SE421349B - Flodesmetare for registrering av verkligt forlopp hos pulserade vetskefloden - Google Patents

Description

771433846 -2_ kl är,i huvudsak oelastiskt. där -i- är ungefär lika med 0, det vill säga flödesresistansmaterialet Uppfinningen skall nedan förklaras närmare med hänvisning till bifo- gade ritningar på vilka figur l illustrerar en flödesmätare enligt upp- finningen schematiskt, varvid figurerna 2 och 3 visar kalibreringskurvor för två flödesmätartyper enligt uppfinningen, figur 4 visar ett snitt genom en flödesmätare enligt uppfinningen och figur 5 visar ett snitt enligt snittlinjen V-V i figur 4.

Huvudprincipen för flödesmätaren enligt uppfinningen visas schema- tiskt i figur l. Densamma består av ett huvudrör (I) som leder blodflö- det (Q) från centrum till den yttre änden av en delad artär. Tryckfallet över röret I uppmätes medelst en differentialtryckmätare 4 med praktiskt taget ingen “displacement" (National Semiconductor Corp., LXl60lDD) via rör II och III, den förra utformad med en inre rörledning av mindre stor- lek för ett senare beskrivet speciellt ändamål. Det är väsentligt att pulstrycket vid ingången till röret II överföres till vardera sidan av differentialtryckmätare utan betydande fasförskjutning. Detta innebär att tidskonstanten (T2) för röret II skall vara identisk med tidskonstanten (T3) för rören I + III, vilket kan åstadkommas genom att välja lämpliga värden för de tre rörresistanserna Rl, R2, och R3 och dessas elastici- tetsmoduler kl, kz, och k3 (se figur l) enligt nedanstående beräkning.

Eftersom tidskonstanterna är oberoende av flödet, avser beräkningen en situation med genomsnittsflödet noll, vilken erhålles genom temporär tillslutning av den avledande yttre artären (figur 1). Pulstrycket kommer därefter att åstadkomma mindre flöden, ql, gz. och q3 genom flödesmäta- rens tre rör I, II och III. po, pl, p2 och p3 anger trycken vid lägena i figur 1, A V , AVZ, AV3 de tryckinducerade volymändringarna av rören I, Im och III och kl, kz ock k3 desammas elasticitetsmoduler. Därvid är dpl= kldvl; dpz = kzdvz; dP3= k3dv3 och dvl/dt= ql - q3; dvz/dt = q2,i, dV3/dt = q3.

Förhållandet mellan flödet, resistansen och tryckfallet för de tre rören kan skrivas: ' qlR1 = P0 ' P15 QZR2 = P0 ' P2; q3R3 = Pl “ P3; Ifall l/kl=$0 (dvs. röret I är styvt) ger ekvationerna ovan, efter Laplaces transformering, följande lösning: P2: Po I* + 1-5 m än 7714338-6 _3- = 1 _ 1 P3 P0 R3 Rl 'P0 1+T3s ' l + -+ - s k k 3 3 varför T2 = Ég _ T3 =gR3 + Rl k ' k ' 2 3 Om sålunda k2 och k3 utformas identiska, gäller förhållandet T2 = T3 då R2 = Rl + R3.

Flödesmätaren är utformad enligt ovannämnda kriterium. Förhållandet k = k erhölls genom att utforma röret II (det yttre) och röret III i 2 3 _ lika storlek och av samma material. Förhållandet R2 = Rl + R3 erhölls genom monteringen av den mindre rörledningen inuti röret II med en resis- tans lika med Rl. Det är uppenbart att differentialtryckmätarens tryck- känsliga del 5 måste arbeta utan väsentlig förskjutning, ett kriterium som uppfylles med hjälp av den valda piezoresistiva differentialtryckmäta- ren (National Semiconductor Corp., LX l60lDD). Rören II och III är fyllda med en mycket lågviskös fluid för att bl. a. förhindra fickor av inne- stängd luft. För att även förhindra kortslutning och därmed haveri av tryckmätaren är densammas inre fyllt med nämnda fullständigt inerta elekt- rdlytfria fluid FC40 (3M Brand inert fluorochemical Liquids Chemical Divi- sion 3M Company). Med detta utförande uppstod i huvudsak ingen fasför- skjutning mellan pz och p3 (figur 1), såsom framgår av frånvaron av artära pulstrycksoscillationer vid nollflöde under yttre arteriell tillslutning.

Tryckmätaren termoisolerades och inneslöts hermetiskt tillsammans med ovan nämnda inerta vätska för att undvika skador genom kontakt med elektrolyter och interferens genom växlingar i yttertemperaturen.

Storleken på resistansen i röret I, R , (och därvid också R2) kan varieras inom ett brett omrâde. Det valda värdet beror på det område inom vilket blodflödet uppmätes, samt på den övre gränsen för det arteriella blodtryckfallet genom röret I, som kan godtagas, och på differentialtryck- mätarens känslighet och precision. R1 skall vara så liten som möjligt för att begränsa det arteriella tryckfallet genom flödesmätaren. Med förelig- gande konstruktion av den valda differentialtryckmätaren, kan flöden inom området desmätaren på <:lOmm Hg.

Figur 2 och 3 visar kalibreringskurvor för två flödesmätaretyper, en med relativt hög Rl för mätning_i det lägre flödesområdet (rörets I längd 85mm, inre diameter4§$l,lmm) och en annan med lägre Rl för större flöden (rörets I längd 85mm, inre diameter 1,75 mm). Blodflödet (för kalibrer- ingsändamål uppmätt medelst mätglas) avprickas relativt utsignalen (UQ) från differentialtryckmätaren. Längs abskissan avprickas också tryckskill- 7714338-6 _4_ naden över röret I (po - pl) . Såsom framgår, är linjariteten tillfreds- ställande. Detta faktum indikerar ocksâ att viskositetsändringar i blodet inom dessa hastighetsområden är av mindre betydelse. Föreliggande konst- ruktion av flödesmätaren ger en baslinjedrift/timme-< 2% av avvikningen i full skala, motsvarande ett maximalt tryckfall på l0mm Hg över flödes- mätaren vid standardiserade förhållanden med relativt konstant omgiv- ningstemperatur och konstant blodviskositet. Flödeskalibrering inklusive nollflödeskalibrering föreslås testad en gång i timmen.

Flödesmätaren kan uppvisa en ytterbehållare 6 i vilken differential- tryckmätaren 4 är inbyggd. Vätskan når via-inloppet 7 ett något utvidgat parti 8, vilket är avskärmat från högtryckssidan II med hjälp av ett mycket tunt rörligt silikongummimembran 9. Röret motsvarande I utgår från det utvidgade partiet 8 och förlöper i bågform (ej visat på ritningen) fram till ett likadant utvidgat parti 10, som är avskärmat från låg- trycksidan III via ett liknande silikongummimembran ll. Vätskan strömmar ut ur flödesmätaren via utloppet 12, som är anslutet till det utvidgade partiet 10. Hela genomströmningskanalen från inlopp 7 till utlopp 12 är lämpligen gjuten i en enhet.

Differentialtryckmätare med stor mäunggnmwmetkan vara känsliga för dels temperaturvariationer dels för yttre och inre påverkan av joninne- hållande lösningar såsom till exempel vanligt vatten eller blod. För att eliminera dessa problem uppvisar såväl ytterbehållaren 6 som tryckmä- tarens inre den inerta vätskan (FC40), som har låg viskositet. Genom lämplig lägesplacering av flödesmätaren undviker man att vätska blandar sig med blod vid ett eventuellt membranhaveri, eftersom den inerta väts- kan är flera gånger tyngre än vatten och blod. .

Tryckändringar alstrade av temperaturändringar i ytterbehållaren 6 kan elimineras genom att denna uppvisar ett elastiskt väggparti 13, som ändrar form med volymändringar, varigenom trycket.i ytterbehållaren 6 förblir konstant. Ytterbehållaren 6 har en öppning 14 som medger form- ändring av väggpartiet l3 utan motstånd.

Den inerta vätskan ändrar volym med temperaturändringar, varigenom kraftig baslinjedrift kan uppstå. För att då tryckmätarens lågtrycksdel har betydligt större volym än dess högtrycksdel eliminera detta har hela högtrycksideutrymmet II och lågtryckddeutrymmet III gjorts lika stora volymmässigt. - K Högtryck- och lâgtrycksideutrymmenas II,III lika stora volymer kan lämpligen uppnås med hjälp av mellanstycken 16, 15 med stor respektive mindre inre volym, och genom att lâgtrycksideutrymmets III ursprungligen förhållandevis mycket större volym dessutom reducerats med hjälp av en

Claims (11)

1. 7714338-6 ._5- genomborrad insats 17 inmonterad i tryckmätarens 4 eget lågtryckstill- kopplingsrör, och varvid insatsen 17 företrädesvis har god värmelednings- förmåga för att jämviktstemperatur skall erhållas så fort som möjligt. För åstadkommande av ett konstruktivt, enkelt och samtidigt effek- tivt utförande kan efterstävande resistanser erhållas med hjälp av mellan- styckena 16, 15, vilka uppvisar fördjupningar 18, 19 för membran 9, ll på- verkade av flödet, vars tryck skall mätas. För att undvika bildande av blodfickor där blodet kan stoppas upp och stelna och/eller som är svåra att rengöra kan membranen 9, ll vara anord- nade i blodflödet så, att desamma ständigt spolas av förbiströmmande blod. Membranen bör vara tunna, elastiska och gjorda av ett för blodkontakt tåligt material, t. ex. silikongummi. För att förhindra att strålnings- värme ger temperaturdrift kan ytterbehållaren vara värmeisolerande och uppvisa reflekterande ytor. I flödesmätaren ingående men för uppfinningen mindre väsentliga detaljer har inte visats eller beskrivits. Det kan dock nämnas, att insatserna 16, 15 uppvisar tätningsringar 20, 21 för tätning mot omgivaih väggar. Differentialtryckmätaren 4 är ansluten till en elektrisk kraft- källa och registrerapparatur (ej visad) via en kabel 22. Flödesmätaren enligt uppfinningen kan med fördel användas för mät- ning av andra flöden än blodflöden. Uppfinningen är med andra ord ej be- gränsad till den ovan exemplifierade och på ritningarna illustrerade ut- förandet utan den kan variera inom ramen för efterföljande patentkrav. Det kan slutligen nämnas, att vätskan i behållaren 6 lämpligen har en temperaturbufferteffekt. Patentkrav l. Flödesmätare för registrering av verkligt förlopphos pulserande vätskeflöden, företrädesvis för registrering av små blodflöden, varvid flödet mätes med hjälp av differentialtryckmätning över en första flödes- resistans (I) med resistansen Rl, och varvid flödesmätaren innefattar förutom flödesresistansen I även en högtrycksida i form av en flödesresis- tans (II) och en lâgtrycksida i form av en flödesresistans(III) med resistanserna R2 respektive R3, varvid resistanserna Rl, R2 och R3 är så valda att trycken på ömse sidor av differentialtryckmätaren är i fas med varandra oberoende av flödespulsationernas frekvens och varvid flödes- resistanserna I, II och III med resistanserna Rl, R2 och R3 har elasici- tetsmodulerna kl, kz respektive k3, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda faktorer är anpassade att uppfylla följande formel: 7714338-6 där l är ungefär lika med noll, det vill säga flödesresistansmaterialet kl är i huvudsak oelastiskt.

2. Flödesmätare enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d a v att dess flödesresistanser och elasicitetsmoduler dessutom är anpassade enligt formeln: _R2=Rl+R3_ Om k2 = k3

3. Flödesmätare enligt något av patentkrav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d a v att en ytterbehâllare (6) och en inuti denna anordnad differentialtryckmätare (4), varvid såväl ytterbehâllaren (6) som tryck- mätarens (4) inre innehåller en inert icke elektrisk ledande vätska med låg viskositet. 7 I I

4. Flödesmätare enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att den inerta vätskan har annan täthet än vatten.

5. Flödesmätare enligt patentkrav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n ad a v att ytterbehållaren (6) uppvisat ett elastiskt väggparti (13), som- ändrar form.med volymförändringar, varigenom trycket i ytterbehållaren (6) förblir konstant. 7

6. Flödesmätare enligt något av föregående patentkrav, k ä~n n e - t e c k n a d a v att högtrycksideutrymmet (II) har i huvudsak lika sun volym som lågtrycksideutrymmet (III).

7. Flödesmätane enligt patentkrav 6,' k ä n n e t e c k n a d a v att högtryckside- och lågtrycksideutrymmenas (II, III) lika stora volym uppnåtts med hjälp av mellanstycken (16, 15) med stor respektive mindre volym, varvid lågtrycksideutrymmets(III) ursprungligen stora volym dess- utom reducerats med hjälp av en genomborrad insats (17) inmonterad i tryckmätarens (4) egna tillkopplingsrör, och varvid insatsen (17) före- trädesvis har god värmeledningsförmåga.

8. Flödesmätare enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d a v att eftersträvade resistander erhålles med hjälp av mellanstyckena (16, 15) vilka uppvisar fördjupningar (18, 19) för membran (9, ll) 1 kontakt med flödet, vars tryck skall mätas.

9. Flödesmätare enligt patentkrav 8,_k ä n n e t e c k n a d a v att membranen (9, ll) är elastiska samt då blodflödet skall mätas de mem- branblad, som är belägna i blodflödet även är av ett blodvänligt material -1- 7714338-6 som t. ex silikongummi.

10. Flödesmätare enligt något av patentkrav 3 - 9, k ä n n e - t e c k n a d a v att den värmeisolerande ytterbehållaren (6) uppvisar reflekterande yta.

ll. Flödesmätare enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att den inerta vätskan i ytterbehållaren (6) har temperaturbuffertför- måga. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: Frankrike 1 483 956 US 3 994 166 (73-205)