. Mäi 1975, Seite 1016, und der GB-PS 15 09 174 bekannt. Demgemäß wiesen diese Sonden einen hohlen Sondenkörper mit einer auf die Haut aufzulegenden Sondenwand und einer inneren Kammer auf, in welcher 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 welchen 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 Kunsts'offmembran definiert ist Der poröse Träger dient also nur zur mechanischen Abstützung der Membran und stellt für das durch die Kunststoffmembran hindurchdiffundierende Gas keinen wesentlichen Widerstand dar.
Ein Nachteil der bei den bekannten Transkutan-Sonden verwendeten gasdurchlässigen Membranen liegt darin, daß das Membranmaterial hydrophil ist Das hat zur Folge, daß, je länger die Membran in Berührung mit der Haut eines Patienten bleibt um so mehr Feuchtigkeit von dem Membranwerkstoff absorbiert wird, was eine entsprechende Verringerung der

Membrandurchlässigkeit 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 Polytetrafluorethylen, 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 Mängel bekannter Sonden zu verbessern.

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

Damit wird erreicht daß als gasdurchlässige Schicht ein hydrophobes Material trotz seiner hohen Eigendurchlässigkeit verwendet werden kann und folglich keine Feuchtigkeitsabsorption durch diese gasdurchlässige Schicht und damit keine Veränderung der Gasdurchlässigkeit im Gebrauch auftritt. Die gewünschte Gesamtdurchlässigkeit der Verbundmembran ist durch entsprechende Wahl der Perforationen bzw. Poren einstellbar, so daß der Gasverbrauch der Meßeinrichtung k/sin gehalten und dadurch Gasarmut im Blutstrom in dem zu untersuchenden Gewebe vermieden werden kann.

Aus der DE-OS 26 40 987 ist es bei einer Meßsonde zur elektrochemischen Partialdruckbestimmung von Blutgasen bekannt, eine von einem Elektrolytfilm bedeckte Elektrodenanordnung mit einer gasdurchlässigen Membran zu überspannen und die Membran ihrerseits mit einer gasundurchlässigen, auf die Haut des zu untersuchenden Körperteils aufzulegenden Heizscheibe zu überdecken, die mit einzelnen, zur Membran führenden Durchtrittsöffnungen versehen ist Bei dieser bekannten Anordnung liegt zwar auch eine aus einer gasdurchlässigen Schicht und einer mit Durchtrittsöffnungen versehenen gasundurchlässigen Schicht bestehende Anordnung vor, die aber ganz anderen Zwecken dient, nämlich der unmittelbaren intensiven Hauterwärmung ohne wesentliche Miterwärmung der Elektrodenanordnung und der gasdurchlässigen Abdeckung des Elektrolytfilms. Eine vakuumbeaufschlagte Gassammei-

kammer ist dagegen nicht vorhanden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Transkutan-Sonde kann gemäß Anspruch 7 die gasundurchlässige Schicht der Verbundmembran so ausgelegt sein, daß sie gleichzeitig die Funktion der mechanischen Abstützung der Verbundmembran übernimmt. Vorzugsweise ist jedoch die gasundurchlässige Schicht durch einen perforierten Metallfilm gebildet und die so hergestellte Verbundmembran durch einen besonderen perforierten oder porösen Träger abgestützt, 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

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Transkutan-Sonde nach der Erfindung und

F i g. 2 die Verbundmembran der in F i g. 1 gezeigten Sonde in größerem Maßstab.

Die in Fi g. I gezeigte Transkutan-Sonde weist einen napfförmigen Sondenkörper 1, der eine Gassammelkammer 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 4, der beispielsweise aus gesintertem Glas besteht, abgestützt ist Die Porosität des Trägers 4 ist so groß, 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 4 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 e?nem Massenspektrometer, abgeführt werden können.

Gemäß Fig.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 10 ist nicht hydrophil; ein bevorzugter Werkstoff ist Polytetrafluorethylen. Das für die zweite Schicht verwendete Metall kann beispielsweise rostfreier Stahl oder Nickel sein.

Der Kunststoffilm 10 kann etwa 20 μπι bis 25 μπι dick sein, während der Metallfilm eine Dicke von etwa 20 μιη 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 μπι und einen gegenseitigen Mittenabstaud b von etwa 85 μπι. Die Löcher 12 werden gewöhnlich durch ein Ätzverfahren hergestellt, bei welchem die Löcher eine kegelstumpfförmige Form bekommen, wie es in F i g. 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 Makr. durchlässigkeit der Membran durch die Größe und Verteilung der Löcher 12 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 desn 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 mi: 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 die einzelnen Gewebevolumen einander nicht wesentlich überlappen. Dadurch wird sichergestellt, daß das durch jedes Loch hindurchdringend Gas aus einem begrenzten Gewebevolumen abgezogen wird, und daß die Extraktionsrate des Gases aus diesem Volum in mittels der gewählten Durchlässigkeit der Membran derart gesteuert werden kann, da3 das Problem einer Gaserschöpfung weitgehend herabgesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Transkutan-Sonde, insbesondere zur Blutgasmessung, mit einem hohlen, eine Gassammeikammer umschließenden Sondenkörper mit einer auf die Haut aufzulegenden gasdurchlässigen Sondenwand, die eine mechanisch abgestützte gasdurchlässige Membran aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) als Verbundmembran ausgebildet ist, bestehend aus einer Schicht (10) aus gasdurchlässigem Material und einer Schicht (11) aus perforiertem oder porösem, gasundurchlässigem Material, dessen Perforations- bzw. Porenanteil so klein ist, daß die über die Membranfläche gemittelte Gesamtdurchlässigkeit der Membran beträchtlich kleiner als die Eigendurchlässigkeit der gasdurchlässigen Schicht (10) ist

2. Transkutan-Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitigen Perforationsbzw. Porenabstände der gasundurchlässigen Schicht (11) mindestens das Dreifache der Perforations- bzw. Porendurchmesser betragen.

3. Transkutan-Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdurchlässige Schicht (10) eine Kunststoffschicht und die gasundurchlässige Schicht (11) eine perforierte Metallschicht ist

4. Transkutan-Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen (12) der Metallschicht (11) jeweils konisch zur Kunststoffschicht (10) mn verjüngt sind.

5. Transkutan-Somte nacb Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht (10) in die Perforationen (12) der Meta·"schicht (11) eingedrückt ist

6. Transkutan-Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundmembran (3) durch einen perforierten oder porösen Träger (4) mechanisch abgestützt ist der die Durchlässigkeit der Verbundmembran nicht beeinträchtigt

7. Transkutan-Sonde nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gasundurchlässige Schicht der Verbundmembran gleichzeitig zu deren mechanischer Abstützung dient.