DE2635581C2

DE2635581C2 - Strömungsmeßsonde

Info

Publication number: DE2635581C2
Application number: DE2635581A
Authority: DE
Inventors: Huntly Drummond Houston Tex. Millar
Original assignee: MILLAR INSTRUMENTS Inc HOUSTON TEX US
Current assignee: MILLAR INSTRUMENTS Inc HOUSTON TEX US
Priority date: 1975-08-07
Filing date: 1976-08-06
Publication date: 1986-08-21
Also published as: NL7608727A; JPS5221859A; US4175566A; FR2320077B1; FR2320077A1; DE2635581A1; JPS60119403U; GB1552194A; NL181836C; NL181836B; JPS6235447Y2

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmeßsonde, die in ein Gefäß mit leitfähiger Flüssigkeit einführbar ist, und eine Spannung erzeugt, die proportional ist zur Geschwindigkeit der an der Meßsonde vorbeiströmenden Flüssigkeit, mit einem Gehäuse, mit dem sie am freien Ende eines Katheters befestigbar ist, mit einem Elektromagneten mit ferromagnetischem Kern innerhalb des Gehäuses, mit zwei Elektroden, deren freiliegende Au-

ßenfläche in der Nähe der Magnetpole in dem Gehäuse so angeordnet sind, daß sie Grenzflächen für die Flüssigkeit bilden, mit elektrischen Elektromagnet- und Elektrodenanschlußleitern, und mit elektrisch isolierendem Bindematerial, das Teile der Meßsonde umschließt

In den letzten Jahren sind viele Untersuchungen und Weiterentwicklungen bei der Herstellung von Kathetern gemacht worden, die zum Einführen in den menschlichen oder tierischen Körper geeignet sind, um verschiedene Funktionen der Körperflüssigkeiten zu messen. Beispielsweise sind in den US-PS 37 24 274 und 37 48 623 (Millar) Druckwandler offenbart, die zum Einsetzen in einen Katheter zum Einführen in eine Arterie oder eine Vene geeignet sind, um den Blutdruck einer Person an einem bestimmten Punkt zu messen.

Es ist auch bekannt, daß man die Eigenschaften von Strömungen messen kann, indem man die Spannung mißt, die durch ein Medium erzeugt wird, das durch ein Magnetfeld strömt. Das Prizip ist zum Beispiel in US-PS 34 46 071 (Kollin et al) und dem Aufsatz The electromagnetic Wood flowmeter«, Journal of Scientific Instruments (Journal of Physics E), Series 2, Band 1, Seiten 1146 -1152 (1968) beschrieben.

Un dem US-Patent 35 16 399 (Barefoot) ist eine elektromagnetische Strömungsmeßsonde der eingangs genannten Art für Blutkatheter offenbart, die zur Befestigung am äußersten Ende eines Katheters geeignet ist. Wenn der Katheter, der die Strömungsmeßsonde enthält, in eine Arterie oder eine Vene eingesetzt wird, kann die Blutgeschwindigkeit in dieser Arterie oder dieser Vene gemessen werden.

Die von Barefoot offenbarte Blutströmungsmeßsonde weist einen Elektromagneten auf, der aus einem U-förmigen Eisenkern besteht, auf den eine geeignete Anzahl-Drahtwindungen gewickelt ist. Wenn eine Spannung zwischen den Enden des Drahtes anliegt, wird ein magnetisches Feld zwischen den offenen Enden des U-förmigen Eisenkerns erzeugt. Innerhalb des Magnetfeldes, das in der Sondenspitze erzeugt wird, sind Elektroden angeordnet, und eine Spannung wird über diesen induziert, wenn Blut über diese Elektroden strömt. Leiter verbinden diese Elektroden mit einem Stecker, der an dem Anschlußende des Katheters befestigt ist.

Die über den Elektroden induzierte Spannung ist direkt proportional zu der Anzahl der magnetischen Flußlinien, die das Blut schneidet, wenn es an der Sonde vorbeiströmt. Es ist bekannt, daß die Anzahl der magnetischen Flußlinien, die von dem Elektromagneten ausgehen, durch Erhöhung der Anzahl der Drahtwmdungen auf dem Eisenkern erhöht werden können. Wenn die Anzahl der Drahtwindungen auf dem Eisenkern erhöht wird, erhöht sich jedoch der elektrische Widerstand des Elektromagneten. Daher erhöht sich auch die Wärmemenge, die in der Sonde erzeugt wird. Ersichtlich kann die hohe Wärmemenge, die von der Sondenspitz? abgegeben wird, zu einer Zerstörung eines Blutgefäßes oder _vdes Blutes führen.

Es ist wünschenswert, eine vielfach verwendbare Kathetersonde zu schaffen, so daß mehrfache Messungen und/oder Proben mit einer einzelnen Katheterisierung eo vorgenommen werden können. Beispielsweise ist ein Katheter erwünscht, das sowohl eine Strömungssonde als auch einen Druckwandler aufweist, der am entfernten Ende des Katheters befestigt ist. Eine derartige Strömungsmeßsonde ist in einem Aufsatz mit dem Titel »Sensitivity of Electromagnetic Velocity Probes«, Phys. Med. Biol., Band 16, Nr. 2, Seiten 229-232 (1971) beschrieben. Diese Strömungsmeßsonde verwendet eine Spule ohne einen ferromagnetischen Kern. Da dort kein f erromagnetischer Kern verwendet wird, ist in der Meßsonde ein ausreichender Querschnittsbereich verfügbar, um einen mittigen Hohlraum zu schaffen. Das Anschlußende des Hohlraums in der Strömungsmeßsonde kann mit dem entfernten Ende des Katheters verbunden sind, und ein geeigneter Druckmeßwandler kann mit dem Hohlraum an dem entfernten Ende der Meßsonde befestigt sein.

Bei der in dem vorangegangenen Abschnitt beschriebenen Strömungsmeßsonde ergeben sich die folgenden Nachteile:

1. Im Betrieb wird sie sehr heiß und

2. für zuverlässige Messungen weist sie keine ausreichende Empfindlichkeit auf.

Es muß davon ausgegangen werden, daß beide Probleme direkt mit den Eigenschaften der Spule in Abwesenheit eines ferromagnetischen Kerns zusammenhängen.

Der sogenannte Carolina-Miliar-Katheter, der mehrfache Meßvorrichtungen an seinem entfernten Ende aufweist, ist in »Review of Surgery«, Band 29, Nr. 2, Seite 149 (März-April 1972) beschrieben. Die verwendeten Meßvorrichtungen waren die Blutströmungsmeßsonde mit einem ferromagnetischen Kern, die in dem US-Patent 35 16 399 (Barefoot) offenbart ist, und der Druckmeßwandler gemäß dem US-Patent 37 24 274 (Millar). Bei dieser Vorrichtung war ein Durchgang für Drähte zwischen dem Anschlußende des Katheters und dem Druckrneßvvar.dier an der entfernten Spitze vorgesehen.

Die Größe des Kerns des Elektromagneten in dem Carolina-Miliar-Katheter war im wesentlichen verringert, um einen ausreichenden Querschnittsbereich für den Durchgang der Drähte zu dem Druckmeßwandler zu ermöglichen, wobei eine Verringerung der Empfindlichkeit der Blutströmungsmeßsonde beobachtet wurde. Mit anderen Worten verschlechterte sich die Eigenschaft der bekannten Strömungsmeßsonden mit ferromagnetischen Kernen, wenn ein Durchgang zur Befestigung mehrfacher Meßvorrichtungen am entfernten Ende der Meßsonde vorgesehen war.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmeßsonde zu schaffen, die bei raumsparender Bauweise eine größere Empfindlichkeit aufweist und im Betrieb weniger Wärme abgibt, als dies bei bekannten Strömungsmeßsonden der Fall ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zwei Elektromagnete mit ferromagnetischen Kernen zur Erzeugung zweier getrennter magnetischer Felder vorgesehen sind, und daß die beiden Elektroden in dem Gehäuse derart angeordnet sind, daß sich jeweils zwischen den beiden Polen des einen und des anderen Magneten je eine der Elektroden befindet.

So weist die erfindungsgemäße Strömungsmeßsonde ein Gehäuse und zwei in diesem angeordnete Elektromagnete auf, um zwei getrennte magnetische Felder zu erzeugen. Jeder Elektromagnet weist einen ferromagnetischen Kern mit zwei Polen auf, und jeder Kern ist in einer geeigneten Weise ausgebildet. Ein elektrischer Leiter ist als Spule auf jedem ferromagnetischen Kern aufgewickelt. Die so ausgebildeten Elektromagneten sind in der Meßsonde derart angeordnet, daß die jeweiligen hole in der Nähe der Außenseite der Meßsonde sind. In dem Gehäuse mit äußerer Meßfläche sind zwei Elektroden jeweils mit einer Grenzfläche zur Flüssigkeit vorgesehen, wobei jede Elektrode derart angeord-

net ist, daß die eine äußere Meßfläche mit einer Grenzfläche zur Flüssigkeit im wesentlichen zwischen den beiden Polen des einen Elektromagneten liegt, während die andere äußere Meßfläche zwischen den Polen des anderen Elektromagneten liegt. Für jede Elektrode ist ein Leiter vorgesehen, um eine elektrische Verbindung zwischen der Elektrode und dem Anschlußende des Katheters zu schaffen. Zum Umschließen des Gehäuses der Meßsonde wird elektrisch isolierendes Bindematerial verwendet, das so geformt ist, daß die Außenflächen der f|| Elektroden beaufschlagbar sind. Flüssigkeit, die hinter

der Meßsonde vorbeiströmt, kommt in direkte Berührung mit den Elektroden, und eine Spannung wird über diesen durch die Strömung induziert, wobei die Spannung mit einer geeigneten Meßvorrichtung am Anschlußende des Katheters gemessen wird.

Bei der Herstellung kann in der Meßsonde eine Hülse eingesetzt werden, um eine zusätzliche strukturelle Verstärkung der Meßsonde zu erreichen und um einen durchgehenden Hohlraum zwischen dem Anschlußende und dem entfernten Ende der Meßsonde zu schaffen. Der Teil des Hohlraums am Anschlußende der Meßsonde kann mit dem entfernten Ende des Katheters verbunden sein, der einen mittigen Hohlraum aufweist. Zusätzliche Meßvorrichtungen, beispielsweise ein Druckmeßwandler, können mit dem Abschnitt des Hohlraums am entfernten Ende der Meßsonde mit den Verbindungsleitern verbunden sein, die durch die Hülse zum Anschlußende des Katheters verlaufen.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jeder der zwei Elektromagneten einen ferromagnetischen Kern auf, der im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist Ein elektrischer Leiter ist zur Ausbildung einer Spule auf jedem Kern in identischer Weise aufgewickelt. Jeder Elektromagnet ist in der Nähe der Außenseite der Meßsonde in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Längsachse der Meßsonde und im Abstand zu dem anderen so gebildeten Elektromagneten angeordnet. Eine Elektrode ist im wesentlichen zwischen den Polen jedes Elektromagneten angeordnet, so daß sie sich in dem Bereich der höchsten Magnetflußdichte befindet. Die Meßsonde ist durch elektrisch isolierendes Bindematerial eingeschlossen, um das Sondengehäuse zu bilden. Das Gehäuse ist so ausgebildet daß jede Elektrode beaufschlagt werden kann, so daß Flüssigkeit die an den Elektroden vorbeiströmt in direkten Kontakt mit diesen kommt. Durch die Bewegung der Flüssigkeit werden an den Elektroden durch die Magnetfelder Spannungen induziert

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist jeder der zwei Elektromagneten einen ferromagnetischen Kern auf, der im wesentlichen torusförmig ausgebildet ist wobei ein Zwischenraum zwischen den zwei Enden des Kerns vorgesehen ist Die Abschnitte des torusförmigen Kerns auf jeder Seite des Zwischenraums sind die Pole jedes Elektromagneten. Ein elektrischer Leiter ist zur Ausbildung einer Spule auf jedem ferromagnetischen Kern in identischer Weise aufgewikkelt Jeder Elektromagnet ist in der Meßsonde in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Meßsonde und im Abstand zu den anderen Elektromagneten angeordnet wobei die Zwischenräume oder Magnetspalte vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der Meßsonde angeordnet sind- Eine Elektrode ist zwischen den Polen jedes Elektromagneten angeordnet, und zwar im Bereich der höchsten magnetischen Flußdichte des magnetischen Feldes, das durch jeden Elektromagneten erzeugt wird. Die Meßsonde ist mit elektrisch isolierendem Bindematerial als Gehäuse umhüllt. Das elektrisch isolierende Bindematerial ist derart ausgebildet, daß die Elektroden beaufschlagbar sind, so daß Flüssigkeit, die an den Elektroden vorbeiströmt, in direkten Kontakt mit diesen kommt. Eine mittige Hülse kann durch die torusförmigen Elektromagneten eingesetzt werden, so daß die Befestigung zusätzlicher Vorrichtungen am entfernten Ende der Meßsonde in der oben beschriebenen Weise möglich ist. Die Enden jedes Kerns können in einer Ebene verlängert sein, die im wesentlichen parallel zur Längsachse der Meßsonde ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektrischer Leiter zur Ausbildung identischer Spulen auf jedem zweier U-förmiger ferromagnetischer Kerne aufgewickelt, um zwei Elektromagnete zu bilden. Jeder Elektromagnet ist im wesentlichen schraubenförmig ausgebildet, und zwar um die Längsachse der Sonde. Diese Ausführungsform gestattet die Herstellung eines Elektromagneten mit einem Spalt mit relativ hoher magnetischer Flußdichte pro Längeneinheit der Meßsonde.

Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jeder der zwei Elektromagneten einen ferromagnetischen Kern auf, der im wesentlichen torusförmig mit einem Spalt zwischen den zwei Enden des Kerns ausgebildet ist. Die Abschnitte des torusförmigen Kerns auf jeder Seite des Spalts sind die Pole jedes Elektromagneten. Ein elektrischer Leiter ist zur Ausbildung identischer Spulen auf jedem torusförmigen ferromagnetischen Kern aufgewickelt. Jeder Elektromagnet ist in der Sonde in einer Ebene angeordnet, die einen Winkel mit der Längsachse der Sonde bildet und im Abstand zu dem anderen Elektromagneten angeordnet ist, wobei die Spalte vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten an der Sonde angeordnet sind. Die Enden jedes Kerns können in einer Ebene verlängert sein, die im wesentlichen parallel zur Längsachse der Sonde ist. Eine Elektrode ist zwischen den Polen jedes Elektromagneten vorgesehen. Die Sonde ist mit elektrisch isolierendem Bindematerial als Gehäuse umhüllt. Das elektrisch isolierende Bindematerial ist derart ausgebildet, daß die Elektroden beaufschlagbar sind, so daß Flüssigkeit, die an den Elektroden vorbeiströmt, in direkten Kontakt mit diesen kommt. Ein mittiges Rohr kann durch die torusförmigen Elektromagnete eingesetzt werden, so daß zusätzliche Vorrichtungen an dem entfernten Ende der Sonde in oben beschriebener Weise befestigbar sind.

Bei jeder der vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind die ferromagnetischen Kerne der Elektromagnete nicht in direktem Kontakt miteinander. Ein elektrischer Leiter kann zur Ausbildung einer Spule auf jedem Kern in identischer Weise aufgewickelt sein, wobei die Anfangswicklung nahe dem ersten Pol des Elektromagneten und die Endwicklung in der Nähe des zweiten Pols des Elektromagneten ist Ein elektrischer Leiter kann verwendet werden, um die Endwicklung auf dem ersten Kern mit der Anfangswicklung auf dem zweiten Kern zu verbinden, so daß ein elektrischer Obergang zwischen der Anfangswicklung auf dem ersten Kern und der Endwicklung auf dem zweiten Kern besteht Ein Mittelabgriffsleiter ist elektrisch mit der elektrischen Verbindung zwischen der Endwicklung auf dem ersten Kern und der Anfangswicklung auf dem zweiten Kern verbunden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei Elektromagnete durch Wicklung eines elektrischen Leiters als einzelne Spule auf

zwei benachbarten, im allgemeinen U-förmigen ferromagnetischen Kernen gebildet. Die geschlossenen Enden der U-förmigen, ferromagnetischen Kerne sind voneinander gespreizt, um das Einsetzen eines mittigen Rohres durch deren Mitte zu ermöglichen. Die offenen Enden der U-förmigen, ferromagnetischen Kerne sind voneinander gespreizt und so ausgebildet, um zwei getrennte Bereiche des magnetischen Flusses auf gegenüberliegenden Seiten der Meßsonde zu schaffen. Die Elektroden sind wiederum zwischen den Polen der Elektromagnete in den Bereichen höchster magnetischer Flußdichte angeordnet.

Zusammenfassend ergeben sich somit für die erfindungsgemäße Meßsonde u. a. mehrere Vorteile. So wird eine höhere Empfindlichkeit erreicht und die Meßsonde entwickelt während des Betriebs weniger Hitze als bekannte Meßsonden. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß zwei Elektromagnete in der Meßsonde vorgesehen sind, um zwei getrennte Magnetfelder zu erzeugen.

Jede Elektrode ist zwischen den Polen eines Elektromagneten in dem Bereich höchster magnetischer Flußdichte in jedem Elektromagneten angeordnet. Die Elektromagnete sind in ihrer Größe verringert, und eine Hülse oder ein Rohr kann in dem Mittelabschnitt der Sonde beim Zusammenbau eingesetzt werden. Diese Hülse gestattet die Befestigung zusätzlicher Meßvorrichtungen am entfernten Ende der Meßsonde, um Mehrfachmessungen in einer Flüssigkeit gleichzeitig zu ermöglichen.

Die Erfindung wird im folgenden in bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Vorderansicht einer Person mit eingesetztem Katheter,

F i g. 2 eine isometrische Ansicht einer bekannten Slrömungsmeßsonde,

F i g. 2A einen Querschnitt der Meßsonde der F i g. 2 entlang der Linie 2/4-2/4 der F i g. 2,

F i g. 3 eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform mit Mehrfachmeßvorrichtungen am entfernten oder freien Ende des Katheters,

Fig.4 eine isometrische Ansicht des Innenaufbaues einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßsonde.

F i g. 5 eine isometrische Ansicht einer umhüllten Ausführungsform der Meßsonde gemäß F i g. 4,

Fig.6 einen Querschnitt der Ausführungsform der F i g. 5 entlang der Linie 6-6 der F i g. 5,

F i g. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 der Fig. 5,

Fig.8 einen Querschnitt der Ausführungsform entlang der Linie 8-8 der F i g. 7,

F i g. 9 einen Längsschnitt einer Ausführungsform mit der Verbindung der zusätzlichen Vorrichtungen am freien Ende der Meßsonde,

Fig. 10 einen Längsschnitt einer Alisführungsform zur Darstellung der Abschirmung der elektrischen Leiter,

F i g. 11 einen Querschnitt der Ausführungsform entlang der Linie 11-11 der F ig. 10,

F i g. 12 ein elektrisches Schaltschema der Elektromagneten und Elektroden bei einigen Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 13 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform,

Fi g. 14 einen Querschnitt entlang der Linie 14-14 der Fig. 13,

Fig. 15 eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 16 einen Querschnitt entlang der Linie 16-16 der Fig. 15,

Fig. 17 eine isometrische Außenansicht der Ausführungsform der F i g. 15 nach der Umhüllung,

F i g. 18 einen Querschnitt entlang der Linie 18-18 der Fig. 17,

Fig. 19 einen Längsschnitt der Vorrichtung der Fig. 15 zur Darstellung der Umhüllung des freien Endes einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßsonde,

Fig.20 eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 21 einen Querschnitt entlang der Linie 21-21 der Fig. 20,

F i g. 22 eine isometrische Ansicht des !nnenteüs einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßsonde,

F i g. 23 einen Querschnitt entlang der Linie 23-23 der F ig. 22,

Fig.24 eine Aufsicht der Ausführungsform der F i g. 22, und

F i g. 25 eine Aufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßsonde.

Gemäß F i g. 1 wird in der Medizin ein Katheter 29 in ein Flüssigkeit enthaltendes Gefäß einer Person oder eines Tieres (»das Subjekt«) eingeführt, um besondere Messungen in der Flüssigkeit in diesem Gefäß auszuführen oder um eine Probe der Flüssigkeit aus diesem Gefäß zu entnehmen. Die Art der mit dem Katheter ausgeführten Messung wird bestimmt durch die Art der an dem Katheter 29 angeschlossenen Vorrichtung. Wenn eine Meßvorrichtung an dem freien Ende 29a befestigt ist, wird ein Verbindungsteil 29c an dem Anschlußende 296 des Katheters angekoppelt, um eine Verbindung zu einem geeigneten, nicht dargestellten Meßgerät herzustellen. Wie bereits erwähnt sind in den letzten Jahren mehrere Vorrichtungen entwickelt worden, die zum Anschluß am freien Ende des Katheters geeignet sind.

Vor der Beschreibung der Geschwindigkeitsmeßsonden für Flüssigkeilen gemäß der vorliegenden Erfindung sowie gemäß dem Stand der Technik ist es zweckmäßig, die allgemeine Theorie des Betriebes von Strömungsmeßsonden zu diskutieren.

Es ist bekannt, daß eine Spannung in einem Leiter induziert wird, wenn dieser durch ein Magnetfeld in einer Richtung bewegt wird, daß er die Magnetflußlinien schneidet, und umgekehrt tritt das gleiche Phänomen auf, wenn das Magnetfeld in ähnlicher Weise über den Leiter bewegt wird. Entscheidend ist nämlich die relative Bewegung zwischen dem Magnetfeld und dem Leiter, durch die eine Spannung in dem Leiter induziert wird. Die Flüssigkeit, die in dem Gefäß des Objekts bewegt wird, in das eine Strömungsmeßsonde eingeführt ist, kann als kontinuierlicher Leiter angesehen werden. Daher hängt die Messung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit von der Spannungsinduktion in der Flüssigkeit ab, die durch ein Magnetfeld fließt, und die Spannung wird unter rechten Winkeln zur Bewegungsrichtung der Flüssigkeit und zum Magnetfeld induziert. Die Polarität der induzierten Spannung hängt von der Polarität des Magnetfeldes und von der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit ab. Die Größe der induzierten Spannung wird bestimmt durch die Geschwindigkeit der Flüssigkeit und die Stärke des Magnetfeldes, und bei bekannter Stärke des Magnetfeldes und Gefäßgröße kann die Strömungsgeschwindigkeit direkt von dem kalibrierten Gerät abgelesen werden.

In Fig.2 ist eine bekannte Strömungsmeßsonde 25

dargestellt, die am freien Ende 29a des Katheters 29 (Fig. 1) befestigt sein kann, um die Blutgeschwindigkeit in einer Arterie oder einer Vene zu messen. Es ist zweckmäßig, die Art und Weise, mit der diese Strömungsmeßsonde arbeitet, zu kennen, um vollständig die Bedeutung der erfindungsgemäßen Strömungsmeßsonde zu erkennen.

Gemäß F i g. 2 weist die bekannte Strömungsmeßsonde 25 einen U-förmigen Eisenkern 31 auf, auf den ein Draht 33 gewickelt ist, um einen Elektromagneten zu bilden. Wenn eine Spannung 34 zwischen den Enden des Drahtes 33 angelegt wird, wird ein Magnetfeld erzeugt. Zwischen den Polen 31a und 310 des Elektromagneten sind Magnetflußlinien, die in F i g. 2A durch gestrichelte Linien gekennzeichnet, sind und die am dichtesten in dem Spalt direkt zwischen den Polen 31a und 31 b des Elektromagneten sind. Elektroden 36 und 37 sind auf der Außenseite der Strömungsmeßsonde gemäß F i g. 2A angeordnet.

Bei den Meßsonden gemäß F i g. 2 und 2A sind die Elektroden 36 und 37 nicht in dem Bereich höchster Magnetflußdichte angeordnet. Dagegen sind sie in den Randbereichen des Magnetfeldes angeordnet, das durch den Elektromagneten erzeugt wird. Spannungen, die an den Elektroden 36 und 37 durch eine gegebene Flüssigkeitsgeschwindigkeit induziert werden, sind daher geringer als die Spannungen, wenn die Elektroden 36 und 37 in einem Bereich höherer Magnetflußdichte angeordnet wären.

Für annehmbare Messungen mit Spannungen ausreichender Größe, die an Elektroden 36 und 37 der Meßsonde 25 induziert werden, sind eine erhebliche Größe des Eisenkerns 31 sowie vielen Windungen des Drahtes 33 auf dem Eisenkern erforderlich. Wenn dies der Fall ist, kann die Meßsonde 25 nicht in den anderen Vorrichtungen bei einem Katheter mit physiologisch annehmbarer Größe verwendet werden, da der Elektromagnet und die Elektroden im wesentlichen den gesamten Querschnitt der Sonde 25 einnehmen.

Wie obenerwähnt, sind Meßsonden entwickelt worden, die zusätzliche Vorrichtungen an ihren freien Enden ermöglichen. Um einen Durchlaß in der Meßsonde ■25 zu ermöglichen, muß die Größe des Eisenkerns 31 oder die Menge des Drahtes 33 wesentlich verringert werden. Diese Verringerung führte zu niedrigeren Spannungen, die an den Elektroden 36 und 37 während des Betriebs induziert werden, da ein Magnetfeld mit geringerer Intensität in der Sonde erzeugt wird. Daher wurde die Arbeitsweise einer Meßsonde mit einem ferromagnetischen Kern verschlechtert, wenn eine derartige Sonde hergestellt wurde, um zusätzliche Meßvorrichtungen an seinem freien Ende zu befestigen.

Gemäß Fig.4 weist eine erfindungsgemäße Strömungsmeßsonde 75 zwei Elektromagnete 101 und 102 auf, um zwei getrennte Magnetfelder zu erzeugen. Jeder Elektromagnet 101 und 102 weist einen ferromagnetischen Kern 40 bzw. 41 auf, der jeweils einen Spalt zwischen den entsprechenden magnetischen Polen aufweist Die Elektromagnete 101 und 102 sind in dem Gehäuse der Meßsonde angeordnet. Jede Elektrode 42 und 43 ist derart angeordnet, daß die von der Flüssigkeit beaufschlagte Grenzfläche der Elektrode im wesentlichen in dem Spalt zwischen den Polen des jeweiligen Elektromagneten 101 bzw. 102 ist.

Bezugnehmend auf die F i g. 4, 5 und 6 können die Elektromagnete ΙΟΊ und 102 sowie die Elektroden 42 und 43 mit elektrisch isolierendem Bindematerial 81 umhüllt sein. Das Bindematerial 81 ist beispielsweise an den Außenflächen mit einer Vertiefung versehen, um die Beaufschlagung der Außenflächen der Elektroden 42 und 43 als Grenzfläche für die Flüssigkeit zu ermöglichen. Wenn eine leitfähige Flüssigkeit an der Grenzfläehe der Elektroden 42 und 43 vorbeiströmt, wird eine Spannung an den Elektroden induziert. Die Größe der induzierten Spannung ist direkt proportional zur Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit an den Elektroden 42 und 43 vorbeiströmt, und zur Magnetflußdichte im

ίο Bereich der Strömung in der Nähe der Elektroden 42 und 43.

Die Anordnung der Elektroden im wesentlichen im Spalt jedes Kerns führt dazu, daß jede Elektrode in einem Bereich höherer Magnetflußdichte ist, als die bei bekannten Meßsonden. Das Ergebnis dieser Positionierung ist. daß eine Spannung an den Elektroden induziert wird, die größer ist als die Spannung, die dann induziert würde, falls, bei vorgegebener Strömungsgeschwindigkeit an den Elektroden, diese im Randbereich des Magnetfeldes wären. Außerdem ermöglicht die Positionierung der Elektroden zwischen den Polen der Elektromagnete eine geringere Größe der Elektromagnete als die bekannten Meßsonden. Daher ist eine geringere Menge an Draht erforderlich, um die Elektromagnete herzustellen, was zu einer geringeren Wärmeerzeugung in der Meßsonde während des Betriebs führt. Die hervorragenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Meßsonde werden im folgenden anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben.

Ein Merkmal der Meßsonde ermöglicht einen oder mehrere Verbindungskanäle in Längsrichtung der Meßsonde für Übertragungsvorgänge, beispielsweise über Drähte, optische Fasern oder Flüssigkeiten. Beispielsweise wird gemäß F i g. 4 durch ein einzelnes Rohr 44 eine derartige Verbindung hergestellt. F i g. 3 zeigt einen Katheter mit mehreren Sensoren, die im Abstand angeordnet sind, mit zwei derartigen Übertragungskanälen zur getrennten Durchleitung von Drähten durch die Meßsonde.

Die Meßsonde gemäß F i g. 4 weist zwei ferromagnetische Kerne 40 und 41 auf, auf denen Draht 45 aufgewickelt ist, um zwei Elektromagnete 101 bzw. 102 zu bilden. Die ferromagnetischen Kerne 40 und 41 können beispielsweise aus Eisen bestehen. Jeder Kern 40 und 41 ist im wesentlichen U-förmig ausgebildet.

Die Elektromagnete 101 und 102 sind vorzugsweise in der Sonde in einer Ebene im wesentlichen parellel zur Längsachse der Sonde und im Abstand zueinander angeordnet. Die Elektroden 42 und 43 sind im wesentlichen in dem Spalt zwischen den Polen der Elektromagnete angeordnet und bestehen vorzugsweise aus Silber oder Platin. Zur Verbindung zwischen den Elektroden 42 und 43 und dem Anschluß am Anschlußende des Katheters sind Drähte vorgesehen. Die U-förmigen Tei-Ie 40 und 41 und die Elektroden 42 und 43 können in geeigneter Weise mit dem mittigen Rohr 44 durch Epoxy oder anderes elektrisch isolierendes Bindematerial gebunden sein.
Gemäß F i g. 12 ist ein elektrischer Leiter 45 als Spule

So auf jedem ferromagnetischen Kern 40 und 41 in identischer Weise aufgewickelt Die Windungen beginnen (Anfangswicklung 50 und 52) auf einer Seite des Spalts und enden (Endwicklung 51 und 53) auf der anderen Seite des Spalts. Ein Leiter ist zwischen der Endwicklung 51 und der Anfangswicklung 52 vorgesehen, um eine elektrische Verbindung zwischen der Anfangswicklung 50 des Elektromagneten 102 und der Endwicklung 53 des Elektromagneten 101 zu erhalten.

Wenn gemäß den Fig.4 und 12 eine Spannung zwischen den Enden 45a und 456 des Leiters 45 (Fig. 12) anliegt, sind die Enden 40a und 41a der Kerne 40 und 41 beide nordmagnetische oder beide südmagnetische Pole der Elektromagnete. Eine Flüssigkeit, die an den Elektroden 42 und 43 (F i g. 4 und 5) in einer Richtung entlang der Längsachse der Sonde strömt, induziert eine positive Spannung an einer Elektrode und eine negative Spannung an der anderen Elektrode. Das nicht dargestellte elektronische Gerät, das mit dem Anschlußende 296 des Katheters 29 (Fig. 1) verbunden ist, kann so ausgebildet sein, um die Differenz der in den Elektroden induzierten Spannungen zu messen. Da die induzierten Spannungen entgegengesetzte Polaritäten haben, ist ihre Differenz eine Spannung mit einer Größe gleich der Summe der Absolutwerte jeder Spannung.

Es kommt recht häufig vor, daß die Strömungsmeßsonde in Berührung mit der Wand des Gefäßes kommt, in das sie eingesetzt ist. Wenn dies auftritt, kann die Sonde in dem Gefäß derart ausgerichtet werden, daß eine der Elektroden in Berührung mit der Gefäßwand ist. In dieser Situation nimmt die Flüssigkeitsgeschwindigkeit hinter der Elektrode, die in Berührung mit der Gefäßwand ist, ab, und die Größe der Spannung, die an den Elektroden induziert wird, nimmt daher ab. Wenn die Größe der induzierten Spannung abnimmt, ist es wünschenswert festzustellen, ob die Meßsonde in Berührung mit der Gefäßwand ist oder ob die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Gefäß tatsächlich abgenommen hat.

Gemäß F i g. 12 ist der Mittelabgriff 45c mit dem elektrischen Leiter zwischen der Endwicklung 51 des Elektromagneten 102 und der Anfangswicklung 52 des Elektromagneten 101 verbunden. Wenn eine Abnahme der Spannung an den Elektroden 42 und 43 beobachtet wird, kann die Spannung, die zwischen den Enden 45a und 456 angelegt war, zunächst zwischen 45c und 45a und dann 45c und 456 angelegt werden. Während dem jeweiligen Anliegen der Treiberspannung ist nur ein Elektromagnet 102 oder 101 erregt Wenn eine Elektrode 42 oder 43 in Berührung mit der Gefäßwand ist oder in Berührung mit einer Strömungsstörung, so wird eine wesentliche Differenz zwischen den induzierten Spannungswerten an jeder Elektrode beobachtet. Umgekehrt kann die Stromrichtung in lediglich einem Elektromagneten umgekehrt werden, indem die Treiberspannung zwischen dem Leiter 45c und den Leitern 45a und 456 angelegt wird. Falls die Flüssigkeitsgeschwindigkeit an jeder Elektrode identisch ist, wird das Meßsignal der Sonde etwa Null Volt. Wenn jedoch die Strömung der Flüssigkeit bei einer Elektrode gestört wird, ist das Differenzausgangssignal der Meßsonde nicht etwa Null Volt, und die Position der Meßsonde kann in entsprechender Weise geändert werden.

In F i g. 5 ist dargestellt, wie die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fi g. 4 eingekapselt ist Eine Röhre 55 ist vorgesehen, um die Elektromagneten 101 und 102 und das Mittelrohr 44 gemäß F i g. 4 einzuschließen. Die Rohre 44 und 55 können beispielsweise aus Edelstahl bestehen. Der Außendurchmesser des Rohres 55 sollte dem Außendurchmesser des Katheters entsprechen, und Teile der zylindrischen Oberfläche des Rohres 55 sind entfernt, um Schlitze in der Rohrwand zu bilden. Die Strömungsmeßsonde kann durch geeignetes Material 81 eingekapselt werden, beispielsweise durch Epoxy, wobei dieses Füllmaterial 81 von den Schlitzen in der Rohrwand des Rohres 45 zu den Außenflächen der Elektroden 42 und 43 vertieft ist. Die Außenflächen der Elektroden 42 und 43 sind daher als Grenzflächen für Flüssigelektroden beaufschlagbar und, wenn der Katheter in ein Flüssigkeit führendes Gefäß eingeführt ist, kommen die Elektroden 42 und 43 in direkte Berührung mit der Flüssigkeit, die an ihnen vorbeiströmt. Die Tiefe der Vertiefungen ist natürlich abhängig von der Lage der Elektroden innerhalb der Sonde. Jedoch soll die Vertiefung nicht so groß sein, daß bei der Geschwindigkeitsmessung von Blut, dieses leicht zusammenbacken

ίο kann, so daß die Arbeitsweise der Elektrode und der Meßsonde verschlechtert wird.

Wenn gemäß den F i g. 1 und 4 die Meßsonde mit dem freien Ende 29a des Katheters 29 verbunden ist, bilden Leiter die elektrische Verbindung zwischen den Elektroden 42 und 43 und den Elektromagneten 101 und 102 in der Meßsonde einerseits und dem Anschlußstück 29c am Anschlußende 296 des Katheters 29. Da die Signalspannung, die über den Elektroden 42 und 43 induziert wird, wenn die Sonde in einem Subjekt angeordnet ist, sehr gering ist im Vergleich zu der an den Elektromagneten anliegenden Spannung, ist es wünschenswert, eine möglichst umfangreiche elektrische Abschirmung für die Leiter zu den Elektroden vorzusehen. Diese Abschirmung besteht bei einer Ausführungsform aus geflochtenem Abschirmmaterial 48, in das die Leiter von den Elektroden 41 und 43 eingesetzt sind und aus Abschirmmaterial 49, in das die Leiter von den Elektromagneten 101 und 102 eingesetzt sind. Die geflochtenen Abschirmungen 48 und 49 ermöglichen eine Abschirmung für die Leiter zwischen dem freien Ende 29a und dem Anschlußende 296 des Katheters 29. Selbstverständlich können für die Abschirmungen 48 und 49 andere Materialien verwendet werden, die geeignete elektrische Abschirmcharakteristiken aufweisen.

Es ist ausgeführt worden, daß ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Sonde zu schaffen, die die zusätzliche Befestigung weiterer Meßvorrichtungen an der Sonde am freien Ende des Katheters gestattet, wobei dabei jedoch nicht die Empfindlichkeit der Sonde beeinträchtigt wird. Wie unten beschrieben, können diese Meßvorrichtungen Wandler sein, deren Leiterdrähte sich von dem freien Ende 29a des Katheters 29 zu dem Anschlußende 296 durch ein mittiges Rohr 44 erstrekken. Mit anderen Worten ist das mittige Rohr 44 ein Durchlaß für diese Leiterdrähte. Da die durch diese Meßvorrichtungen aufgenommenen Signale klein sein können im Vergleich zur Spannung, die an dem Elektromagneten anliegt, ist es wünschenswert, die Differenz durch Abschirmung entweder der Leiter zu den entfernten Meßvorrichtungen oder der Leiter zu den Elektromagneten zu minimalisieren. Es hatte sich als vorteilhaft erwiesen, die Leiter zu den Elektromagneten abzuschirmen, und die Abschirmung entlang der Länge des Katheters wird für die Leiter zu den Elektromagneten durch die Abschirmung 49 ermöglicht.

In F i g. 10 ist ein Längsschnitt der Ausführungsform der Sonde gemäß Fig. 4 dargestellt. Fig. 10 zeigt genauer die Anordnung der Abschirmungen 48 und 49 bezüglich der Elektromagneten. Mit bekannten Meßsonden ist herausgefunden worden, daß eine physiologisch signifikante Wärmemenge während des Betriebs erzeugt wird. Während dies der Fall ist, sind die Abschirmungen 48 und 49 und die U-förmigen ferromagnetischen Kerne 40 und 41 gemäß Fi g. 10 an dem mittigen Rohr 44 angelötet oder in anderer Weise thermisch gebunden. Diese Verbindungen dieser Elemente sind durch die Bezugsziffern 100 bis 103 gekennzeichnet. Diese thermische Verbindungstechnik eestattet die Ab-

leitung einer großen Wärmemenge, die andernfalls in ein Subjekt während des Betriebs der Meßsonde abgegeben würde, und zwar durch das mittige Rohr 44 und entlang dem Katheter durch die Abschirmung. Mit anderen Worten wirken das mittige Rohr 44 und die damit verbundenen Abschirmungen als Wärmesenke lür die in der Meßsonde erzeugte Wärme.

In Fig. 13 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßsonde dargestellt Bei dieser Ausführungsform ist jeder ferromagnetische Kern 140 und 141 im allgemeinen U-förmig ausgebildet und Draht 146 ist auf jedem als Spule aufgewickelt Die Wicklung der Kerne 140 und 141 ist vorzugsweise in der gleichen Weise wie bei Fig. 12 ausgeführt. Jeder Kern ist dann gemäß Fig. 13 um die Längsachse der Meßsonde schraubenförmig aufgewickelt. Die Schraubenform gestattet eine größere Anzahl von Windungen pro Längeneinheit der Meßsonde. Daher können die Kerne 140 und 141 anfänglich gleich lang wie die Kerne 40 und 41 (F i g. 4) sein, können jedoch in eine kürzere Meßsonde als die Kerne 40 und 41 eingepaßt v/erden. Die größere Windungszahl pro Längeneinheit die mit der Ausführungsform der F i g. 13 erreicht wird, führt zu einer entsprechenden Magnetflußdichte, die durch diese Ausführungsform bei wesentlicher Verringerung der Sondenlänge erzeugt wird.

Gemäß Fi g. 14 sind in den Spalten zwischen den Polen der Kerne 140 und 141 Elektroden 142 und 143 angeordnet Dies ist der Bereich höchster Magnetflußdichte. Ein Rohr 145 wird verwendet, um die Elektromagnete und Elektroden einzuschließen. Das Rohr 145 weist in den Bereichen der Elektroden 142 und 143 Schlitze auf. Um die Meßsonde zu umschließen, wird geeignetes elektrisch isolierendes Material 81, beispielsweise Epoxy, verwendet, wobei dieses Material 81 so ausgebildet ist daß die Elektroden 142 und 143 wie oben beschrieben beaufschlagbar sind.

Bei einer anderen Ausführungsform gemäß den F i g. 15 bis 18 weisen die Elektromagnete ferromagnetische Kerne 150 und 151 auf, auf denen ein Leiter 156 in der in Fi g. 12 dargestellten Weise aufgewickelt ist. Die jeweils im wesentlichen torusförmigen ferromagnetischen Kerne 150 und 151 weisen einen Spalt zwischen den Enden 150a und 150£> und den Enden 151a und 151έ> jedes Kerns auf. Die Pole jedes Elektromagneten sind die Abschnitte des ferromagnetischen Kerns auf jeder Seite des Spalts. Jede Elektrode 152 und 153 ist derart angeordnet, daß die beaufschlagte Oberfläche als Grenzfläche zu der Flüssigkeit im wesentlichen in dem Spalt zwischen den Poien der ferromagnetischen Kerne 150 und 151 ist.

In Fig. 16 wird ein Querschnitt der Vorrichtung der Fig. 15 dargestellt, und zwar insbesondere die Anordnung der Elektrode 153 zwischen den Polen des Elektromagneten mit torusförmigem Kern 151. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen bedeutet die Anordnung der Elektroden zwischen den Polen jedes Elektromagneten, daß die Elektroden im Bereich der größten Magnetflußdichte in jedem Elektromagnet sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 15 ist die Abschirmung 157 (Fig. 15) in der Meßsonde und in dem Katheter 29 (Fig. 1) zwischen dem Anschlußende 29b und dem freien Ende 29a vorgesehen. Die Leiter 158 und 159, die die Elektroden 152 und 153 mit dem Leiter 29c an dem Anschlußende 290 des Katheters 29 verbinden, sind zwischen dem Rohr 44 und der Abschirmung 157 eingelegt. Die Leiter 156, die auf den Kernen 150 und 151 aufgewickelt sind, erstrecken sich von der Meßsonde zu dem Stecker 29c am Anschlußende 29b (Fig. 1) des Katheters 29 entlang der Oberfläche der Abschirmung 157, die der Katheterwand am nächsten ist Die Abschirmung 157 bewirkt im wesentlichen das gleiche wie die Abschirmungen 48 und 49 der F i g. 4 und 10.

Gemäß Fig. 17 ist die Meßsonde der Fig. 15 durch Anordnung eines Rohres 170 über den in F i g. 15 dargestellten Elektromagneten und Elektroden umschlossen.

Das Rohr 170 weist Ausschnitte 171 und 172 auf. Geeignetes elektrisch isolierendes Material 173, beispielsweise Epoxy, kann zum Einschließen der Meßsonde verwendet werden. Das Material 173 ist wiederum derart geformt, daß eine direkte Beaufschlagung der Elektrode 152 und 153, wie oben beschrieben, möglich ist, so daß Flüssigkeit in direkte Berührung mit diesen kommen kann, wenn die Probe in ein Flüssigkeit führendes Gefäß eingesetzt ist

Bei einer anderen Ausführucgsform gemäß der Fig.20 sind die ferromagnetischen Kerne 2OC und 201 im wesentlichen U-förmig. Die ferromagnetischen Kerne 200 und 201 berühren einander und werden durch jede Wicklung des Leiters 202 umfaßt. Die offenen Enden (Pole) der U-^förniigen Kerne 200 und 201 sind gemaß F i g. 20 voneinander gespreizt, um zwei Elektromagnete zu bilden. Wenn die Elektromagnete in der Meßsonde angeordnet sind, werden auf gegenüberliegenden Seiten der Meßsonde zwei getrennte Bereiche mit magnetischem Fluß erzielt. Wenn eine Spannung zwischen den Enden 202a und 202b des Leiters 200 anliegt, werden beide Elektromagnete erregt. Diese Ausführungsform erfordert beispielsweise weniger Draht als die Ausführungsform der Fig.4 und daher einen geringeren elektrischen Widerstand in den Elektromagneten als die Ausführungsform der F i g. 4. Wenn dies der Fall ist, wird weniger Wärme mit der Ausführungsform der F i g. 20 als mit der Ausführungsform der Fig.4 erzeugt. Die gebogenen Enden der U-förmigen ferromagnetischen Kerne 200 und 201 können gemäß Fig.20 voneinander gespreizt sein, um das Einsetzen eines metallischen Rohres 210 zwischen den Kernen zu ermöglichen.

Wiederum sind zwischen den Polen der entsprechenden Elektromagnete, wie oben beschrieben, Elektroden 211 und 212 vorgesehen. Wie obenerwähnt, wird diese Anordnung so ausgeführt, daß die Elektroden 211 und 212 in den Bereichen höchster Magnetflußdichte der Elektromagneten sind.

Die Ausführungsform der F i g. 20 hat jedoch einen Nachteil, den die anderen Ausführungsformen nicht aufweisen. Die Windungen der Elektromagnete, die bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 4,13 und 15 verwendet werden, sind vorzugsweise in der in F i g. 12 dargestellten Weise aufgewickelt. Da die ferromagnetischen Kerne 200 und 201 durch die gleiche Spule magnetisiert werden, können diese nicht wie bei den anderen Ausführungsformen unabhängig magnetisiert werden.

Daher kann eine Differenz der Flüssigkeitsströmung, die durch eine Störung der Strömung an einer der Elektroden verursacht wird, nicht in einfacher Weise identifiziert werden.

Die weitere Ausführungsform der F i g. 22 weist zwei ferromagnetische Kerne 340 und 341 auf, auf denen ein Draht 345 aufgewickelt ist, um zwei Elektromagnete 301 bzw. 302 zu bilden. Die ferromagnetischen Kerne 340 und 341 können beispielsweise aus Eisen bestehen. Jeder Kern 340 und 341 ist im wesentlichen torusförmig ausgebildet.

Gemäß F i g. 24 sind die Elektromagnete 301 und 302 vorzugsweise in der Meßsonde in einer Ebene angeordnet, die einen Winkel mit der Längsachse der Meßsonde bildet Die Enden 340a und 341a der Kerne 340 und 341 sind in einer Ebene verlängert, die im wesentlichen parallel zur Längsachse der Meßsonde ist, so daß Pole der Elektromagnete 301 und 302 gebildet werden.

Gemäß den F i g. 22 und 23 sind die Elektroden 342 und 343 im wesentlichen in dem Spalt zwischen den Polen der Elektromagnete 301 und 302 angeordnet Die Elektroden 342 und 343 bestehen vorzugsweise aus Silber oder Platin. Wie oben beschrieben, ist ein Verbindungskanal oder ein Rohr 344 in der Längsrichtung der Meßsonde zur Herstellung einer Verbindung mittels Drähten, optischen Fasern oder Flüssigkeiten vorgesehen. Die torusförmigen Kerne 340 und 341 und die Elektroden 342 und 343 können in geeigneter Weise an dem mittigen Rohr 344 durch Epoxy oder ein anderes elektrisch isolierendes Bindematerial befestigt sein.

In Fig. 23 ist die Einkapselung der Ausführungsform gemäß Fig. 22 dargestellt. Das Rohr 355 wird verwendet, um die Elektromagnete 301 und 302 und das mittige Rohr 344 zu umschließen. Die Rohre 344 und 355 können beispielsweise aus Edelstahl bestehen. Der Außendurchmesser des Rohres 355 sollte dem Außendurchmesser des Katheters entsprechen, und Teile der zylindrischen Oberfläche des Rohres 355 sind entfernt, um Schlitze in der Rohrwand in der Nähe der Elektroden 342 und 343 zu bilden. Die umschlossene Meßsonde kann durch geeignetes Material 381, beispielsweise Epoxy, eingekapselt werden, und dieses Füllmaterial 381 ist bei den Schlitzen in der Rohrwand des Rohres 355 vertieft, um die äußeren Oberflächen der Elektroden 342 und 343 beaufschlagen zu können. Die äußeren Oberflächen der Elektroden 342 und 343 sind daher als Grenzflächen mit der Flüssigkeit beaufschlagbar und, wenn das Katheter in ein Flüssigkeit führendes Gefäß eingesetzt ist, kommen die Elektroden 342 und 343 in direkte Berührung mit der an ihnen vorbeifließenden Flüssigkeit.

Die Ausführungsform der Fig.22 bis 24 weist die gleichen elektrischen Verbindungen auf, wie die gemäß denFig.4undl2.

Die weitere Ausführungsform gemäß F i g. 25 ist ähnlich den in den Fig. 15—18 dargestellten Ausführungsformen, die oben beschrieben worden sind. Die Ausführungsform der Fig.25 weist zwei ferromagnetische ' Kerne 440 und 441 auf, auf denen Draht 445 aufgewik-," kelt ist, um zwei Elektromagnete 401 bzw. 402 zu bilden. Die ferromagnetischen Kerne 440 und 441 können beispielsweise aus Eisen bestehen. Jeder Kern 440 und 441 ist im wesentlichen torusförmig. Die Elektromagnete "^u401 und 402 sind vorzugsweise in der Meßsonde in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Meßsonde angeordnet. Die Enden 440a und 441a der "Kerne 440 und 441 erstrecken sich in einer Ebene im ' wesentlichen parallel zur Längsachse der Meßsonde, und bilden dadurch die Pole der Elektromagnete 401 und 402. Die nicht dargestellten Elektroden sind im wesentlichen in dem Spalt zwischen den Polen der Elektromagnete 401 und 402 angeordnet, und zwar in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform der F i g. 22. Ein mittiges Rohr 444 ist vorgesehen, wie oben beschrieben, um eine Verbindung beispielsweise durch Drähte, optische Fasern oder Flüssigkeiten zu ermöglichen. Die torusförmigen Kerne 440 und 441 und die Elektroden können in geeigneter Weise an dem mittigen Rohr 444 durch Epoxy öder anderes elektrisch isolierendes EMndemateriai, das nicht dargestellt ist, wie oben beschrieben befestigt sein. Umgekehrt können die verlängerten Pole 440a und 441a und die nicht dargestellten Elektroden vor dem oben beschriebenen Einkapseln in geeigneter Weise an einer Abstandsspule 446 befestigt werden. Die Ausführungsform der Fig.25 weist die gleichen elektrischen Verbindungen auf, wie die bei den Ausführungsformen der Fig.4 und 22 in Verbindung mit der Beschreibung der F i g. 12.

ίο Durch Versuche ist herausgefunden worden, daß die erfindungsgemäße Meßsonde Ausgangsspannungen erzeugt, die größer oder gleich denen bei bekannten Meßsonden sind. Außerdem ist der Temperaturanstieg über die Umgebungstemperatur, der mit der erfindungsgemäßen Meßsonde erreicht wird, geringer als der Temperaturanstieg über die Umgebungstemperatur bei bekannten Meßsonden. Dieser verringerte Temperaturanstieg ist insbesondere wichtig bei dieser Art von Vorrichtungen, da eine übermäßige Hitze, die durch die Meßsonde abgegeben wird, zerstörend auf die Flüssigkeit oder auf das Gefäß einwirken kann, in das die Meßsonde eingeführt ist.

Zum Schluß soll auf ein wichtiges Merkmal der verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemä-Ben Meßsonde eingegangen werden. Dabei handelt es sich um die Möglichkeit, zusätzliche Vorrichtungen am freien Ende der Meßsonde anzubringen, so daß Mehrfachmessungen in einer Flüssigkeit in einem Gefäß gleichzeitig ausgeführt werden können. Die Verbindung zwischen den entfernten Meßvorrichtungen und dem Anschlußende des Katheters erfolgt durch die Meßsonde, ohne deren Eigenschaften zu beeinträchtigen. Eine derartige Meßsonde mit mehreren Meßvorrichtungen und mit ferromagnetischem Kern ist bisher nicht bekannt. Ohne die allgemeine Bedeutung dieser Erfindung zu beeinträchtigen, wird der Anschluß zusätzlicher Meßvorrichtungen mit Bezug auf die Ausführungsform gemäß F i g. 4 näher erläutert.

Zunächst wird auf Fig. 19 verwiesen. Falls keine zusätzliche Meßvorrichtung erwünscht ist, ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform das Ende der Meßsonde durch geeignetes Bindematerial, beispielsweise Epoxy, umhüllt, um eine abgerundete Spitze 190 zu bilden. Dieses Verfahren kann bei jeder der Ausführungsformen der Erfindung angewandt werden.

Gemäß F i g. 4 erstreckt sich das mittige Rohr 44 über den Bereich der Elektromagnete hinaus, wenn zusätzliche Vorrichtungen an dem freien Ende der Meßsonde befestigt werden sollen. An dem Teil des mittigen Rohres 44, das sich über das freie Ende der Meßsonde hinaus erstreckt, ist eine Buchse 46 befestigt, um zusätzliche Vorrichtungen für die Meßsonde zu haltern. Fig.5 zeigt die Einkapselung der Meßsonde, wobei jedoch die Buchse 56 noch frei liegt.

Gemäß F i g. 9 kann eine zusätzliche Vorrichtung, beispielsweise eine Flüssigkeit aufnehmende öffnung oder eine Katheterverlängerung, an dem freien Ende der Meßsonde befestigt sein. Beispielsweise ist ein Abschnitt der Katheterverlängerung 90 mittels eines Paß-Stückes zwischen einem Ende 90a des Hohlraumes der ■Katheterverlängerung 90 und der Buchse 46 befestigt. Ein geeigneter Zement wird zusätzlich verwendet, um 'das Paßstück abzudichten. An dem freien Ende' der Katheterverlängerung 90 kann beispielsweise ein Druckmeßwandler befestigt sein, wie er beispielsweise in dem US-Patent 37 48 623 (Millar) offenbart ist.

Wenn ein derartiger Druckmeßwandler an dem freien Ende der erfindungsgemäßen Meßsonde angeschlossen

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ist, wurden die mittigen Rohre 91 und 44 als Durchlaß für die Drähte dienen, die elektrisch den Druckmeßwandler mit dem Stecker an dem Anschlußende des Katheters verbinden. In diesem Fall dient das mittige Rohr 44 zusätzlich als Abschirmung für die Drähte des 5 Druckmeßwandlers, um Interferenzen zwischen dem Signal in diesen Drähten und der Spannung zu verhindern, die an den Elektromagneten der Meßsonde anliegt

Im Rahmen der Erfindung können die verschiedenen erfindungsgemäßen Strömungsmeßsonden am freien io Ende des Katheters befestigt sein, wobei zusätzliche Meßvorrichtungen zwischen der Strömungsmeßsonde und dem Anschlußende des Katheters angeordnet sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 15

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Claims

Patentansprüche:

1. Strömungsmeßsonde, die in ein Gefäß mit leitfähiger Flüssigkeit einführbar ist und eine Spannung erzeugt, die proportional ist zur Geschwindigkeit der an der Meßsonde vorbeiströmenden Flüssigkeit, mit einem Gehäuse, mit dem sie am freien Ende eines Katheters befestigbar ist,

mit einem Elektromagneten mit ferromagnetischem Kern innerhalb des Gehäuses,
mit zwei Elektroden, deren freiliegende Außenfläche in der Nähe der Magnetpole in dem Gehäuse so angeordnet sind, daß sie Grenzflächen für die Flüssigkeit bilden, mit elektrischen Elektromagnet- und Elektrodenanschlußleitern, und

mit elektrisch isolierendem Bindematerial, das Teile der Meßsonde umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektromagnete (101, 102; 146; 301, 302; 4401,402) mit ferromagnetischen Kernen (40,41; 140, 141; 150,151; 200,201; 340,341; 440,441) zur Erzeugung zweier getrennter magnetischer Felder vorgesehen sind, und daß die beiden Elektroden (43; 142, 143; 152, 153; 211, 212; 342, 343) in dem Gehäuse (55; 145; 170; 355) derart angeordnet sind, daß sich jeweils zwischen den beiden Polen des einen und des anderen Magneten je eine der Elektroden (43; 142,143; 152, •53; 211,212; 342,343) befindet.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (101,102; 146; 301,302; 401, 402) so angeordnet sind, daß die getrennten Magnetfelder an Stellen ausgebildet werden, die bezüglich einer zur Längserstreckung des Gehäuses (55; 145; 170;355) im wesentlichen senkrechten Ebene in einem Abstand voneinander angeordnet sind.

3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektromagneten jeweils einen im wesentlichen U-förmigen ferromagnetischen Kern (40, 41) mit Wicklungen (45) aufweisen, so daß die Pole (40a, 4ia) der Elektromagneten an den Enden der jeweiligen Kerne (40, 41) sind, die in der Sonde in zueinander parallelen Ebenen im wesentlichen parallel zur Längsachse der Sonde und im Abstand zueinander angeordnet sind.

4. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektromagneten jeweils einen im wesentlichen torusförmigen, ferromagnetischen Kern (150,151) mit Wicklungen aufweisen, der in der Sonde in einer Ebene unter einem Winkel zur Längsachse der Sonde angeordnet ist, wobei zwischen den Enden jedes Kerns zur Ausbildung der Pole der Elektromagneten ein Spalt gebildet ist.

5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Kerne in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Längsachse der Sonde verlängert sind.

6. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektromagneten je einen ferromagnetischen Kern mit Drahtwicklungen aufweisen, der im wesentlichen schraubenförmig um die Längsachse der Sonde ausgebildet ist.

7. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden je einen ferromagnetischen Kern mit Drahtwicklungen aufweisen, der im wesentlichen torusförmig ausgebildet ist, einen Spalt zwischen den Enden des Kern zur Ausbildung der Pole des Elektromagneten aufweist und der in der Sonde in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Sonde und im Parallelabstand zum jeweils anderen Elektromagneten angeordnet ist (Fig. 15 bis 18).

8. Sonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Enden des Kerns, die die Pole jedes Elektromagneten bilden, in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Längsachse der Sonde verlängert sind.

9. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektromagneten je einen im wesentlichen U-förmigen, ferromagnetischen Kern (200, 201) mit Drahtwicklungen (202) aufweisen, die beide Kerne gemeinsam umschließen, und daß diese Kerne in der Sonde so angeordnet sind, daß die freien Enden jedes Kerns auseinandergespreizt sind, um zwei getrennte Magnetfelder zu erzeugen.

10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Endabschnitte der U-förmigen Kerne voneinander abstehend aufgebogen sind, so daß ein Rohr (201) als Verbindungskanal in Längsrichtung der Sonde einführbar ist.

11. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

daß der Katheter (29) einen mittigen Hohlraum und elektrische Leiter zwischen seinen beiden Enden aufweist,

daß die Wicklungen eine Anfangs- und eine Endwicklung (50, 52 bzw. 5i, 53) aufweisen und auf jedem Kern in der gleichen Weise zwischen diesen Wicklungen gewickelt sind, wobei zwischen der Endwicklung (51) des ersten Kerns (41) und der Anfangswicklung (52) des zweiten Kerns (40) eine elektrische Verbindung besteht,

daß ein Mittelabgriff (45c,) an der elektrischen Verbindung vorgesehen ist und

daß eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten Leiter (45a,) in dem Katheter (29) und der Anfangswicklung (50) des ersten Kerns (41), zwischen einem zweiten Leiter (45b) in dem Katheter (29) und der Endwicklung (53) des zweiten Kerns (40), zwischen einem dritten Leiter (45cjin dem Katheter (29) und dem Mittelabgriff und zwischen den Elektroden (43,42) und einem vierten bzw. fünften Leiter in dem Katheter (29) besteht.

12. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein zylindrisches Rohr (55) mit Schlitzen für Vertiefungen aufweist, in denen die Elektromagnete einen magnetischen Fluß bei Anliegen einer Spannung ausbilden.

13. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Hülse (210,44,344,444) zur Ausbildung eines Verbindungskanals in Längsrichtung der Sonde.