DE69734401T2

DE69734401T2 - Kassette zur messung von blut-parametern

Info

Publication number: DE69734401T2
Application number: DE69734401T
Authority: DE
Inventors: G. Thomas HACKER; L. John GEHRICH; G. Ronald HOLDER
Original assignee: Terumo Cardiovascular Systems Corp
Current assignee: Terumo Cardiovascular Systems Corp
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: JP2001513675A; US6101406A; EP0993266B1; DE69734401D1; ATE306844T1; WO1998037801A1; EP0993266A1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein eine Kassette zur Messung eines oder mehrerer Blutparameter und ist besonders zum Gebrauch im Verlauf von chirurgischen Eingriffen geeignet.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Oft werden verschiedene Blutkennwerte oder -parameter während bestimmter chirurgischer Eingriffe in Echtzeit überwacht. Bei einer Operation am offenen Herzen überwachen beispielsweise der Chirurg und andere Angehörige des Operationsteams oft den pH-Wert des Patientenbluts sowie die Konzentration bestimmter Blutgase, z. B. Kohlendioxid und Sauerstoff. In vielen Fällen werden die Parameter des Patientenbluts nicht nur im Operationsverlauf überwacht, sondern auch in der Zeit vor und nach dem chirurgischen Eingriff.
Häufig erfolgt die Messung von Blutparametern mit Hilfe eines extrakorporalen Blutkreislaufs, der Längen flexiblen Schlauchmaterials mit Durchgängen hat, die mit dem Gefäßsystem des Patienten in Fluidverbindung stehen. In vielen extrakorporalen Blutkreisläufen sind ein oder mehrere Sensoren, die zur Bestimmung von Blutparametern von Nutzen sind, benachbart zum Durchgang plaziert und mit einer Verarbeitungseinheit verbunden. Normalerweise ist die Verarbeitungseinheit mit einer Anzeigevorrichtung verbunden, z. B. einem Monitor, so daß das Operationsteam bei Bedarf die interessierenden Parameter überprüfen kann. Optional ist die Verarbeitungseinheit mit einer Aufzeichnungsvorrichtung verbunden, z. B. einem Drucker, um ein Protokoll der Parameter über eine Zeitperiode zu erstellen.
Oft verwendet man optische Sensoren zur Erfassung von Blutparametern in Echtzeit. Beispielsweise beschreiben die US-Patentschrift Re. 31897 (Lubbers et al.) und die US-Patentschrift 5403746 von Bentsen et al. Fluoreszenzsensoren, die gemäß dem Partialdruck von Sauerstoff, dem Partialdruck von Kohlendioxid und dem pH-Wert von Blut auf Licht reagieren. Sensoren, die nach den Prinzipien der Lichtabsorption funktionieren, sind z. B. in der US-Patentschrift 4041932 von Fostick beschrieben.
Extrakorporale Blutkreisläufe mit Sensoren zur Bestimmung von Blutparametern können auf verschiedene Weise ange ordnet sein, und oft hängt die zum Gebrauch in einem speziellen Fall gewählte Art und Weise von den Präferenzen des Operationsteams ab. In einigen Fällen sind die Sensoren in einem Gehäuse angeordnet, das entlang einer Schlauchlänge mit relativ kleinem Durchmesser liegt, die nur an einem Ende mit der Patientenblutzufuhr verbunden ist, und eine solche Vorrichtung wie eine Spritze kommt zum Einsatz, um eine Blutprobe an den Sensoren vorbei zu entnehmen. Beispiele für solche Kreisläufe sind in der US-Patentschrift 4989606 von Gehrich et al. beschrieben. Vorteilhaft sind solche Kreisläufe dahingehend, daß die mit den Sensoren verbundene Schlauchlänge zu jeder zweckmäßigen Zeit vor oder während des chirurgischen Eingriffs mit der Blutzufuhr gekoppelt werden kann, aber nachteilig ist, daß das Blut in der mit den Sensoren verbundenen Schlauchlänge nicht kontinuierlich zirkuliert, weshalb die Genauigkeit der erfaßten Parameter beeinträchtigt sein kann.
Eine weitere Art von extrakorporalem Blutkreislauf hat Sensoren, die entlang des Schlauchmaterials liegen, die Teil eines arteriellen oder venösen Durchgangs sind, der mit einem Oxygenator verbunden ist. Bei dieser Art von Kreislauf sind die Sensoren oft mit einem als Durchflußzelle bekannten Element verbunden, das Anschlußstücke auf entgegengesetzten Seiten zur Kopplung mit den Kreislaufschläuchen hat. Beschrieben sind Durchflußzellen z. B. in der US-Patentschrift 4640820 von Cooper. Oft favorisiert man Durchflußzellen, da eine Frischblutzufuhr kontinuierlich an den Sensoren vorbei im Umlauf geführt wird. Leider stehen Durchflußzellen in Reihenbeziehung zu den Kreislaufschläuchen und können daher nicht in stalliert werden, nachdem das Blut begonnen hat, durch die Schläuche zu fließen.
Optische Sensoren zur Messung von Blutparametern sind oft mit einer entfernten Meßvorrichtung optisch gekoppelt, die eine Lichtquelle zum Leiten von Licht zu den Sensoren sowie eine Vorrichtung zum Analysieren des von den Sensoren zurückgeführten Lichts aufweist. In vielen Systemen erstreckt sich ein Bündel optischer Fasern von der entfernten Vorrichtung zu einem Durchlaßblock oder -halter, und eine lösbare Kopplung ist vorgesehen, um den Halter oder Block mit der Zelle oder dem Gehäuse abnehmbar zu verbinden, die (das) die Sensoren trägt. Zum Beispiel beschreibt die US-Patentschrift 4989606 von Gehrich et al. einen Durchlaßblock, der an einem Gehäuse durch eine bewegliche Befestigungsanordnung abnehmbar befestigt ist, die ein schwenkbares Teil und eine Gewindeschraube zum Einspannen des Gehäuses zwischen einem Außenende des Teils und dem Block hat.
Während viele der in der Technik zur Messung von Blutparametern bekannten Komponenten in bestimmten Fällen zufriedenstellend sind, besteht fortgesetzter Bedarf an der Verbesserung der Komponenten, um den Gebrauch zu erleichtern, ohne die Genauigkeit der Messungen zu beeinträchtigen oder die Kosten der Komponenten übermäßig zu steigern. Außerdem wäre es wünschenswert, Komponenten bereitzustellen, die in vielfältigen Blutkreislaufkonfigurationen verwendet werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt ein System zur Messung eines oder mehrerer Blutparameter. Das System verfügt über eine Verkleidung mit Wänden, die eine Kammer zum Aufnehmen einer Blutmenge bilden, und mindestens einen Sensor, der mit der Verkleidung benachbart zur Kammer verbunden ist, zum Erfassen mindestens eines Parameters von Blut in der Kammer. Außerdem verfügt das System über eine Meßvorrichtung mit einem Gehäuse, mindestens einer Lichtquelle, die mit dem Gehäuse verbunden ist, und mindestens einem Lichtdetektor, der mit dem Gehäuse verbunden ist. Ein Verbinder koppelt die Verkleidung lösbar mit dem Gehäuse. Der Verbinder verfügt über eine erste Kopplung, die mit der Verkleidung verbunden ist, und eine zweite Kopplung, die mit dem Gehäuse verbunden ist. Die erste Kopplung hat eine konvexe Konfiguration, und die zweite Kopplung hat eine konkave Konfiguration.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kassette zur Messung eines oder mehrerer Blutparameter. Die Kassette verfügt über eine Verkleidung mit Wänden, die eine Kammer zum Aufnehmen einer Blutmenge bilden, und mindestens einen Sensor, der mit der Verkleidung benachbart zur Kammer verbunden ist, zum Erfassen mindestens eines Parameters von Blut in der Kammer. Außerdem weist die Kassette eine Kopplung zum Verbinden der Verkleidung mit einer Blutparameter-Meßvorrichtung auf. Die Kopplung hat eine konvexe Konfiguration mit einem Mittelabschnitt bzw. -teilstück. Der mindestens eine Sensor liegt im Mittelteilstück, und die Kopplung verfügt über mindestens einen flexiblen Fußabschnitt mit einem Ansatz zur lösbaren Verbindung mit der Blutparameter-Meßvorrichtung. Der mindestens eine Fußabschnitt erstreckt sich in einer vom Mittelteilstück wegführenden Richtung, und der Ansatz erstreckt sich nach außen in Querrichtung vom mindestens einen Fußabschnitt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kassette zur Messung eines oder mehrerer Blutparameter. Die Kassette verfügt über eine Verkleidung mit Wänden, die eine Kammer zum Aufnehmen einer Blutmenge bilden, und mindestens einen Sensor, der mit der Verkleidung benachbart zur Kammer verbunden ist, zum Erfassen mindestens eines Parameters von Blut in der Kammer. Außerdem weist die Kassette eine Kopplung zum Verbinden der Verkleidung mit einer Blutparameter-Meßvorrichtung auf. Die Kopplung hat eine konvexe Konfiguration und zwei Fußabschnitte, die jeweils mit der Verkleidung verbunden sind. Die Fußabschnitte weisen jeweils Außenflächen auf, die sich in jeweiligen Bezugsebenen erstrecken, die in einem Winkel im Bereich von etwa 28 Grad bis etwa 32 Grad relativ zueinander orientiert sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kassette zur Messung eines oder mehrerer Blutparameter. Die Kassette verfügt über einen Körper und mindestens einen mit dem Körper verbun denen Sensor zum Erfassen mindestens eines Parameters des Bluts. Ferner verfügt die Kassette über eine Verkleidung mit Wandabschnitten bzw. -teilstücken, die mindestens teilweise eine Kammer bilden, einen Einlaß zum Einlassen von Blut in die Kammer und einen Auslaß zum Abgeben von Blut aus der Kammer. Ein Verbinder koppelt den Körper abnehmbar so mit der Verkleidung, daß der mindestens eine Sensor neben der Kammer zum Beproben bzw. Abtasten eines oder mehrerer Parameter von Blut liegt, das die Kammer durchfließt.
Der Verbinder und die Kopplung, die in einigen der o. g. Ausführungsformen dargestellt sind, sorgen für eine schnelle, aber dennoch zuverlässige Verbindung, die bei Bedarf leicht entkoppelt werden kann. Die konkave Konfiguration der Vorrichtungskopplung umgibt teilweise die Sensoren der Kassette und schützt dadurch die Sensoren vor dem Einfluß von Umgebungslicht oder lokalisierten Temperaturänderungen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Merkmalen der Ansprüche festgelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht einer Kalibrier- und Fluidparameter-Meßkassette der Erfindung zusammen mit einer Fluidparameter-Meßvorrichtung, die ein Beispiel dafür zeigt, wie die Kassette und die Meßvorrichtung zueinander orientiert sind, bevor sie miteinander gekoppelt werden;
2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht nur durch die Kassette gemäß 1;
3 ist eine 2 etwas ähnelnde Ansicht mit der Ausnahme, daß 3 die Ansicht an einer unterschiedlichen Bezugsebene zeigt;
4 ist ein teilweise im Schnitt gezeigter vergrößerter Aufriß der Kassette gemäß 2 und 3 im Blick zu einer Seite der Kassette, die zur Meßvorrichtung weist, wenn die Kassette und die Meßvorrichtung von 1 miteinander gekoppelt sind;
5 ist eine vergrößerte Seitenquerschnittansicht der Kassette und eines Teils der Meßvorrichtung von 1, die sie aber miteinander gekoppelt zeigt und zusätzlich Verbinder und Schläuche zum Koppeln der Kassette mit einem Fluidkreislauf darstellt, z. B. einem kardiopulmonalen Bypasskreislauf;
6 ist eine 5 etwas ähnelnde Ansicht mit der Ausnahme, daß die Meßvorrichtung nicht gezeigt ist und zusätzliche Komponenten mit der Kassette zur Kalibrierung von Sensoren der Kassette verbunden wurden;
7 ist eine explodierte Perspektivansicht nur der Kassette gemäß 1, aber aus einer unterschiedlichen Sicht, die exemplarisch einen zweistückigen Aufbau der Kassette veranschaulicht;
8 ist eine vergrößerte Seitenquerschnittansicht nur der Meßvorrichtung gemäß 1 mit der Ausnahme, daß optische Fasern in der Vorrichtung nicht gezeigt sind;
9 ist eine explodierte Perspektivansicht der Meßvorrichtung gemäß 1;
10 ist eine vergrößerte, explodierte Perspektivansicht der Meßvorrichtung von 1 mit der Ausnahme, daß ein Gehäuse der Meßvorrichtung entfernt wurde;
11 ist eine vergrößerte Endansicht eines Teils der Meßvorrichtung von 1 im Blick in Parallelrichtung zu einer Längsachse des Vorrichtungsgehäuses, die u. a. eine Faseranschlußblockanordnung zeigt;
12 ist eine vergrößerte Unteransicht auf die Faseranschlußblockanordnung gemäß 11;
13 ist eine vergrößerte Seitenquerschnittansicht eines Abschnitts der Faseranschlußblockanordnung gemäß 11;
14 ist eine vergrößerte Perspektivansicht einer Einsatzplatte, die Teil der Faseranschlußblockanordnung gemäß 11 ist;
15 ist eine schematische Darstellung, die u. a. die verschiedenen Wege optischer Faserbündel der Meßvorrichtung gemäß 1 zeigt;
16 ist eine teilweise explodiert gezeigte vergrößerte Perspektivansicht eines Teils einer Optikanordnung der Meßvorrichtung von 1;
16a ist ein vergrößerter Seitenriß einer Linse der Optikanordnung gemäß 16;
17 ist eine vergrößerte Querschnittansicht an einer Längsachse eines optischen Halters der Optikanordnung gemäß 16;
17a, 17b und 17c sind vergrößerte Ansichten verschiedener Abschnitte des optischen Halters gemäß 17;
18 ist eine Draufsicht auf den optischen Halter gemäß 17;
19 ist eine Querschnittansicht des Halters gemäß 16 und 17 an einer Bezugsebene senkrecht zur Längsachse des Halters;
19a ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Halters gemäß 19;
20 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen weiteren optischen Halter der Optikanordnung gemäß 16;
21 ist eine Querschnittansicht an einer Längsachse des optischen Halters gemäß 20;
22 ist ein vergrößerter Aufriß einer elektrooptischen Koppelplatte der Meßvorrichtung gemäß 1;
23 ist ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Anordnung der Vorrichtung von 1 sowie eines Teils eines Monitors;
24 ist ein schematisches Blockschaltbild des Monitors, das auch die Verbindung mit der Vorrichtung von 1 zusammen mit der Verbindung mit anderen Vorrichtungen zeigt;
25 ist eine schematische Darstellung des kardiopulmonalen Bypasskreislaufs, der die Kassette und Vorrichtung von 1 verwendet;
26 ist eine 25 etwas ähnelnde Ansicht, aber gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
27 ist eine 25 etwas ähnelnde Ansicht, aber gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
28 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Körpers einer Blutparameter-Meßkassette, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
29 ist eine 28 etwas ähnelnde Ansicht mit der Ausnahme, daß sie den Blick in eine andere Richtung zum Körper zeigt;
30 ist eine vergrößerte Perspektivansicht einer exemplarischen Kassettenverkleidung zur abnehmbaren Verbindung mit dem Kassettenkörper gemäß 28 und 29;
31 ist eine vergrößerte Endquerschnittansicht der Kassettenverkleidung von 30, die in der Befestigung am Kassettenkörper von 28 und 29 gezeigt ist, und veranschaulicht zusätzlich eine Kopplung der Blutparameter-Meßvorrichtung von 1, die mit der Kassette gekoppelt ist;
32 ist eine teilweise explodiert gezeigte vergrößerte Perspektivansicht einer weiteren Kassettenverkleidung, die am Kassettenkörper gemäß 28 und 29 bei Bedarf befestigt werden kann, um eine etwas größere Querschnittfläche für den Blutdurchfluß zu bilden;
33 ist eine 32 etwas ähnelnde Ansicht mit der Ausnahme, daß sie in eine weitere Richtung zur Kassettenverkleidung blickt und ein weiteres Teil der Verkleidung explodiert darstellt;
34 ist eine 31 etwas ähnelnde Ansicht mit der Ausnahme, daß sie die Kassettenverkleidung von 32 und 33 statt der Kassettenverkleidung von 30 zeigt;
35 ist eine vergrößerte Perspektivansicht einer Versandkappe zur Verwendung mit der Kassettenverkleidung von 32 und 33;
36 ist eine 35 etwas ähnelnde Ansicht mit der Ausnahme, daß sie in eine weitere Richtung zur Kappe blickt;
37 ist eine 34 etwas ähnelnde Ansicht mit der Ausnahme, daß sie eine weitere Kassettenverkleidung zeigt, die mit dem Kassettenkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verbunden ist; und
38 ist eine 34 etwas ähnelnde Ansicht mit der Ausnahme, daß sie eine weitere Kassettenverkleidung zeigt, die mit dem Kassettenkörper gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gekoppelt ist.
Nähere Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ein System 10 zur Messung eines oder mehrerer Kennwerte oder Parameter von Fluid, wie z. B. Blut, ist in 1 dargestellt. Das System 10 verfügt allgemein über eine Kassette 12, die das Fluid aufnimmt, zusammen mit einer Meßvorrichtung 14 zum Messen von Parametern von Fluid in der Kassette 12.
In 2 bis 6 ist die Kassette 12 detaillierter gezeigt und weist eine längliche Verkleidung 16 mit Wandteilstücken auf, die eine längliche, innere Durchfluß-Fluidkammer 18 bilden, die sich entlang der Längsachse der Verkleidung 16 erstreckt. Gemäß 5 und 6 verfügt die Fluidkammer 18 über einen ersten oder Einlaßabschnitt 20 mit einem ersten oder "Einlaß"-Anschluß zum Einlassen von Fluid in die Kammer 18, einen zweiten oder Auslaßabschnitt 22 mit einem zweiten oder "Auslaß"-Anschluß zum Ermöglichen, daß Fluid die Fluidkammer 18 verläßt, und einen Zentral- oder Mittelabschnitt 24, der zwischen den Abschnitten 20, 22 liegt. (Obwohl die nachfolgende Beschreibung Fluid betrifft, das in die Kammer 18 durch den ersten Abschnitt 20 fließt und aus der Kammer 18 durch den zweiten Abschnitt 22 abgegeben wird, sollte verständlich sein, daß das Fluid bei Bedarf auch in Gegenrichtung durch die Kammer 18 fließen kann, so daß das Fluid in die Kammer 18 durch den zweiten Anschluß eintritt und durch den ersten Anschluß austritt.)
Außerdem weist die Fluidkammer 18 einen kegelstumpfförmigen Ausdehnungsbereich oder -abschnitt 25 auf, der zwischen dem Mittelabschnitt 24 und dem zweiten Abschnitt 22 liegt. Der Ausdehnungsabschnitt 25 hat eine freie Fläche, die größer als die freie Fläche des Mittelabschnitts 24 in Bezugsebenen senkrecht zur Längsachse der Verkleidung 16 ist und die sich mit Annäherung an den zweiten Abschnitt 22 vergrößert. Die Abschnitte 20, 22, 24 und 25 kommunizieren miteinander und haben kreisförmige Querschnitte in Bezugsebenen senkrecht zur Längsachse der Verkleidung 16. Vorzugsweise weisen mindestens die Wandteilstücke, die den Mittelabschnitt 24 bilden, eine hydrophile Oberfläche auf, und stärker bevorzugt weisen die Wandteilstücke, die alle Abschnitte 20, 22, 24 und 25 bilden, eine hydrophile Oberfläche auf. Optional gehört zur hydrophilen Oberfläche eine Heparinbeschichtung.
Eine Außenseite der Verkleidung 16 weist ein Mittelteilstück mit einer allgemein ovalförmigen Aussparung 26 auf. Mindestens ein Sensor zum Bestimmen eines oder mehrerer Para meter von Fluid in der Kammer 18 wird durch die Verkleidung 16 getragen. In der gezeigten Ausführungsform liegt eine Folge von vier Sensoren zwischen der Aussparung 26 und dem Mittelabschnitt 24 der Fluidkammer 18, und die Sensoren sind in vier Hohlräumen plaziert, die in ausgerichteter, beabstandeter Beziehung entlang der Längsachse der Verkleidung 16 angeordnet sind. Gemäß 4 verfügen die Sensoren über einen Ionen- (Kalium-) Sensor 28, einen pH-Sensor 30, einen Kohlendioxidsensor 32 und einen Sauerstoffsensor 34, die in Hohlräumen 27, 29, 31 bzw. 33 aufgenommen sind.
Bei Bedarf können zusätzliche Sensoren gemäß der späteren Beschreibung zum Einsatz kommen. Sensoren, die in der Vorrichtung der Erfindung von Nutzen sind, weisen bevorzugt eine Mehrschichtanordnung auf, die mit der Kassettenverkleidung 16 verklebt sein kann.
Vorzugsweise weist der Ionensensor 28 die folgenden Schichten auf: (i) eine Trägermembran, (ii) einen Haftkleber, der auf die Trägermembran aufgetragen ist, (iii) ein Erfassungselement mit einer ionenerfassenden Verbindung, die an ein Substrat gebunden ist, wobei das Substrat an der Membran befestigt ist (z. B. durch einen nicht störenden Kleber), und (iv) eine äußerste trübende Überzugsschicht auf der freiliegenden Oberfläche des Substrats.
Zu nützlichen Haftklebern zählen Silikonkleber und Polyurethankleber sowie andere, die eine Membran (später beschrieben) mit der Kassette verkleben können. Vorzugsweise sind die Kleber im wesentlichen für Lichtwellenlängen durchlässig, die in Erfassungskassetten der Erfindung verwendet werden, und sind für nützliche Ionensensoren chemisch nicht störend. Zu nützlichen Silikonklebern gehört PSA-518^TM (General Electric Co., Schenectady, NY), beschrieben in Beispiel 2 der US-Patentschrift 5508509. Zu nützlichen Polyurethanklebern gehört FLEXOBOND 431^TM (Bacon Co., Irvine, CA), beschrieben in Beispiel 3 der US-Patentschrift 5591400.
Eine Trennlage kann bei der Herstellung der Ionensensoren von Nutzen sein, um die freiliegende Oberfläche der Klebeschicht zu schützen. Diese Lagen können beliebige sein, die in der Industrie für diesen Zweck üblicherweise zum Einsatz kommen, und sind gemäß dem Kleber ausgewählt, von dem sie sich trennen sollen. Zu Beispielen für nützliche Trennlagen gehört Poly(ethylenterephthalat) (PET), das optional z. B. mit Silikon oder einem Fluorpolymer zur leichteren Trennung vom Kleber beschichtet sein kann. Eine nützliche Trennlage ist Scotch Pack 1022^TM (3M Company, St. Paul, MN), ein PET-Film, der mit Perfluorpolyether beschichtet und in der US-Patentschrift 5508509, Beispiel 2 beschrieben ist.
Die Trägermembran sorgt für Abstützung (z. B. Steifigkeit und Handhabbarkeit) für die Mehrschichtanordnungen. Vorzugsweise ist die Trägermembran transparent und für die Lösung, in der ein Zielion vorhanden ist, wie z. B. Blut oder eine Kalibrierlösung, im wesentlichen undurchlässig oder viel weniger durchlässig als das Erfassungssubstrat. Vorzugsweise ermöglicht die Membran dem Signal oder den Signalen, vorzugsweise den optischen Signalen, vom Erfassungselement und Substrat den Durchgang durch sie. Zu besonders nützlichen Aufbaumaterialien für diese Trägermembran zählen Polymermaterialien, wie z. B. Polyester, Polycarbonate, Polysulfone, darunter u. a. Polyethersulfone und Polyphenylsulfone, Polyvinylindenfluorid, Polymethylpentene u. ä. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform für den Ionensensor 28 ist die Trägermembran Polycarbonat.
Geeignete Ionensensoren, die als Kaliumsensor 28 verwendet werden können, sind in den US-Patentschriften 5474743 (Trend et al.), 5176882 (Gray et al.), 5136033 und 5162525 (Masilamani et al.) und der US-Patentschrift 5958782 beschrieben.
Bevorzugte Sensoren 28 weisen eine fluoreszierende ionophore Verbindung ("den Ionophor") auf, die eine komplexbildende Komponente zum Binden eines Ions und eine fluoreszierende Komponente enthält. Die Verbindung hat eine maximale Absorptionswellenlänge von mindestens etwa 350 nm. Geeignete fluoreszierende Komponenten enthalten vorzugsweise engliegende nπ*- und ππ*-Anregungszustände. In Kopplung mit einer geeigneten komplexbildenden Komponente sind geeignete fluores zierende Komponenten vorzugsweise zu ionenabhängiger Winkelung aus der Ebene fähig. Außerdem hat der ππ*-Zustand geeigneter fluoreszierender Komponenten vorzugsweise ausreichend hohe Energie, so daß ionenabhängiges Mischen strahlungsloses Koppeln mit dem Grundzustand dominiert. Zu besonders bevorzugten fluoreszierenden Komponenten gehören Cumarinkomponenten, wenngleich andere aromatische Carbonyle oder Nitroaromaten oder N-heterozyklische Komponenten verwendet werden können. Zu geeigneten ionenkomplexbildenden Komponenten zählen zyklische "Käfig"-Komponenten, die ein Ion binden können. Vorzugsweise vermag der Käfig, ein Ion selektiv zu binden. Zu bevorzugten ionenkomplexbildenden Komponenten gehören Cryptand- und Kronenetherkomponenten, wobei Cryptandkomponenten besonders bevorzugt sind.
Zu Ionen, die mit Hilfe des Ionophors erfaßt werden können, zählen z . B. Ag⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Ce⁺, Cd²⁺, Fr⁺, Hg²⁺, K⁺, Li⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Na⁺, Pb²⁺, Ru⁺, Sr²⁺, Ti⁺ und Zn²⁺. Bei Bedarf kann der Ionophor in Verbindung mit einer ionenselektiven Membran verwendet werden. Bevorzugte Sensoren weisen Ionophore auf, die K⁺, Na⁺ und Ca²⁺ erfassen.
Zu geeigneten fluoreszierenden ionophoren Verbindungen gehören Verbindungen mit der folgenden allgemeinen Formel (Formel "A"):
wobei:
T O oder N unter der Voraussetzung ist, daß wenn T O ist, q 0 ist und n 0 bis 2 ist, und wenn T N ist q 1 ist und
m und n unabhängig 0 oder 1 sind;
jedes R² unabhängig eine sterisch nicht störende Gruppe ist, u. a. solche Komponenten wie Wasserstoff, Halogen, eine hydrocarbylhaltige Gruppe, eine heteroazyklische Gruppe oder eine Gruppe mit der Formel (CH₂X)_aE, in der X O, NH oder eine Einfachbindung ist, E eine funktionelle Gruppe ist, die aktiven Wasserstoff aufweist, und a eine Ganzzahl von 1 bis 100 ist;
R³ vorzugsweise eine nicht elektronenziehende Gruppe ist, u. a. solche nicht elektronenziehenden Komponenten wie Wasserstoff, eine hydrocarbylhaltige Gruppe, eine heteroazyklische Gruppe, eine heterozyklische Gruppe oder eine Gruppe mit der Formel (CH₂X)_bE, in der X und E wie zuvor definiert sind und b eine Ganzzahl von 0 bis 100 ist;
R¹ eine elektronenziehende oder polarisierbare Gruppe ist, u. a. solche Komponenten wie Carboxyl, Carboxamid, Sulfonylaryl, Ester, Ketoalkylester, heterozyklische Komponenten und aromatische Gruppen (vorzugsweise an einer oder mehreren Positionen substituiert), am stärksten bevorzugt weisen R¹-Gruppen substituierte heterozyklische Komponenten mit der folgenden allgemeinen Formel (Formel "C") auf:
wobei Y und Y' unabhängig O, S, NH_x oder CH_y sind, wobei x 0 oder 1 ist und y 1 oder 2 ist, unter der Bedingung, daß Y und/oder Y' O, 5 oder NH_x sein muß, jede R⁴-Gruppe unabhängig Wasserstoff, Halogen, eine hydrocarbylhaltige Gruppe, eine hetero-azyklische Gruppe, eine heterozyklische Gruppe oder eine Gruppe mit der Formel (CH₂X)_cE ist, in der X und E wie zuvor definiert sind und c eine Ganzzahl von 0 bis 100 ist, oder beide R⁴-Gruppen zusammen mit den Kohlenstoffatomen, an die sie angelagert sind, einen Fünfer- oder Sechserring bilden, der optional eine oder mehrere weitere angelagerte R⁴-Gruppen haben kann; und
Z O oder NR⁵ ist, wobei R⁵ Wasserstoff oder eine hydrocarbylhaltige Gruppe ist, stärker bevorzugt R⁵ H oder eine C1- bis C4-Alkylgruppe ist und am stärksten bevorzugt R⁵ H ist.
Im allgemeinen haben Verbindungen der Formel A eine Anregungswellenlänge von mindestens etwa 350 nm und eine Emissionswellenlänge von vorzugsweise höchstens etwa 500 nm. Bevorzugte Verbindungen (in denen z. B. R¹ eine heterozyklische Komponente mit der allgemeinen Formel von Formel "C" ist) haben eine Anregungswellenlänge von mindestens etwa 380 nm und eine Emissionswellenlänge von höchstens etwa 500 nm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind Substituenten und ihre Position am Cumarinring so ausgewählt, daß gewährleistet ist, daß das Anregungs- (d. h. Absorptions-) Maximum des Ionophors der Erfindung bei einer Wellenlänge über 380 nm zentriert ist. Damit kann der Ionophor der Erfindung mit Festkörper-Lichtquellen verwendet werden, beispielsweise blauen LEDs und Lasern. Die Anregungs- und Emissionswellenlängen dieser Verbindungen liegen vorzugsweise mindestens etwa 10 nm auseinander, wodurch diese Verbindungen in fluoreszenzbasierten Meßtechniken der Kationenkonzentration von Nutzen sein können. Außerdem sind Substituenten und ihre Positionen vorzugsweise so ausgewählt, daß die Emissionswellenlänge unter 500 nm bleibt, wodurch die Ionophorreaktion für diese Klasse von Indikatoren erhalten bleibt. Schließlich sind Substituenten und ihre Positionen vorzugsweise so ausgewählt, daß sie für die Möglichkeit zur kovalenten Anlagerung an Substrate sorgen. Vorzugsweise ist das Substrat, an das der Indikator angelagert ist, so ausgewählt, daß gleichmäßige und reproduzierbare Ionophorreaktion unterstützt und der Effekt physiologischer pH-Wertänderungen auf die Ionophorreaktion minimiert ist. Geeignete Haftvermittler zur kovalenten Anlagerung sind in der US-Patentschrift 5053520 beschrieben. Homobifunktionelle und/oder heterobifunktionelle Haftvermittler sind in der WO 96/07268 und WO 96/10747 beschrieben.
Vorzugsweise ist der Ionophor kovalent an ein geeignetes Substrat gebunden, das an der Trägermembran gemäß der späteren Beschreibung angelagert sein kann. Das Substrat ist vorzugsweise ein Polymermaterial, das in Wasser quellbar und für die interessierenden ionischen Spezies durchlässig sowie vorzugsweise im zu überwachenden Medium unlöslich ist. Zu besonders nützlichen Substratpolymeren zählen z. B. ionendurchlässige Cellulosematerialien, hohes Molekulargewicht aufweisender oder vernetzter Polyvinylalkohol (PVA), Dextran, vernetztes Dextran, Polyurethane, quaternisierte Polystyrole, sulfonierte Polystyrole, Polyacrylamide, Polyhydroxyalkylacrylate, Polyvinylpyrrolidone, hydrophile Polyamide, Polyester und deren Mischungen. In einer besonders nützlichen Ausführungsform ist das Substrat cellulosisch, insbesondere ionendurchlässige vernetzte Cellulose. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform weist das Substrat eine regenerierte Cellulosemembran (CUPROPHAN^TM, Enka AG, Wuppertal, Deutschland) auf, die mit einem Epoxidharz vernetzt ist, z. B. Butandioldiglycidylether, und ferner mit einem Diamin zur Reaktion gebracht ist, um Aminfunktionalität in einer Seitengruppe des cellulosischen Polymers vorzusehen, was in der US-Patentschrift 5591400, Beispiel 4 beschrieben ist.
Der zuvor beschriebene Ionophor ist an das aminfunktionellen Cellulosesubstrat durch jede nützliche Reaktionstechnik vorzugsweise kovalent gebunden, die von der chemischen Funktionalität des Ionophors abhängen kann.
Optional kann das ionophorfunktionalisierte Cellulosesubstrat durch jeden nicht störenden Kleber mit der o. g. Trägermembran verklebt sein. Vorzugsweise ist der Kleber im wesentlichen durchlässig für Licht, das bei Anregung des Ionophors verwendet wird, und für Licht, das von ihm emittiert wird. Ein solcher nützlicher Kleber ist FLEXOBOND 431^TM Urethankleber (Bacon Co., Irvine, CA).
Alternativ kann das funktionalisierte Substrat mit der Membran wärmeverschmolzen sein, sofern die zum Wärmeverbinden notwendigen Bedingungen das Funktionieren des Ionophors, des Sensors und der Trägermembran nicht beeinträchtigen.
Die äußerste Schicht der mehrschichtigen Erfassungsanordnung, d. h. die Schicht in unmittelbarem Kontakt mit dem zu überwachenden Fluid, weist vorzugsweise eine Trübungsschicht auf, die den Ionophor in der Erfassungsanordnung optisch isoliert. Aufgebracht werden kann das Trübungsmittel vor dem Auftragen der Ionophor-Substrat-Komponente auf die Trägermembran, was in den US-Patentschriften 5081041 und 5081042 beschrieben ist, oder nach Anlagerung der Erfassungskomponente an das Substrat. Sie kann direkt am Erfassungselement befestigt oder vom Erfassungselement getrennt sein. In bevorzugten Ausführungsformen wird sie aufgebracht, nachdem die Erfassungskomponente an die Trägermembran angelagert ist.
Vorzugsweise ist die Überzugsschicht ein Material, das für den interessierenden Analyt durchlässig ist, z. B. ein wie zuvor beschriebenes Polymermaterial, das ein opakes Mittel, z. B. Ruß, oder opake Mittel auf Kohlenstoffbasis, Eisenoxid, metallische Phthalocyanine u. ä. enthält. Solche opake Mittel sind vorzugsweise im wesentlichen gleichmäßig im Polymer in einer Menge dispergiert, die den gewünschten Opazitätsgrad vorsieht, um für die gewünschte optische Isolierung zu sorgen. Ein besonders nützliches opakes Mittel ist Ruß. Die Überzugsschicht kann auch eine Farbstoffbeschichtung auf dem Erfassungselement sein, die durch vielfältige Techniken aufgetragen ist, z. B. eine Tintenstrahl-Drucktechnik oder eine Siebdrucktechnik. Außerdem kann die Überzugsschicht eine schwarze Membran sein, die mit der das Erfassungselement enthaltenden Kassette verklammert oder wärmeverkragt ist.
Beispielsweise kann sie eine DURAPORE^TM-Schwarzmembran (zu beziehen von Millipore als weiße Membran, die danach mit schwarzer Farbe behandelt wird) und mit der Kassette wärmeversiegelt sein, was in den US-Patentschriften 5508509 und 5591400 beschrieben ist. Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform weist Ruß auf, der in einer Matrix von epoxidvernetztem Dextran gemäß der Beschreibung in der US-Patentschrift 4919891 dispergiert ist.
Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform des Sensors 28 weist eine Erfassungsschicht auf, die über 6,7-[2.2.2]-Cryptando-3-[2''-(5''-carboxy)furyl]cumarin verfügt, das an eine vernetzte aminfunktionelle Cellulosemembran (CUPROPHAN^TM, Enka AG, Wuppertal, Deutschland) kovalent gebunden ist, wobei die Erfassungsschicht mit einer Polycarbonat-Trägermembran durch FLEXOBOND 430^TM Urethankleber verklebt und auf die Trägermembran CW14^TM Haftkleber auf einer Trennlage aufgetragen ist.
Geeignete pH-Sensoren 30 sind in der US-Patentschrift Nr. Re 31879 (Lubbers), den US-Patentschriften 4798738 (Yafuso), 4824789 (Yafuso), 4886338 (Yafuso), 4999306 (Yafuso), 5081041 (Yafuso), 5081042 (Yafuso), 5127077 (Iyer), 5132057 (Tomisaka), 5403746 (Bentsen), 5508509 (Yafuso) und 5591400 (Dektar et al.) beschrieben.
Vorzugsweise weist der pH-Sensor 30 die folgenden Schichten auf: (i) eine Trägermembran, (ii) einen Haftkleber, der auf die Trägermembran aufgetragen ist, (iii) ein Erfassungselement mit einer pH-erfassenden Komponente, die mit einem Substrat verbunden ist, wobei das Substrat an der Membran befestigt ist (z. B. durch einen nicht störenden Kleber), und (iv) eine äußerste trübende Überzugsschicht auf der freiliegenden Oberfläche des Substrats. Mit Ausnahme des pH-Sensors entsprechen diese Schichten und der Mehrschichtaufbau im wesentlichen der vorstehenden Beschreibung für den Kaliumionensensor 28.
Zu geeigneten pH-erfassenden Komponenten zählen viele bekannte pH-Indikatoren und/oder funktionalisierte Derivate solcher Indikatoren. Unter den nützlichen pH-erfassenden Komponenten sind Hydroxypyrentrisulfonsäure ("HPTS") und deren Derivate, z. B. Salze, Phenolphthalein, Fluorescein, Phenolrot, Cresolrot, Pararosanilin, Magentarot, Xylenolblau, Bromcresolpurpur, Bromphenolblau, Bromthymolblau, Metacresolpurpur, Thymolblau, Bromphenolblau, Bromthymolblau, Tetrabromphenolblau, Bromchlorphenolblau, Bromcresolgrün, Chlorphenol rot, o-Cresolphthalein, Thymolphthalein, Metanilgelbdiphenylamin, N,N-Dimethylanilin, Indigoblau, Alizarin, Alizaringelb GG, Alizaringelb R, Kongorot, Methylrot, Methylviolett 6B, 2,5-Dinitrophenol und/oder die verschiedenen funktionalisierten Derivate der o. g. Spezies. Erfassungskomponenten für andere ionische Spezies lassen sich aus organischen Spezies herstellen, darunter Fluorescein, Diiodfluorescein, Dichlorfluorescein, Phenosafranin, Bengalrosa, Cosin I bläulich, Cosin gelblich, Magneson, Tartrazin, Eriochrom schwarz T, Cumarin, Alizarin u. a. Die bevorzugte pH-erfassende Komponente ist Hydroxypyrentrisulfonsäure (HPTS), Derivate von Hydroxypyrentrisulfonsäure und deren Mischungen.
Zu zusätzlichen geeigneten Indikatorkomponenten zum Gebrauch in der Erfindung zählen: 9-Amino-6-chlor-2-methoxyacridin; 2',7'-bis-(2-Carboxyethyl)-5-(und -6)-carboxyfluorescein; 2',7'-bis-(2-Carboxyethyl)-5-(und -6)-carboxyfluorescein, Acetoxymethylester; 2',7'-bis-(2-Carboxyethyl)-5-(und -6)-carboxyfluorescein, Acetoxymethylester; 5-(und -6)-Carboxy-2',7'-dichlorfluorescein; 5-(und -6)-Carboxy-2',7'dichlorfluoresceindiacetat; 5-(und -6)-Carboxy-4',5'-dimethylfluorescein; 5-(und -6)-Carboxy-4',5'-dimethylfluoresceindiacetat; 5-Carboxyfluorescein; 6-Carboxyfluorescein; 5-(und -6)-Carboxyfluorescein; 5-Carboxyfluoresceindiacetat; 6-Carboxyfluoresceindiacetat; 5-Carboxyfluoresceindiacetat, Acetoxymethylester; 5-(und -6)-Carboxyfluoresceindiacetat; 5-(und -6)-Carboxynaphthofluorescein; 5-(und -6)-Carboxynaphthofluoresceindiacetat; 5-(und -6)-CarboxySNAFL^®-1, Sucacinimidylester{5'(und 6')-succinimidylester-3,10-dihydroxy-spiro [7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; 5-(und -6)-CarboxySNAFL^®-2, Succinimidylester {5'(und 6')-Succinimidylester-9-chlor-3,10-dihydroxy-spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; CarboxySNAFL^®-1{5'(und 6')-Carboxy-3,10-dihydroxy-spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; CarboxySNAFL^®-1-diacetat {5'(und 6')-Carboxy-3,10-diacetoxy-spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; CarboxySNAFL^®-2 {5'(und 6')-carboxy-9-chlor-3,10-dihydroxy-spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-iso benzofuran]-3'-on}; CarboxySNAFL^®-2-diacetat {5'(und 6')-carboxy-9-chlor-3,10-diacetoxy-spiro[7H-benzo[c] xanthen-7,1' (3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; CarboxySNARF^®-1 {5'(und 6')-carboxy-10-dimethylamino-3-hydroxy-spiro[7H-benzo [c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; CarboxySNARF^®-1, AM-Acetat {3-Acetoxy-5'-acetoxymethoxycarbonyl-10-dimethylamino-spiro [7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; CarboxySNARF^®-2 {5' (und 6')-Carboxy-10-dimethylamino-3-hydroxyspiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; CarboxySNARF^®-2, AM-Acetat {3-acetoxy-5'-acetoxymethoxycarbonyl-10-diethylamin-3-hydroxy-spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1' (3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; CarboxySNARF^®-6 {5' (und 6')-Carboxy-10-diethylamino-3-hydroxy-spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; CarboxySNARF^®-X {5'(und 6')-Carboxy-3-hydroxy-tetrahydrochinolizino[1,9-hi] spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; 5-Chlormethylfluoresceindiacetat; 4-Chlormethyl-7-hydroxycumarin; C1-NERF {4-[2-Chlor-6-(ethylamino)-7-methyl-3-oxo-3H-xanthen-9-yl]-1,3-benzendicarbonsäure}; Dextran, BCECF, 10.000 MW, anionisch {Dextran, 2'7'-bis(2-Carboxyethyl)-5 (und 6)-carboxyfluorescein, anionisch}; Dextran, BCECF, 40.000 MW, anionisch; Dextran, BCECF, 70.000 MW, anionisch; Dextran, C1-NERF, 10.000 MW, anionisch; Dextran, C1-NERF, 70.000 MW, anionisch; Dextran, C1-NERF, 10.000 MW, anionisch, lysinfixierbar; Dextran, DM-NERF, 10.000 MW, anionisch {Dextran, 4-[2,7-Dimethyl-6-(ethylamino)-3-oxo-3H-xanthen-9-yl]-1,3-benzendicarbonsäure, anionisch}; Dextran, DM-NERF, 70.000 MW, anionisch; Dextran, DM-NERF, 10.000 MW, anionisch, lysinfixierbar; Dextran, 7-Hydroxycumarin, 10.000 MW, neutral; Dextran, 7-Hydroxycumarin, 70.000 MW, neutral; Dextran, b-Methylumbelliferon, 10.000 MW, neutral; Dextran, b-Methylumbelliferon, 70.000 MW, neutral; Dextran, SNAFL^®-2, 10.000 MW, anionisch {Dextran, 9-Chlor-3,10-dihydroxy-spiro [7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on, anionisch}; Dextran, SNAFL^®-2, 70.000 MW, anionisch {Dextran, 10-Dimethylamino-3-hydroxy-spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)- isobenzofuran]-3'-on, anionisch}; Dextran, SNARF^®-1, 10.000 MW, anionisch; Dextran, SNARF^®-1, 70.000 MW, anionisch; 1,4-Dihydroxyphthalonitril; DM-NERF {4-[2,7-Dimethyl-6-ethylamino)-3-oxo-3H-xanthen-9-yl]1,3-benzendicarbonsäure}; Fluoresceindiacetat; 8-Hydroxypyren-1,3,6-trisulfonsäure, Trinatriumsalz; Naphthofluorescein; Naphthofluoresceindiacetat; SNAFL^®-1 {3,10-Dihydroxy-spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1' (3'H)-isobenzofuran]-3'-on}; und SNAFL^®-1, Diacetat {3,10-Diacetoxy-spiro[7H-benzo[c]xanthen-7,1'(3'H)-isobenzofuran]-3'-on}.
In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ist HPTS-Indikator an ein aminfunktionelles CUPROPHAN^TM-Substrat kovalent gebunden, das durch FLEXOBOND 431^TM Polyurethankleber mit einer Polycarbonat-Trägermembran verklebt ist. Das Erfassungssubstrat ist mit einer epoxidvernetzten Dextranmatrix überzogen, in der Ruß dispergiert ist.
Geeignete Kohlendioxidsensoren 32 sind in der US-Patentschrift Nr. Re 31879 (Lubbers), den US-Patentschriften 4557900 (Heitzmann), 4824789 (Yafuso), 4849172 (Yafuso), 4867919 (Yafuso), 4919891 (Yafuso), 5127077 (Iyer), 5175016 (Yafuso), 5272088 (Morlotti), 5403746 (Bentsen), 5453248 (Olstein) und 5508509 (Yafuso) beschrieben.
Der Kohlendioxidsensor 32 kann auch die Form einer Mehrschichtanordnung haben. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform. weist die Erfassungssubstratschicht des Sensors 32 eine hydrophobe Matrix auf, in der mehrere hydrophile Teilchen oder Kügelchen dispergiert sind, die einen Kohlendioxid erfassenden Indikator tragen. Der Indikator kann an oder in den Kügelchen auf jede wirksame Weise angelagert sein.
Da die Kügelchen hydrophil sind, sind sie geeignet, eine wäßrige Lösung des Indikators aufzunehmen und zu enthalten. Mit "hydrophil" ist ein Material, wie z. B. ein Polymersubstrat, bezeichnet, das einen großen Anteil (z. B. mehr als 20 % seines Gewichts) Wasser in seiner Struktur festhält, sich aber nicht in Wasser löst. Zu hydrophilen Materialien, die als Kügelchen in Kohlendioxidsensoren von Nutzen sind, gehö ren Glaskügelchen oder Hydrogele, Polyacrylamid, vernetztes Dextran, Agarose, Poly(hydroxyalkylmethacrylat), sulfoniertes Polystyrol u. ä. Ein derzeit bevorzugtes hydrophiles Kügelchenmaterial ist vernetztes Dextran SEPHADEX 75G^TM (Pharmacia Biotech, Inc., Piscataway, NJ).
Beim Erfassen von Kohlendioxidkonzentrationen gehören zu Beispielen für Absorptionsindikatoren, die verwendet werden können, Chlorphenylrot, Bromcresolpurpur, Nitrophenol, Bromthymolblau, Penachlorom, Phenolrot u. ä. Zu nützlichen Fluoreszenzindikatoren für Kohlendioxid gehören die zuvor aufgeführten Sensoren, die zur pH-Erfassung nützlich sind, Beta-Methylumbelliferon, Fluorescein u. ä. Ein besonders nützlicher Kohlendioxidsensor ist Hydroxyperen-3,6,8-trisulfonsäure, hierin als HPTS oder Hydroxypyrentrisulfonsäure bezeichnet, und Derivate, z. B. Salze, von HPTS. Die stärker bevorzugte Erfassungskomponente, insbesondere zum Erfassen der Konzentration von Kohlendioxid in Blut, ist aus HPTS, Derivaten von HPTS und deren Mischungen ausgewählt. Die Alkali- und Erdalkalimetallsalze von HPTS sind nützliche HPTS-Derivate.
Das hydrophobe Matrixmaterial, in dem die Kügelchen, die einen geeigneten Indikator tragen, dispergiert sind, ist vorzugsweise für Anregungs- und Emissionslichtwellenlängen durchlässig, die in Erfassungskassetten der Erfindung von Nutzen sind, und ist ansonsten inert gegenüber Kohlendioxid, dem Absorptions- oder Fluoreszenzindikator und den Kügelchen. Die hydrophobe Matrix dient zum Isolieren des Indikators, während sie Kohlendioxid ermöglicht, durch sie zu diffundieren. Zu geeigneten Materialien der hydrophoben Matrix gehören zahlreiche Silikone, z. B. Silikonelastomer, bei Raumtemperatur vulkanisierbarer (RTV) Silikonkautschuk, wärmevulkanisierbarer Silikonkautschuk, Polydimethylsiloxan, Poly(vinylsiloxan), Silikon-Polycarbonat-Copolymer u. ä. sowie perfluorierte (Polyether-) Urethane. Zu besonders bevorzugten Silikonmatrixmaterialien zählen PS 443^TM Dimethylsiloxan mit endständiger Vinylgruppe und PE 1055^TM Polydimethylsiloxan, beide im Handel von Petrarch Systems, Inc. zu beziehen.
In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform verfügt der Kohlendioxidsensor 32 über eine Erfassungsschicht mit HPTS-Erfassungsfarbstoff auf SEPHADEX 75G^TM vernetzten Dextrankügelchen in einer Silikonmatrix, die an eine Polycarbonat-Trägermembran geklebt und mit einer Trübungsschicht überzogen ist, die ein Eisenoxidpigment aufweist, das in einer Silikonmatrix dispergiert ist.
In einer alternativen Ausführungsform kann eine Lösung aus einem geeigneten Indikatorfarbstoff in einem wäßrigen Puffer hergestellt werden, und die Lösung kann mit einem flüssigen Vorläufer der hydrophoben Polymermatrix emulgiert werden. Nach Polymerisation des Vorläufers ist der emulgierte Indikator im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Polymermatrix dispergiert. Indikatorfarbstoffe und Silikonpolymere, die zuvor beschrieben wurden, können in der Ausführungsform von Nutzen sein.
Geeignete Sauerstoffsensoren 34 sind in den US-Patentschriften 4557900 (Heitzmann), 4849172 (Yafuso), 4867919 (Yafuso), 4919891 (Yafuso), 5043285 (Surgi), 5127077 (Iyer), 5296381 (Yafuso), 5409666 (Nagel et al.), 5453248 (Olstein), 5462879 (Bentsen), 5462880 (Kane), 5480723 (Klainer), 5498549 (Nagel et al.) und 5508509 (Yafuso) sowie in der EP-A-585212 beschrieben.
Der Sauerstoffsensor 34 kann die Form einer mehrschichtigen Erfassungsanordnung haben. Insbesondere kann der Aufbau des Sauerstoffsensors 34 dem des Kohlendioxidsensors 32 stark dahingehend ähneln, daß die Erfassungsschicht einen Erfassungsfarbstoff oder -indikator in einer gasdurchlässigen (z. B. Silikon-) Matrix aufweist, und die Überzugsschicht kann ein Pigment in einer Silikonmatrix aufweisen. Vorzugsweise können die im Sauerstoffsensor 34 nützlichen gasdurchlässigen Matrixmaterialien die gleichen wie die zuvor beschriebenen sein.
Nützliche Sauerstoff erfassende Indikatoren verfügen über Fluoreszenzindikatoren mit einer oder mehreren polynuklearen aromatischen Verbindungen, Derivaten polynuklearer aromatischer Verbindungen u. ä. Zu Beispielen für solche po lynukleare aromatische Verbindungen zählen Decacyclen, Benzoghi-perylen und Coronen. Sauerstoffindikatoren können eine Mischung aus tertiären Butylderivaten solcher polynuklearer aromatischer Verbindungen aufweisen. Vollständiger beschrieben sind solche Indikatoren in der US-Patentschrift 4849172 (Yafuso et al.).
Zusätzliche nützliche Sauerstoffindikatoren verfügen über Komplexe von Ruthenium(II), Osmium(II), Iridium(III), Rhodium, Rhenium und Chrom(III) mit 2,2'-Bipyridin, 1,10Phenanthrolin, 4,7-Diphenyl-1,10-Phenanthrolin, 4,7-Dimethyl-1,10-Phenanthrolin, 4,7-disulfoniertes Diphenyl-1,10-phenanthrolin, 2,2'-bi-2-Thiazolin, 2,2'-Bithiazol, 5-Brom-1,10phenanthrolin und 5-Chlor-1,10-phenanthrolin sowie Komplexe von Co(II), Cu(II), Pt(II), Pt(II) und Zn(II) mit Porphyrin, Etioporphyrin, Tetraphenylporphyrin, Tetrafluorphenylporphyrin, Tetrabenzporphyrin, Tetrafluorbenzporphyrin, Tetrachlorbenzporphyrin, Mesoporphyrin-IX-diester, Protoporphyrin-IXdimethylester und Octaethylporphyrin. Rutheniumkomplexe sind unter den Metallkomplexen bevorzugt.
Die Sauerstoffindikatoren können an die Polymermaterialien oder Matrixmaterialien kovalent gebunden sein, die zur Erfassungszusammensetzung gehören. Erreicht wird eine solche kovalente Bindung vorzugsweise durch Bereitstellen einer Sauerstoffindikatorkomponente mit einer reaktionsfähigen Gruppe, die mit einer reaktionsfähigen Gruppe, vorzugsweise einer unterschiedlichen reaktionsfähigen Gruppe, reagiert, die in einer der Komponenten des Vorläufers des Polymermatrixmaterials vorhanden ist. Während der Bildung des Polymermatrixmaterials reagieren dadurch die o. g. reaktionsfähigen Gruppen auch so, daß sie den Sauerstoffindikator kovalent an das Matrixmaterial binden. Zu besonders nützlichen Sauerstoffindikatorkomponenten zählen die o. g. polynuklearen aromatischen Verbindungen, die so derivatisiert sind, daß sie eine reaktionsfähige Gruppe aufweisen, z. B. eine reaktionsfähige Gruppe mit funktioneller Kohlenstoff-Kohlenstoff-Ungesättigtheit. Besonders bevorzugt sind Vinylderivate solcher Verbindungen.
Alternativ kann der Sauerstoffsensor ein Erfassungselement, eine Anregungseinrichtung und eine Detektionseinrich tung aufweisen, wobei die Erfassungseinrichtung eine oder mehrere, vorzugsweise eine oder zwei monomere Indikatorkomponenten aufweist, die vorzugsweise in einem Matrixmaterial, vorzugsweise einem festen Matrixmaterial liegen oder stärker bevorzugt daran kovalent gebunden sind. Jede dieser monomeren Indikatorkomponenten kann ein erstes emittiertes Signal mit einer vorgegebenen Wellenlänge als Reaktion auf die Einwirkung eines ersten Anregungssignals bereitstellen. Ferner kann dieses Erfassungselement ein zweites emittiertes Signal (infolge von Emission durch den angeregten Zustandskomplex) vorzugsweise mit einer längeren Wellenlänge als das oder die ersten emittierten Signale als Reaktion auf das zweite Anregungssignal bereitstellen.
In einer besonders nützlichen Ausführungsform ist die Indikatorkomponente auf die Konzentration von Sauerstoff in einem Fluid empfindlich und weist eine oder mehrere polynukleare aromatische Verbindungen und/oder ein oder mehrere Derivate davon auf. Vorzugsweise ist die polynukleare aromatische Verbindung ein beliebiger fluoreszierender oder absorbierender, stärker bevorzugt fluoreszierender, optischer Indikator der Klasse polynuklearer Aromaten. Die polynukleare aromatische Verbindung, von der die Indikatorkomponente abgeleitet ist, ist noch stärker bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt, die aus Perylen, Decacyclen, Benzoperylen (z. B. Benzo[ghi]perylen), Coronen, Pyren, Porphycin, Porphyrin, Chlorin, Phthalocyanin sowie deren Derivaten und Mischungen besteht. Da Perylen und Derivate von Perylen eine relativ reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Sauerstoff haben, werden andere polynukleare aromatische Verbindungen, z. B. die hierin erwähnten, vorzugsweise verwendet, wenn der Analyt Sauerstoff ist. Soll eine Excimerkomponente genutzt werden, ist die monomere Indikatorkomponente vorzugsweise aus einer polynuklearen aromatischen Verbindung, Derivaten derselben einen polynuklearen aromatischen Verbindung und deren Mischungen ausgewählt. Ausgezeichnete Ergebnisse erreicht man, wenn die polynukleare aromatische Verbindung Benzo[ghi]perylen ist.
Bei Bedarf kann die polynukleare aromatische Grundverbindung mit einer oder mehreren anderen Gruppen derivatisiert sein, z. B. nichtfunktionellen Substituenten wie Alkylgruppen, sofern eine solche Derivatisierung den durch emittierte Signalerzeugung bereitgestellten angeregten Zustandskomplex nicht wesentlich stört. Diskutiert sind solche Derivate in der US-Patentschrift 5409666 (Nagel et al.). Beispielsweise geht man davon aus, daß die monomere Indikatorkomponente eines Erfassungselements, das durch kovalentes Binden von Vinylbenzo- [ghi]perylen in einem additionsgehärteten Silikonpolymer abgeleitet ist, ein Derivat von Benzo[ghi]perylen ist.
Monomere Komponenten, die im Sensor 34 von Nutzen sind, können z. B. aufweisen: zwei oder mehr ähnliche monomere Indikatorkomponenten, zwei oder mehr unterschiedliche monomere Indikatorkomponenten oder eine oder mehrere, vorzugsweise eine, monomere Indikatorkomponenten und eine oder mehrere, vorzugsweise eine, monomere Nichtindikatorkomponenten. Vorzugsweise haben solche monomeren Komponenten im wesentlichen keinen nachteiligen Effekt auf das Erfassungselement, auf das Sensorsystem, auf den Analyt oder auf das Medium, dem das Erfassungselement ausgesetzt ist.
Zu Beispielen für monomere Komponenten, die stärker bevorzugte Sauerstoff erfassende Komponenten erzeugen, gehören:

(1) polynukleare aromatische monomere Komponenten; (2) aliphatische oder aromatische aminhaltige oder aromatische etherhaltige monomere Komponenten; und (3) aromatische monomere Nitrilkomponenten. Stärker bevorzugte Exciplexkomponenten verfügen über mindestens eine aus der Gruppe (1) ausgewählte monomere Komponente und mindestens eine aus der Gruppe
(2) ausgewählte monomere Komponente. Alternativ verfügt eine weitere stärker bevorzugte Komponente über mindestens eine aus der Gruppe (3) ausgewählte monomere Komponente und mindestens eine aus der Gruppe (1) oder (2) ausgewählte monomere Komponente.

Zu Beispielen für nützliche aromatische monomere Komponenten (Gruppe 1) zählen Biphenyl, Naphthalen, Phenanthren, p-Terphenyl, Chrysen, Benzpyren, Pyren, Dibenzanthren, Benzanthren, Anthracen, Perylen, Benzperylen, Fluoranthen, Coronen, Chinolin, Phenylchinolin, Benzchinolin, Chinoxalin, Di benzchinoxalin, Benzchinoxalin, Phthalimid, Pyridin, Phenazin, Dibenzphenazin, Acridin, Benzacridin und Derivate dieser Verbindungen. Zu Beispielen für nützliche aliphatische oder aminhaltige oder aromatische etherhaltige monomere Komponenten (Gruppe 2) zählen Tetramethyl-p-phenylendiamin, Dimethoxydimethylanilin, Methoxydimethylanilin, Diethylanilin, Diphenylmethylamin, Triethylamin, Indol, Dimethyltoluidin, Trip-anisylamin, Ditolylmethylamin, Tritolylamin, Triphenylamin, Ethylcarbazol, Trimethoxybenzol, Tetramethoxybenzol und Derivate dieser Verbindungen. Zu Beispielen für aromatische monomere Nitrilakzeptorkomponenten (Gruppe 3) zählen Benzonitril, Cyanonaphthalen, Dicyanobenzol und Derivate dieser Verbindungen.
Jedes dieser monomeren Komponentenpaare kann an einem Matrixmaterial, z. B. Silikon, gehalten und/oder daran kovalent gebunden sein.
In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform verfügt der Sauerstoffsensor 34 über eine Erfassungsschicht mit Vinylbenno[ghi]perylen, das an eine Silikonmatrix mit vernetztem Polyalkyl(aryl)hydrosiloxan kovalent gebunden ist, die mit einer Polycarbonat-Trägermembran verklebt und mit einer Silikonmatrix aus dispergiertem Ruß überzogen ist.
In einer derzeit besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor 28 als Mehrschichtlaminat vorgesehen, das an der Kassette 12 im Hohlraum 27 befestigt ist. Der Ionensensor 28 und der pH-Sensor 30 sind vorzugsweise nahe dem ersten "Einlaß"-Abschnitt 20 der Fluidkammer 18 so plaziert, daß sie in der unteren Hälfte der Kassette bei der Kalibrierung positioniert sind. Damit ist gewährleistet, daß die Sensoren 28 und 30 der Flüssigkeit während der Kalibrierung ausgesetzt sind. Die Sensoren 32 und 34 sind gegenüber der Notwendigkeit, in Flüssigkeit während der Kalibrierung eingetaucht zu sein, weniger empfindlich.
Alternativ kann die Kassette 12 Sensoren für Kalium, Natrium, Calcium und Glucose aufweisen, wobei diese Sensoren im wesentlichen die gleiche Chemie wie zuvor beschrieben verwenden. Zum Beispiel kann die Kalium-, Natrium- und Calciumionendetektion geeignete ionophore Cumarocryptanden nach Formel A nutzen, wobei die Größe des Cryptandkäfigs für jedes Ion spezifisch ist. Ein geeigneter Glucosesensor kann einen beliebigen der zuvor beschriebenen Sauerstoffsensoren aufweisen, der durch das Vorhandensein des Enzyms Glucoseoxidase modifiziert ist. Die Glucosedetektion kann auf der Sauerstoffverarmung während der enzymatischen Oxidation von Glucose basieren, was z. B. in der US-Patentschrift 5518694 beschrieben ist. Mit kleineren Abwandlungen am zuvor beschriebenen optischen Strahlengang kann die Meßvorrichtung 14 geeignet sein, diese alternativen Sensoren unterzubringen. In einigen Anwendungen, z. B. bei der kardiovaskulären Blutparameterüberwachung, kann es vorteilhaft sein, beide Arten von Meßvorrichtungen zu gebrauchen.
Zu anderen Sensoren, die in der Kassette 12 von Nutzen sein können, kann z. B. ein fluoreszenzbasierter Temperatursensor gehören, der z. B. durch Immobilisieren eines Indikators auf Rutheniumbasis hergestellt werden kann, z. B. Ruthenium(II)(Diphenylphenanthrolin)₃(Dimethylsilylpropansulfonat)₂, in einer sauerstoffdurchlässigen Matrix, z. B. Poly(methylmethacrylat).
Ein Loch in der Verkleidung 16 liegt zwischen dem pH-Sensor 30 und dem Kohlendioxidsensor 32. Eine thermistoraufnehmende Mulde 36 ist an der Verkleidung 16 befestigt und erstreckt sich über das Loch. Die Mulde 36 hat eine hutförmige Konfiguration mit einem Rand, der durch einen Kleber mit Wandteilstücken der Verkleidung 16 verbunden ist, die zum Mittelabschnitt 24 der Fluidkammer 18 weisen. Ein geeigneter Kleber ist ein Acrylurethankleber, z. B. ein Kleber der Marke "UV Cure" von Loctite Corporation. Vorzugsweise ist die Mulde 36 aus einem korrosionsbeständigen Material mit einer metallähnlichen Wärmeleitfähigkeit hergestellt, z. B. aus 0,004 Inch (0,1 mm) dickem Titan. Wie z. B. in 5 und 6 gezeigt, steht die Mulde 36 in den Mittelabschnitt 24 der Fluidkammer 18 vor, um für innigen Wärmekontakt mit Fluid darin zu sorgen.
Weiterhin weist die Verkleidung 16 eine(n) allgemein ovalförmige(n) Einfassung bzw. Rand 40 auf, die (der) die Aussparung 26 umfaßt und sich nach außen in einer von der Längsachse der Verkleidung 16 wegführenden Richtung erstreckt. Gemäß 4 fallen die Hauptachsen der ovalförmigen Aussparung 26 und der umgebenden Einfassung 40 zusammen und erstrecken sich über die Mitte der Sensoren 28, 30, 32, 34 und der Mulde 36 und sind ferner parallel zur Längsachse der Verkleidung 16 und der Fluidkammer 18.
Ein halbzylindrischer Ausrichtkeil 42 ist mit einer Innenwand der Einfassung 40 einstückig verbunden. Vorzugsweise ist der Ausrichtkeil 42 so orientiert, daß eine Bezugsebene, die senkrecht zur Längsachse der Verkleidung 16 ist und sich im gleichen Abstand zwischen dem Sensor 32 und dem Sensor 34 erstreckt, auch den Keil 42 entlang seiner Mitteldiametralebene halbiert.
Ferner weist die Kassette 12 eine erste Aufsteckkopplung 44 zum abnehmbaren Verbinden der Verkleidung 16 mit der Meßvorrichtung 14 auf. Die Kopplung 44 hat eine konvexe, allgemein U-förmige Konfiguration in Richtungen senkrecht zur Längsachse der Verkleidung 16, was 2 und 3 zeigen. Die Kopplung 44 weist das o. g. Mittelteilstück der Verkleidung 16 und zwei entgegengesetzte Fußabschnitte 46 auf, die sich von der Verkleidung 16 nach außen in einer Richtung erstrecken, die von der Richtung wegweist, in der sich die Einfassung 40 nach außen erstreckt. Jeder Fußabschnitt 46 weist ein Paar Stützteilstücke mit flachen, koplanaren Außenflächen 47 auf (siehe z. B. 2, 3 und 7; in 4 weggelassen), die parallel zur Außenseite des jeweiligen Fußabschnitts 46 sind. Vorzugsweise konvergieren die Außenflächen 47 der entgegengesetzten Fußabschnitte 46 bei Annäherung an die Verkleidung 16 und erstrecken sich entlang jeweiliger Bezugsebenen, die in einem Winkel im Bereich von etwa 28 Grad bis etwa 32 Grad relativ zueinander orientiert sind. Stärker bevorzugt erstreccen sich die Außenflächen 47 entlang jeweiliger Bezugsebenen, die in einem Winkel von etwa 30 Grad relativ zueinander orientiert sind.
Ein Flansch 48 ist mit dem Außenende jedes Fußabschnitts 46 einstückig verbunden. Die Flansche 48 liegen in einer gemeinsamen Bezugsebene, die parallel zur Längsachse der Verkleidung 16 verläuft. Die Fußabschnitte 46 sind etwas flexi bel und können unter dem Einfluß von Fingerdruck geringfügig zueinander bewegt werden, haben aber auch ausreichendes Gedächtnis, um schnell und wiederholt in ihre ursprüngliche, normale Orientierung gemäß den Zeichnungen zurückzukehren, sobald der Fingerdruck wegfällt.
Ein äußerer, mittlerer Endbereich jedes Fußabschnitts 46 ist mit einem keilförmigen Ansatz 50 einstückig verbunden, der zwischen den Stützteilstücken liegt. Die Ansätze 50 erstrecken sich voneinander weg und von den jeweiligen Fußabschnitten 46 nach außen entlang jeweiliger Bezugsebenen, die in einem Winkel von etwa 80 Grad relativ zueinander orientiert sind. Zusätzlich erstreckt sich eine distale Kante jedes Ansatzes 50 in einer Bezugsebene, die in einem Winkel von 25 Grad relativ zur Verlaufsrichtung der Flansche 48 orientiert ist. Äußerste Kanten der Ansätze 50 sind relativ zu benachbarten Bereichen jeweiliger Fußabschnitte 46 nach außen beabstandet und liegen in einer gemeinsamen Bezugsebene, die sich zwischen der Längsachse der Verkleidung 16 und der o. g. Bezugsebene befindet, die die Flansche 48 enthält.
Vorzugsweise ist die Verkleidung 16 aus einem relativ klaren Kunststoffmaterial hergestellt, z. B. Polycarbonat in medizinischer Güte, und ist aus zwei oder mehr anfänglich getrennten Stücken aufgebaut, die spritzgegossen sind und dann zusammengefügt werden. Ein Beispiel für einen geeigneten zweistückigen Aufbau ist in 7 gezeigt. In 7 weist ein Stück der Verkleidung 16 die Aussparung 26 und die Einfassung 40 auf und trägt die vier Sensoren 28, 30, 32, 34, und das zweite Stück weist darstellungsgemäß die Fußabschnitte 46, den Ein- und Auslaßanschluß und andere Elemente auf. Die Stücke können durch Ultraschallschweißen, Quellschweißen oder Verkleben miteinander verbunden sein. Natürlich sind auch andere Aufbauten (z. B. ein integrierter, einstückiger Aufbau oder ein dreistückiger Aufbau) möglich.
Gemäß 1 und 4 bis 6 hat die Verkleidung 16 ein erstes Außengewindeteilstück, das den Einlaßanschluß des ersten Abschnitts 20 umgibt. Das erste Gewindeteilstück ist vorzugsweise so aufgebaut, daß es sich mit einem Luer-Innengewindeverbinder gepaart verbindet, z. B. dem Luer-Steckverbinder 52 gemäß 5, wenn die Kassette 12 zur Messung von Parametern von Fluid im Gebrauch ist, das die Kammer 18 durchströmt. Der Verbinder 52 hat einen Rippenabschnitt zum Bilden einer Festsitzkopplung mit einem Teilstück eines Schlauchs 54, der Fluid zur Kammer 18 leitet.
Ein zweites Außengewindeteilstück umgibt den Auslaßanschluß des zweiten Fluidkammerabschnitts 22. Gemäß 5 hat ein Anschlußstück 56 ein Innengewindeteilstück, das das zweite Gewindeteilstück gepaart aufnimmt. Optional weist das Anschlußstück 56 einen sich nach hinten erstreckenden Bund auf, der eine sich radial nach innen erstreckende Rippe 58 hat. Die Verkleidung 16 hat eine sie umfassende, sich radial nach außen erstreckende Rippe 60 benachbart zum zweiten Gewindeteilstück, die als Anschlag fungiert und für einen körperlichen Eingriff mit der Rippe 58 sorgt, um das Lösen des Anschlußstücks 56 unter normalen Umständen immer dann zu verhindern, wenn das Anschlußstück 56 von der Verkleidung 16 teilweise abgeschraubt ist.
Außerdem weist das Anschlußstück 56 ein weiteres Innengewindeteilstück auf, das so aufgebaut ist, daß es einen Luer-Buchsenverbinder 62 (5) gepaart aufnimmt, wenn die Kassette 12 mit der Meßvorrichtung 14 zum Messen von Parametern von Fluid verwendet wird, das die Kammer 18 durchfließt. Ein flexibles Schlauchteilstück 64 ist mit einem Rippenteilstück des Verbinders 62 im Festsitz verbunden, um Fluidströmung zu leiten, die aus der Kammer 18 austritt.
6 ist eine exemplarische Darstellung der Kassette 12 bei Kalibrierung der Sensoren 28, 30, 32 und 34. Bei der Kalibrierung ersetzt eine Gasfilteranordnung 66 den Verbinder 52, der in 5 gezeigt ist, und hat ein Innengewindeteilstück, das das Gewindeteilstück gepaart aufnimmt, das den Einlaßanschluß des ersten Fluidkammerabschnitts 20 umgibt. Ein entgegengesetztes Ende der Gasfilteranordnung 66 hat eine Gaseinlaßöffnung 68, die mit einem Verbinder versehen ist, der mit einem Teilschraubgewinde aufgebaut ist. Dieser Verbinder ist zur Kopplung mit einem Schlauchverbinder (nicht gezeigt) geeignet, und der Schlauch ist seinerseits mit einer Kalibriergasquelle verbunden.
Die Gasfilteranordnung 66 hat ein vergrößertes, zylindrisches Mittelgehäuseteilstück, das ein scheibenförmiges Teilstück einer Filtermembran 70 enthält. Vorzugsweise ist die Membran 70 aus einem hydrophoben Material (z. B. Polytetrafluorethylen) hergestellt, das durch Autoklavenbehandlung sterilisiert ist, oder aus einem Material (z. B. einem modifizierten Acrylkunststoff), das durch Strahlung sterilisiert ist. Ein geeignetes modifiziertes Acrylmaterial ist eine Membran der Marke VERSAPORE "H" von Gelman Sciences. Ein Netz aus verschachtelten, konzentrischen kreisförmigen Kanälen und schneidenden Radialkanälen ist durchweg über Wände vorgesehen, die zu beiden Seiten der Membran 70 weisen, um den Durchgang von Kalibriergas durch im wesentlichen alle verschiedenen Bereiche der Membran 70 zu erleichtern.
Zudem weist die Gasfilteranordnung 66 einen Auslaß auf, der ein Verteilerröhrenteilstück 72 aufnimmt. Ein Beispiel für eine geeignete Röhre 72 ist eine aus Polyetheresterketon hergestellte Röhre mit 0,003 Inch (0,075 mm) Innendurchmesser und 0,012 Inch (0,3 mm) Außendurchmesser von Zeus Products. Ein Stopfen 74 umgibt die Verteilerröhre 72 und befestigt die Verteilerröhre 72 abgedichtet am Auslaß der Filteranordnung 66. Zu Beispielen für geeignetes Material für den Stopfen 74 gehören Polycarbonat, wenn die Kassette 12 durch Strahlung zu sterilisieren ist, und Acrylharz, wenn die Kassette 12 im Autoklaven zu sterilisieren ist.
Im verpackten Zustand zum Versand zum Endverbraucher ist die Kassette 12 vorzugsweise mit der Filteranordnung 66 sowie einer Kappe 78 (6) und einer Menge Kalibrierfluid 80 versehen, das in der Fluidkammer 18 aufgenommen ist. Zum Versand wird die Kappe 78 fest in das Auslaßteilstück des Anschlußstücks 56 abgedichtet eingeschraubt, und das Anschlußstück 56 wird an der Verkleidung 16 festgeschraubt (gemäß ihrer in 5 gezeigten Orientierung), um eine Fluiddichtung zwischen dem Anschlußstück 56 und der Verkleidung 16 zu bilden. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist eine Versandkappe mit dem Außenende der Filteranordnung 66 sicher gekoppelt, um im wesentlichen zu verhindern, daß Ver unreinigungsstoffe in die Einlaßöffnung 68 beim Transport und bei der ersten Handhabung eintreten.
Bei der Kalibrierung wird die Kassette 12 in einer aufrechten, vorzugsweise senkrechten Position gemäß 6 orientiert, und das Anschlußstück 56 wird teilweise abgeschraubt, indem das Anschlußstück 56 relativ zur Verkleidung 16 in einem Bogen um ihre Längsachse gedreht wird. Bei einer solchen Bewegung wird das Anschlußstück 56 aus einer ersten Position, die einen Gasauslaßanschluß verschließt, und in eine zweite Position zum Öffnen oder Belüften des Gasauslaßanschlusses bewegt. Die Rippen 58, 60 verhindern unbeabsichtigtes Trennen des Anschlußstücks 56 von der Verkleidung 16. Durch Lösen des Anschlußstücks 56 relativ zur Verkleidung 16 kann Gas aus dem zweiten Fluidkammerabschnitt 22 durch den Gasauslaßanschluß in die Atmosphäre strömen, was die Pfeile in 6 darstellen. Optional ist die Außenumfangswand der Rippe 60 mit einem oder mehreren Kanälen 59 (siehe 1 und 7 versehen), die sich in Parallelrichtung zur Längsachse der Verkleidung 16 erstrecken, um die Gasabgabe aus dem oberen Auslaßanschluß der Fluidkammer 18 zu erleichtern.
Die Menge von Kalibrierfluid 80 ist vorzugsweise so ausgewählt, daß sich der Pegel von Fluid 80 in der Kammer 18 beim Kalibrieren über ein unteres Teilstück des Ausdehnungszonenabschnitts 25 gemäß 6 erstreckt. Ein solcher Pegel verringert die Wahrscheinlichkeit, daß ein Teil des Kalibrierfluids 80 durch den oberen Auslaßanschluß entweichen kann, gewährleistet aber, daß das Fluid 80 die Sensoren 28, 30, 32, 34 vollständig bedeckt. Vorteilhaft erleichtert die kegelstumpfförmige Konfiguration des Ausdehnungszonenabschnitts 25 das Platzen von Kalibriergasblasen, die das Fluid 80 durchlaufen, um die Wahrscheinlichkeit weiter zu verringern, daß das Fluid 80 aus der Kammer 18 entweicht . Zusätzlich erleichtert die hydrophile Oberfläche auf den Wandteilstücken des Kammerabschnitts 24 den glatten Durchgang von Kalibriergasblasen an den Sensoren 28, 30, 32, 34 vorbei. Optional kann ein Antischaummittel zusätzlich zur hydrophilen Oberfläche oder an ihrer Stelle verwendet werden.
Die Kalibrierschritte werden später näher beschrieben. Sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist, wird die Filteranordnung 66 von der Verkleidung 16 entfernt und gegen den Verbinder 52 ausgetauscht, der in 5 gezeigt ist. Zusätzlich wird das Anschlußstück in seine Orientierung gemäß 5 festgezogen, um eine gegen Fluidaustritt beständige Dichtung zwischen dem Anschlußstück 56 und der Verkleidung 16 herzustellen. Die Kappe 78, die in 6 gezeigt ist, wird ebenfalls entfernt und durch den Verbinder 62 (5) ersetzt, und das Außenende des Verbinders 62 wird mit dem Schlauchteilstück 64 gekoppelt. Wie später näher beschrieben wird, ermöglichen die Schlauchteilstücke 54, 64 das Strömen von Fluid (z. B. Blut) zur Messung von Parametern des Fluids in die Kammer 18 und aus ihr.
Die in 1 und 5 gezeigte Meßvorrichtung 14 ist auch in 8 bis 20 näher dargestellt. Die Vorrichtung 14 weist ein zweiteiliges längliches Gehäuse 200 auf, das in 9 in seinem Aussehen vor dem Zusammenbau gezeigt ist. Die beiden Teile könnten durch Widerhakenverbinder im Inneren (zur Montage durch Einrasten) oder durch Schrauben zusammengehalten werden. Vorzugsweise ist das Gehäuse 200 aus einem stoßfesten Kunststoffmaterial hergestellt, z. B. einer Mischung aus Polycarbonat und Acrylnitril-Butadien-Styrol- ("ABS"-) Polymer, und hat eine glatte Außenfläche zur leichteren Desinfektion. Optional ist die Innenfläche des Gehäuses 200 mit einem elektromagnetisch kompatiblen Abschirmungsmaterial beschichtet.
Die Meßvorrichtung 14 weist eine zweite Aufnahmekopplung 202 auf, die optional aus einem metallischen Material hergestellt ist, z. B. aus eloxiertem Aluminium. Die Kopplung 202 hat eine konkave Aussparung mit einer allgemein U-förmigen Konfiguration in Richtungen senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 200. Die Aussparung weist zwei flache, entgegengesetzte Seitenwandteilstücke 204 auf, die durch ein mittleres Einbuchtungsteilstück 206 miteinander verbunden sind (siehe z. B. 1). Vorzugsweise laufen die entgegengesetzten Seitenwandteilstücke 204 mit Annäherung an das Einbuchtungsteilstück 206 zusammen und erstrecken sich entlang jeweiliger Bezugsebenen, die in einem Winkel im Bereich von etwa 28 Grad bis etwa 32 Grad relativ zueinander orientiert sind. Stärker bevorzugt erstrecken sich die Seitenwandteilstücke 204 entlang jeweiliger Bezugsebenen, die in einem Winkel von etwa 30 Grad relativ zueinander orientiert sind. Ein Außenkantenabschnitt jedes Seitenwandteilstücks 204 hat eine längliche Nut 208, die sich in Parallelrichtung zur Längsachse des Gehäuses 200 erstreckt.
Die Meßvorrichtung 14 weist eine Faseranschlußblockanordnung 210 auf (siehe z. B. 9). Die Faserblockanordnung 210 weist eine Faserblock-Einsatzplatte 212 und eine Faserblock-Endplatte 214 auf, die durch ein Paar Maschinenschrauben gemäß 10 miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist die Einsatzplatte 212 aus Polycarbonat hergestellt, und die Endplatte 214 ist aus Aluminium hergestellt.
Die Unterseite der Einsatzplatte 212 ist an der Oberseite der Kopplung 202 durch vier Maschinenschrauben gemäß 10 befestigt. Die Unterseite der Einsatzplatte 212 weist einen allgemein ovalförmigen Vorsprung 216 (siehe z. B. 12) mit einer Hauptachse auf, die parallel zur Längsachse des Gehäuses 200 ist. Der Vorsprung 216 weist eine halbzylindrische Keilnut 218 mit einem Durchmesser auf, der ein wenig größer als der Durchmesser des Kassettenkeils 42 ist. Vorzugsweise ist die Keilnut 218 so orientiert, daß eine Bezugsebene, die die Keilnut 218 entlang ihrer mittleren Diametralebene halbiert, auch senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 200 ist.
Der Vorsprung 216 hat eine Seitenwand, die in einer ovalförmigen Öffnung gepaart aufgenommen ist und sich durch sie erstreckt, die im Einbuchtungsteilstück 206 der Kopplung 202 mittig angeordnet ist. Die Außenseitenwand des Vorsprungs 216 hat eine ovalförmige Konfiguration in der Untersicht, die in der Form zur ovalförmigen Konfiguration der Innenseitenwand der Einfassung 40 der Kassette 12 komplementär ist (siehe z. B. 4).
5 veranschaulicht die Kassette 12 und einen Abschnitt der Meßvorrichtung 14, wenn sie miteinander gekoppelt sind. Ist die Meßvorrichtung 14 mit der Kassette 12 verbunden, sind die Ansätze 50 der Kassette 12 in jeweiligen Nuten 208 der Meßvorrichtung 14 aufgenommen. Ferner kontaktieren die Außenflächen 47 der Kassettenstützteilstücke flach die jeweiligen flachen, zu ihnen weisenden Oberflächen der Seitenwandteilstücke 204 der Meßvorrichtung. Wie deutlich wird, repräsentieren die erste Kopplung 44, die mit der Kassettenverkleidung 16 verbunden ist, und die zweite Kopplung 202, die mit dem Gehäuse 200 verbunden ist, gemeinsam einen Verbinder zum lösbaren Verbinden der Kassette 12 mit der Meßvorrichtung 14.
Beim Anbau der Kassette 12 an die Meßvorrichtung 14 wird die Verkleidung 16 in Richtung zum Vorsprung 216 geschoben, und während einer solchen Schubbewegung fungieren die Außenflächen der keilförmigen Ansätze 50 als Nocke, um die Fußabschnitte 46 nach innen und zueinander abzulenken, bis die Außenkante jedes Ansatzes 50 benachbart zur jeweiligen Nut 208 liegt. Sobald die Außenkanten der Ansätze 50 benachbart zu den Nuten 208 liegen, bewirkt die Eigenvorspannung der Fußabschnitte 46, daß sich diese auseinanderspreizen und in ihre normale Konfiguration so einrastend zurückkehren, daß die Außenkanten der Ansätze 50 in den Nuten 208 aufgenommen werden und dadurch die Kassette 12 an die Meßvorrichtung 14 koppeln.
Der Vorsprung 216 hat einen Außenendabschnitt, der sich in die Aussparung 26 gepaart und enganliegend einpaßt, wenn die Meßvorrichtung 14 und die Kassette 12 miteinander verbunden sind. Sind die Meßvorrichtung 14 und die Kassette 12 miteinander verbunden, paßt sich außerdem der Keil 42 der Kassette 12 in die Gegenkeilnut 218 der Meßvorrichtung 14 ein. Vorteilhaft verhindert der Keil 42 im wesentlichen das Koppeln der Kassette 12 mit der Meßvorrichtung 14, wenn versucht wird, die Kassette 12 mit der Meßvorrichtung 14 auf entgegengesetzte Weise zu koppeln (d. h. so, daß die Kassette 12 in einem 180-Grad-Winkel um eine senkrechte Bezugsachse gegenüber ihrer Orientierung gemäß 5 orientiert ist).
Abgenommen wird die Kassette 12 von der Meßvorrichtung 14 durch Zusammendrücken der Fußabschnitte 46 und Wegbewegen der Kassette 12 von der Vorrichtung 14, bis die Ansätze 50 die Nuten 208 verlassen. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, sind Außenseiten der Kopplung 202 vorzugsweise jeweils mit einer fingerspitzengroßen Aussparung versehen, damit ein Benutzer einen besseren Griff an der Außenkante der Kassettenflansche 48 beim Abnehmen der Kassette 12 von der Meßvorrichtung 14 hat. Diese Aussparungen tragen auch dazu bei, die Finger des Benutzers zu einer Position zum Ergreifen der Mitte der Flansche 48 an einer Stelle nahe den Ansätzen 50 zu führen.
Die Faseranschlußblockanordnung 210 weist eine aufrechte Polycarbonatröhre 220 auf, die mit der Einsatzplatte 212 quellverschweißt ist und eine Thermistoranordnung aufnimmt. Gemäß 5 und 10 weist die Thermistoranordnung eine Thermistorstütze 222 mit einem mittleren Innendurchgang und einem verengten unteren Endteilstück auf. Ein Thermistor 224 ist teilweise in einem Hohlraum des unteren Endteilstücks der Thermistorstütze 222 angeordnet und hat ein Paar Zuleitungen, die sich durch den Durchgang erstrecken. Ein Beispiel für einen geeigneten Thermistor ist das Teil Nr. SC30BF103A-L8 von Thermometrics.
Eine Kappe 226 (siehe 5), die aus einem Material wie rostfreier Stahl hergestellt ist, bedeckt den Thermistor 224 und ist durch Vergußmasse an einer umfassenden Seitenwand des unteren Endteilstücks der Stütze 222 befestigt. Die Kappe 226 hat eine Wärmeleitfähigkeit, die relativ zur Wärmeleitfähigkeit des benachbarten Kunststoffmaterials hoch ist. Die Vergußmasse (wie z. B. Nr. H20 von Epo-tek) füllt im wesentlichen den Raum zwischen der Innenfläche der Kappe 226 und der Außenfläche des Thermistors 224 und erleichtert die Wärmeübertragung zwischen der Kappe 226 und dem Thermistor 224.
Die Stütze 222 ist in einem allgemein zylindrischen Durchgang der Röhre 220 aufgenommen, und ein O-Ring 228, der in einer Umfangsnut der Stütze 222 liegt, bildet eine fluidbeständige Dichtung. Die Stütze 222 wird im Durchgang der Röhre 220 durch einen Halter 230 gehalten, der ein oberes Gewindeteilstück hat, das in ein Gegengewindeteilstück der Röhre 220 eingeschraubt ist.
Der Durchgang der Röhre 220 verengt sich auf einen etwas kleineren Durchmesser nahe seinem unteren Ende und bildet eine Ringschulter 232, die in 5 gezeigt ist. Die Stütze 222 weist eine obere, umfassende zylindrische Rippe 234 mit einem Außendurchmesser auf, der größer als der Innendurchmesser des Röhrendurchgangs in Bereichen unterhalb der Schulter 232 ist. Zusätzlich erstreckt sich eine Spiraldruckfeder 236 (siehe auch 10) zwischen dem unteren Ende des Halters 230 und einer nach oben weisenden Ringwand der Rippe 234 und liegt daran an. Die Feder 236 spannt die Stütze 222 nachgiebig in Abwärtsrichtung im Blick von 5 so vor, daß die Rippe 234 an der Schulter 232 zu liegen kommt, wenn die Meßvorrichtung 14 nicht mit der Kassette 12 gekoppelt ist.
Sind die Kassette 12 und die Meßvorrichtung 14 nicht miteinander gekoppelt, steht das untere Ende der Thermistorkappe 226 unter der Unterseite der Platte 212 in einem Abstand vor, der größer als die Tiefe der Mulde 36 der Kassette 12 relativ zur Oberseite der Aussparung 26 im Blick von 5 ist. Beim Koppeln der Kassette 12 mit der Meßvorrichtung 14 kontaktiert daher die Kappe 226 den Boden der Mulde 36 und drückt die Stütze 222 in Aufwärtsrichtung gegen die Vorspannung der Feder 236. Sobald die Kopplung 44 und die Kopplung 202 miteinander verbunden sind, tendiert die Feder 236 dazu, den Boden der Kappe 226 in einer engen Kontaktposition mit dem Boden der Mulde 36 zu halten, um die wirksame Kontaktfläche zwischen der Kappe 226 und der Mulde 36 zu erhöhen und den Wärmeleitwiderstand zu reduzieren. Die Innenkonfiguration der Mulde 36 ist vorzugsweise etwas komplementär bzw. ergänzend und stärker bevorzugt nahe komplementär zur Außenkonfiguration der Kappe 226, um die Wärmeübertragung auf einem Weg vom Fluid im Mittelabschnitt 24 der Kammer 18, über die Verbindungsstelle zwischen der Mulde 36 und der Kappe 226 und schließlich zum Thermistor 224 zu verbessern.
Gemäß 12 weist die Einsatzplatte 212 vier Löcher 238, 240, 242 und 244 auf, die sich durch den Vorsprung 216 erstrecken und in Abständen entlang der Hauptachse des ovalförmigen Vorsprungs 216 angeordnet sind. Zusätzlich weist die Bodenplatte drei Löcher 246, 248, 250 auf, die vom Vorsprung 216 beabstandet sind und sich durch eine erhöhte Plattform 252 (siehe 10 und 13) erstrecken, die auf einem oberen Außenendteilstück der Einsatzplatte 212 liegt. Gemäß 13 ist eine aus einem optischen Bezugsmaterial hergestellte Scheibe 254 im Loch 248 plaziert und an einer Schulter des Lochs 248 durch eine Stellschraube 256 befestigt, die in ein unteres Gewindeteilstück des Lochs 248 eingeschraubt ist. Vorzugsweise ist die optische Bezugsscheibe 254 aus einem fluoreszierenden Material hergestellt (wie z. B. 0,002 Gewichtsprozent fluoreszierendes Material in Polycarbonat). Ein geeignetes fluoreszierendes Material ist ein Fluoreszenzfarbstoff mit hoher Quantenausbeute, wie z. B. Material der Marke "MACROLUX 10GN" von Bayer.
Die Löcher 246, 250 sind mit dem Loch 248 identisch, und jedes nimmt eine Stellschraube ähnlich wie die Stellschraube 256 und eine optische Bezugsscheibe 254a, 254b auf (die nur in 15 numeriert dargestellt sind). Die optische Bezugsscheibe 254a im Loch 246 ist mit der optischen Bezugsscheibe 254 identisch. Die optische Bezugsscheibe 254b im Loch 250 ähnelt der optischen Bezugsscheibe 254, ist aber statt dessen vorzugsweise aus 0,0035 Gewichtsprozent fluoreszierendem Material, das in Polycarbonat gelöst ist, hergestellt.
Die Endplatte 214 der Faseranschlußblockanordnung 210 hat neun Löcher 258 bis 274, die in 14 numeriert sind. Die Löcher 258 bis 274 sind in einer Gruppierung aus drei Reihen mit drei Löchern in jeder Reihe angeordnet. Die Löcher 258 bis 274 sowie die Löcher 238 bis 250 sind jeweils geeignet, eine Hülse aufzunehmen, die ein Ende eines Bündels optischer Fasern umgibt. Eine exemplarische Hülse ist mit der Bezugszahl 276 in 13 bezeichnet. Ein Beispiel für ein geeignetes Material für die in den Löchern 246 bis 250 aufgenommenen Hülsen ist Messing oder rostfreier Stahl, ein Beispiel für ein geeignetes Material für die in den Löchern 238 bis 244 aufgenommenen Hülsen ist rostfreier Stahl, und ein Beispiel für ein geeignetes Material für die in den Löchern 258 bis 274 aufgenommenen Hülsen ist Messing oder Aluminium. Optional weist die Plattform der Bodenplatte drei kleine Gewindeöffnungen (siehe 10 und 13) auf, von denen jede eines der Löcher 246, 248, 250 schneidet. Diese kleinen Öffnungen sind jeweils geeignet, eine kleine Stellschraube (nicht gezeigt) eingeschraubt aufzunehmen, die die Hülse im benach barten Loch 246, 248, 250 an der Plattform befestigt, um den Zusammenbau zu erleichtern.
Die Faseranschlußblockanordnung 210 weist eine Anzahl von Bündeln optischer Fasern auf. Die optischen Faserbündel sind in allen Ansichten mit der Ausnahme weggelassen, daß ein exemplarisches Netz (nicht genau dargestellt) von Bündeln in 9 zur Erläuterung gezeigt ist. Ein Schema der verschiedenen optischen Faserbündel ist in 15 veranschaulicht und zeigt die wahren bevorzugten verschiedenen Wege der optischen Faserbündel zwischen den Löchern 238 bis 250 und den Löchern 258 bis 274.
Gemäß 15 verfügt näher dargestellt die Faseranschlußblockanordnung 210 über ein erstes optisches Faserbündel 280, das sich zwischen dem Loch 240 und dem Loch 260 erstreckt, ein zweites optisches Faserbündel 281, das sich zwischen dem Loch 240 und dem Loch 270 erstreckt, ein drittes optisches Faserbündel 282, das sich zwischen dem Loch 246 und dem Loch 270 erstreckt, ein viertes optisches Faserbündel 283, das sich zwischen dem Loch 242 und dem Loch 270 erstreckt, ein fünftes optisches Faserbündel 284, das sich zwischen dem Loch 242 und dem Loch 258 erstreckt, ein sechstes optisches Faserbündel 285, das sich zwischen dem Loch 246 und dem Loch 264 erstreckt, ein siebentes optisches Faserbündel 286, das sich zwischen dem Loch 244 und dem Loch 262 erstreckt, ein achtes optisches Faserbündel 287, das sich zwischen dem Loch 244 und dem Loch 274 erstreckt, ein neuntes optisches Faserbündel 288, das sich zwischen dem Loch 250 und dem Loch 274 erstreckt, ein zehntes optisches Faserbündel 289, das sich zwischen dem Loch 250 und dem Loch 266 erstreckt, ein elftes optisches Faserbündel 290, das sich zwischen dem Loch 248 und dem Loch 266 erstreckt, ein zwölftes optisches Faserbündel 291, das sich zwischen dem Loch 248 und dem Loch 272 erstreckt, ein dreizehntes optisches Faserbündel 292, das sich zwischen dem Loch 238 und dem Loch 272 erstreckt und ein vierzehntes optisches Faserbündel 293, das sich zwischen dem Loch 238 und dem Loch 268 erstreckt.
Eine geeignete optische Faser für jedes der verschiedenen Bündel 280 bis 293 ist eine Faser mit einem Nennaußen durchmesser von 0,0022 Inch (56 Mikrometer) mit Kernglas aus Schott LF5 oder F2, Mantelglas aus Schott 8250 Corning 7056 oder 7052 und einer Manteldicke von 0,00008 bis 0,00012 Inch (2 bis 3 Mikrometer). Vorzugsweise, wenngleich nicht notwendig, sind alle optischen Fasern in den verschiedenen Bündeln 280 bis 293 identisch. Natürlich können sich andere Arten von Fasern und die Anzahl von Fasern in jedem der Bündel 280 bis 293 von der vorstehenden Beschreibung unterscheiden.
Vorzugsweise kommt ein optischer Kleber, wie z. B. optisches Epoxidharz der Marke "Epo-tek" Nr. 301 oder 301-2 zum Einsatz, um gebündelte Enden der Fasern in den Hülsen (wie z. B. der Hülse 276) zu befestigen und optische Aperturen zu bilden. Die Bündel 280 bis 293 sind vorzugsweise mit einem nicht fluoreszierenden, optisch undurchlässigen steifen Kunststoff- oder Gummimaterial beschichtet. Enden einiger der Bündel 280 bis 293 sind vermischt, um gegabelte Teilstücke zu bilden, so daß die in einer Hülse aufgenommenen optischen Fasern zu unterschiedlichen Hülsen an den entgegengesetzten Enden der Fasern führen können, was in 15 schematisch dargestellt ist. Außerdem sind die optischen Fasern jeder optischen Apertur randomisiert (d. h. die Fasern jeder optischen Apertur sind auch in Fällen räumlich gut gemischt, in denen die Fasern gegabelte Teilstücke durchlaufen). Zum Beispiel sind die Fasern der optischen Apertur im Loch 240 so randomisiert, daß keine kreisförmige Fläche mit einem Durchmesser von 0,020 Inch (0,5 mm) oder darüber existiert, die weniger als drei Fasern hat, die von einem der Bündel 280, 281 stammen.
Ein Beispiel für eine geeignete Anzahl optischer Fasern für den Mittelbereich jedes Bündels 280 bis 293 ist in Tabelle I nachfolgend dargestellt. (Hierin soll "Mittelbereich" ein mittleres Teilstück des Bündels über seine Länge an einer Stelle zwischen seinen Enden und etwaigen gegabelten Teilstücken bezeichnen.) Tabelle II bezeichnet die Sollanzahl optischer Fasern und den Gesamtdurchmesser der optischen Apertur (wozu Fasern gehören können, die von einem oder mehr als einem Bündel stammen) in den Hülsen, die in jedem der Löcher 238 bis 250 und 258 bis 274 plaziert sind. Die Werte in den Tabellen I und II basieren auf optischen Fasern mit einem Außendurchmesser von 56 Mikrometern wie zuvor erwähnt und einem Füllfaktor von 70 Prozent (d. h. die von den Fasern belegte Fläche dividiert durch die kreisförmige Gesamtfläche der optischen Apertur). Da kleine optische Fasern beim Zusammenbau schwer zu zählen sind, kann der Hersteller statt dessen vorziehen, den Durchmesser eines Bündels zu messen, um durch Schätzung die Anzahl optischer Fasern im Bündel schneller zu bestimmen.
Die Meßvorrichtung 14 hat ferner eine Optikanordnung 300, die einen Block 302 sowie neun optische Teilanordnungen 304 bis 312 (die nur in 16 numeriert sind) aufweist. Der Block 302 hat neun zylindrische Hohlräume, die in drei Reihen mit drei Hohlräumen in jeder Reihe symmetrisch angeordnet sind, und eine der optischen Teilanordnungen 304 bis 312 ist in jedem Hohlraum aufgenommen. Vorzugsweise ist der Block 302 aus einem Material mit einer Metall ähnelnden Wärmeleitfähig keit hergestellt. Ein Beispiel für ein geeignetes Material ist Aluminium. Der Block 302 könnte auch aus einem Keramikmaterial mit einer geeigneten Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein.
Die mit 310, 311 und 312 numerierten optischen Teilanordnungen sind optische Anregungsteilanordnungen, und die Teilanordnung 312 ist in explodierter Ansicht in 16 exemplarisch dargestellt. Die Teilanordnung 312 weist einen ersten optischen Halter 314 und einen zweiten optischen Halter 316 auf, der mit dem ersten Halter 314 identisch ist. Werden die Halter 314, 316 auf die in 10 gezeigte Weise miteinander verbunden, bilden die Innenwandteilstücke der Halter 314, 316 gemeinsam eine längliche Kammer 318, die eine etwas zylindrische Gesamtkonfiguration mit einer mittleren Längsbezugsachse 320 hat.
Der erste Halter 314 ist allein in 17 bis 19 gezeigt. Der Halter 314 hat Innenwandteilstücke, die einen ersten Kammerabschnitt 322 (17 und 18), einen zweiten Kammerabschnitt 324, einen dritten Kammerabschnitt 326 und einen vierten Kammerabschnitt 328 bilden. Sind die Halter 314, 316 auf die in 10 gezeigte Weise miteinander verbunden, bilden die ersten Kammerabschnitte 322 der Halter 314, 316 einen allgemein zylindrischen Lichteinlaßanschluß mit einer Form zum Umhüllen einer Leuchtdiode (gemäß der späteren näheren Beschreibung), die zweiten Kammerabschnitte 324 bilden eine allgemein zylindrische Teilkammer zum Aufnehmen eines optischen Filters, die dritten Kammerabschnitte 326 bilden eine Teilkammer zum Aufnehmen einer optischen Linse, und die vierten Kammerabschnitte 328 bilden einen allgemein zylindrischen Lichtauslaßanschluß. Eine kleine zylindrische Öffnung erstreckt sich zwischen dem Lichteinlaßanschluß und der optischen Filterteilkammer und kommuniziert mit ihnen, und eine zweite, kleine zylindrische Öffnung erstreckt sich zwischen der optischen Filterteilkammer und der Linsenteilkammer und kommuniziert mit ihnen.
Die Wandteilstücke des Halters 314, die die Kammerabschnitte 324, 326 bilden, sind jeweils mit einem ersten Satz aus einer oder mehreren Rippen 330 verbunden. In der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform weist der erste Satz zwei beabstandete Rippen 330 auf, die sich in Parallelrichtung zur Mittelachse 320 erstrecken. Jede der Rippen 330 (siehe z. B. 18) erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge der jeweiligen Kammerabschnitte 324, 326 und hat einen äußersten verformbaren Spitzenabschnitt 332, der in 19a näher gezeigt ist. Der verformbare Spitzenabschnitt 332 kann elastomer (d. h. er kehrt selbst in seine ursprüngliche Form nach Wegfall der die Verformung verursachenden Kraft zurück) oder nicht elastomer sein.
Ferner weist der Halter 314 einen zweiten Satz aus einer oder mehreren Rippen 334 auf. In der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform besteht der zweite Satz von Rippen 334 aus einer einzelnen Rippe, die entlang einem radialen Wandteilstück des dritten Kammerabschnitts 326 direkt benachbart zum vierten Kammerabschnitt 328 liegt. Die Rippe 334 hat eine Gesamtkonfiguration eines Dreiecks in der Seitenansicht gemäß 17 und 17a und hat ebenfalls einen äußersten verformbaren (elastomeren oder nicht elastomeren) Spitzenabschnitt 336, der in 17a und 17b vergrößert gezeigt ist.
Der zweite Kammerabschnitt 324 und der dritte Kammerabschnitt 326 weisen auch einen dritten Satz aus einer oder mehreren Rippen 338 auf, die sich in Bezugsebenen senkrecht zur Mittelachse 320 erstrecken. Sechs Rippen 338 sind in der Ausführungsform gemäß 17 bis 19 gezeigt. Vier der Rippen 338 liegen im zweiten Kammerabschnitt 324 und sind so gegenüberliegend angeordnet, daß sich ein Paar Rippen 338 in einer ersten gemeinsamen Bezugsebene senkrecht zur Mittelachse 320 erstreckt und sich das andere Paar Rippen 338 in einer zweiten Bezugsebene senkrecht zur Mittelachse 320 erstreckt. Die beiden übrigen Rippen 338 liegen im dritten Kammerabschnitt 326 und erstrecken sich in einer weiteren gemeinsamen Bezugsebene, die senkrecht zur Mittelachse 320 ist. Eine exemplarische Rippe 338 ist in 17c vergrößert dargestellt, und jede Rippe 338 weist einen äußersten verformbaren Spitzenabschnitt 340 auf, der elastomer oder nicht elastomer sein kann.
Der Halter 314 hat ein symmetrisches diametrales Wandteilstück mit einem Paar Zapfen 342 und einem Paar passender Löcher 344. Ein Zapfen 342 und ein Loch 344 haben parallele Mittelbezugsachsen, die sich in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Mittelachse 320 erstrecken. Ähnlich haben der andere Zapfen 342 und das andere Loch 344 auch jeweilige Mittelbezugsachsen, die sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken, die senkrecht zur Mittelachse 320, aber von der o. g. Bezugsebene beabstandet ist, die die Mittelachsen des anderen Zapfens 342 und Lochs 344 enthält.
Die Wandteilstücke, die den dritten Kammerabschnitt 326 bilden, weisen auch ein ringförmiges, abgeschrägtes Wandteilstück 346 auf, das sich in einem halbkreisförmigen Weg um die Mittelachse 320 erstreckt. Folglich hat die Linsenteilkammer eine Gesamtkonfiguration, die einen allgemein zylindrischen Abschnitt und einen ausgerichteten kegelstumpfförmigen Abschnitt mit gemeinsamen Mittelachsen aufweist, die mit der Mittelachse 320 kollinear sind. Da der Halter 316 mit dem Halter 314 identisch ist, braucht der Halter 316 nicht näher beschrieben zu werden.
Sind die Halter 314, 316 auf die in 10 gezeigte Weise miteinander verbunden, sind die Zapfen 342 des Halters 314 in den Löchern 344 des Halters 316 aufgenommen, und die Zapfen 342 des Halters 316 sind in den Löchern 344 des Halters 314 aufgenommen. Vorzugsweise liegt mindestens ein ineinandergreifendes Paar der Zapfen 342 und Löcher 344 näher zu einem Ende der Teilanordnung 312 als zum anderen Ende. Beim Versuch, die Halter 314, 316 so miteinander zu verbinden, daß die ersten Kammerabschnitte 322 nicht einander gegenüber, sondern an entgegengesetzten Enden liegen, sind dadurch die Enden der Halter 314, 316 nicht ausgerichtet und zeigen dem Monteur leicht sichtbar an, daß die Halter 314, 316 nicht richtig zueinander orientiert wurden.
Eine plankonvexe Linse 348 (siehe 16 und 16a) ist in den dritten Kammerabschnitten 326 aufgenommen und verfügt über einen zylindrischen Abschnitt mit einer zylindrischen Außenumfangswand 350 und einen konvexen, kuppelförmigen Abschnitt, der eine Außenwand 352 mit einer Konfiguration einer Teilkugel hat. Die diametrale Mittelachse des kuppelförmigen Abschnitts und die Mittelachse des zylindrischen Abschnitts liegen entlang einer gemeinsamen Bezugsachse, die als optische Achse der Linse 348 bekannt ist. Ein Beispiel für eine geeignete Linse hat eine Brennweite von 6 mm und einen Durchmesser von 6 mm, wie z. B. das Teil Nr. 45078 von Edmund Scientific. Vorzugsweise ähnelt die Orientierung des abgeschrägten Wandteilstücks 346 der dritten Kammerabschnitte 326 (relativ zur Mittelachse 320) etwas der Orientierung des Eingriffsbereichs der Außenwand 352 (relativ zur Mittelachse des kuppelförmigen Abschnitts) in Flächen, in denen die Teilstücke 346 die Außenwand 352 kontaktieren, wenn die Halter 314, 316 zusammengebaut sind.
Beim Zusammenbau und beim Schließen der Halter 314, 316 um die Linse 348 kommt die zylindrische Wand 350 in festsitzenden Kontakt mit den Rippen 330, 334, 338. Nähern sich die Halter 314, 316 einer vollständig geschlossenen, miteinander verbundenen Orientierung, kollabieren und verformen sich die Spitzenabschnitte 332, 336, 340 in der Linsenteilkammer, während sie jeweilige Kräfte auf die Linse 348 in bestimmten Richtungen ausüben. Beim Schließen der Halter 314, 316 richten insbesondere die Spitzenabschnitte 332, 340 des ersten und dritten Satzes von Rippen 330, 338 eine Kraft auf die Linse 348 in Radialeinwärtsrichtung zur Mittelachse 320, während die Spitzenabschnitte 336 des zweiten Satzes von Rippen 334 eine Kraft auf die Linse 348 richten, die Vektorkomponenten hat, die sich in Radialeinwärtsrichtungen zur Mittelachse 320 erstrecken, sowie Vektorkomponenten, die sich parallel zur Mittelachse 320 in Richtungen zu den abgeschrägten Wandteilstücken 346 erstrecken.
Die Orientierung der Rippen 330, 334, 338, die in den dritten Kammerabschnitten 326 liegen, ist so ausgewählt, daß die Linse 348 in eine richtige konzentrische Beziehung geführt wird, so daß die optische Achse der Linse 348 parallel zur Mittelachse 320 und vorzugsweise genau kollinear mit ihr ausgerichtet ist. Beim gemeinsamen Schließen der Halter 314, 316 wird die optische Achse der Linse 348 durch die Rippen 330, 334, 338 wie nötig verschoben und in eine Position ge bracht, die mit der Mittelbezugsachse 320 zusammenfällt. Die Rippen 334 drücken die kuppelförmige Außenwand 352 in eine Position in engem Kontakt mit den abgeschrägten Wandteilstücken 346. Außerdem üben die Rippen 334 eine Kraft auf die Linse 348 auf, die ausreicht, die Linse 348 auf den Wandteilstücken 346 zu schwenken und die flache Rückfläche des zylindrischen Linsenabschnitts neben dem Lichtauslaßabschnitt 328 in eine solche Orientierung zu verschieben, daß die Rückfläche genau senkrecht zur Mittelachse 320 ist, sobald die Halter 314, 316 geschlossen sind. Die Rippen 330, 338 funktionieren so, daß sie die Linse 348 in Querrichtung verschieben, wenn die Halter 314, 316 geschlossen werden, so daß die optische Achse der Linse 348 mit der Mittelachse 320 kollinear ist.
Beim Schließen der Halter 314, 316 kommt es zum Kaltfluß der verformbaren Spitzenabschnitte 332, 336, 340, um der Konfiguration der Linse 348 (und etwaigen Oberflächenunregelmäßigkeiten) Rechnung zu tragen und die Linse 348 an Ort und Stelle zu befestigen. Solche verformbaren Spitzenabschnitte 332, 336, 340 (zusammen mit anderen Bereichen der Kunststoffhalter 314, 316) schützen in der Tendenz die Linse 348 auch vor Beschädigung, wenn die Optikanordnung 300. oder die Meßvorrichtung 14 Stößen oder Schwingungen ausgesetzt ist.
Die zweiten Kammerabschnitte 324 der Halter 314, 316 sind geeignet, ein optisches Filter 354 aufzunehmen. Das Filter 354, das exemplarisch in 10 gezeigt ist, hat eine zylindrische Konfiguration mit einer Mittelachse. Bringt man die Halter 314, 316 in eine geschlossene, miteinander verbundene Orientierung, kollabieren und verformen sich die Spitzenabschnitte 332 der in den zweiten Kammerabschnitten 324 liegenden Rippen 330 und die Spitzenabschnitte 340 der in den zweiten Kammerabschnitten 324 liegenden Rippen 338, um das Filter 354 in eine solche Orientierung zu drücken, daß die Mittelachse des Filters mit der Mittelachse 320 der Teilanordnung 312 kollinear ist. Sobald die Halter 314, 316 voll geschlossen sind, ergreifen die Rippen 330, 338 eng die zylindrische Seitenwand des Filters 354 und halten es sicher an Ort und Stelle.
Im geschlossenen Zustand bilden die Halter 314, 316 zusammen eine glatte zylindrische Außenfläche mit einem Durchmesser, der vorzugsweise dem Innendurchmesser des Lochs des Blocks 302 stark ähnelt oder damit identisch ist, der die Teilanordnung 312 aufnimmt. Stärker bevorzugt ist die zylindrische Außenfläche, die die Halter 314, 316 im zusammengebauten Zustand bilden, etwas größer als das Loch im Block 302, das die Teilanordnung 312 aufnimmt, um einen leichten Festsitz zwischen dem Block 302 und der Teilanordnung 312 herzustellen. Sobald die Teilanordnung 312 im Loch aufgenommen ist, bleiben die Halter 314, 316 zusammengebaut, ohne daß Kleber, Befestigungen o. ä. nötig sind. Alternativ könnte aber ein Kleber oder eine mechanische Befestigung vorgesehen sein, um die Halter 314, 316 im Block zu halten.
Jeder der Halter 314, 316 ist vorzugsweise einstückig geformt und aus einem relativ weichen, verformbaren Kunststoffmaterial hergestellt, wie z. B. einem ABS-Polymer oder einer Mischung aus ABS-Polymer und Polycarbonat. Ein Beispiel für ein geeignetes ABS-Polymer ist Nr. 8540H von TAITALAC. Vorzugsweise hat das Material einen begrenzten Kaltfluß und ist dennoch ausreichend elastisch, um die optische Komponente an Ort und Stelle zu halten.
Optional sind die Spitzenabschnitte 332, 336, 340 oder alternativ die gesamten Rippen 330, 334, 338 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, das einen höheren Elastizitätsmodul als der Elastizitätsmodul des Kunststoffmaterials des Rests der Halter 314, 316 hat. Beispielsweise könnte Einsatzformen verwendet werden, um Spitzenabschnitte 332, 336, 340 vorzusehen, die aus einem Material hergestellt sind, das sich vom Rest des Materials der Halter 314, 316 unterscheidet. In jedem Fall ist das Material der Spitzenabschnitte 332, 336, 340 und/oder der gesamten Rippen 330, 334, 338 so ausgewählt, daß jeder Spitzenabschnitt 332, 336, 340 auch nach wiederholten Temperaturschwankungszyklen die Linse 348 und/oder das Filter 354 eng ergreift und eine Kraft fortgesetzt darauf ausübt. Vorzugsweise sind die Halter 314, 316 aus einem Material hergestellt, das eine kleinere Wärmeleitfähigkeit als die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Blocks 302 hat, um mit zu gewährleisten, daß die Temperatur der Linse 348 und der Filter 354 der verschiedenen Teilanordnungen 304 bis 312 auch im Verlauf von Temperaturschwankungen des Blocks 302 im wesentlichen identisch ist.
Die optischen Anregungsteilanordnungen 310, 311 sind mit der optischen Anregungsteilanordnung 312 mit Ausnahme der optischen Filter identisch. Insbesondere hat das optische Filter 354 der Teilanordnung 312 einen Gesamtdurchmesser von 0,25 Inch (6 mm) und eine Länge von 0,145 Inch bis 0,175 Inch (3,6 bis 4,4 mm), hat ein Durchlaßband mit einer Mittenwellenlänge von 398 nm und läßt 50 % des Durchlässigkeitsmaximums bei Wellenlängen von 385 nm und 410 nm durch. Das optische Filter für die Teilanordnung 311 ist mit dem Filter 354 mit der Ausnahme identisch, daß das optische Filter für die Teilanordnung 311 ein Durchlaßband mit einer Mittenwellenlänge von 413 nm hat und 50 % des Durchlässigkeitsmaximums bei Wellenlängen von 400 nm und 425 nm durchläßt. Das optische Filter für die Teilanordnung 310 ist mit dem Filter 354 mit der Ausnahme identisch, daß das optische Filter für die Teilanordnung 310 ein Durchlaßband mit einer Mittenwellenlänge von 475 nm hat und 50 % des Durchlässigkeitsmaximums bei Wellenlängen von 460 nm und 490 nm durchläßt. Andere Aspekte der Teilanordnungen 310, 311 sind mit der Teilanordnung 312 identisch, weshalb eine nähere Beschreibung der Teilanordnungen 310, 311 entfallen kann.
Allerdings sind die optischen Teilanordnungen 304 bis 309 optische Emissionsteilanordnungen und unterscheiden sich etwas von den optischen Anregungsteilanordnungen 310 bis 312, was anhand der Teilanordnung 304 deutlich wird, die in 16 explodiert dargestellt ist. Die Teilanordnung 304 weist zwei Halter 314a, 316a auf, die den Haltern 314, 316 mit Ausnahme der im folgenden dargestellten Unterschiede im wesentlichen ähneln. Der Halter 314a ist isoliert in 20 und 21 gezeigt. Die Halter 314a, 316a sind identisch, weshalb eine nähere Beschreibung des Halters 314a ausreicht, auch den Halter 316a zu beschreiben. Der Halter 314a hat Innenwandteilstücke, die einen ersten Kammerabschnitt 322a, einen zweiten Kammerabschnitt 324a, einen dritten Kammerabschnitt 326a, einen vierten Kammerabschnitt 328a und einen fünften Kammerabschnitt 329a bilden. Sind die Halter 314a, 316a miteinander verbunden, bilden die ersten Kammerabschnitte 322a einen allgemein zylindrischen Lichteinlaßanschluß, und die vierten Kammerabschnitte 328a bilden einen allgemein zylindrischen Lichtauslaßanschluß. Sind die Halter 314a, 316a geschlossen, bilden außerdem die zweiten Kammerabschnitte 324a eine allgemein zylindrische Filterteilkammer zum Aufnehmen eines optischen Filters 354a ähnlich wie die Filterteilkammer der Teilanordnung 312, und die dritten Kammerabschnitte 326a bilden eine erste Linsenteilkammer zum Aufnehmen einer optischen Linse 348a ähnlich wie die Linsenteilkammer der Teilanordnung 312. Die fünften Kammerabschnitte 329a bilden bei geschlossenen Haltern 314a, 316a eine zweite Linsenteilkammer zum Aufnehmen einer optischen Linse 349a, die der ersten Linsenteilkammer der Teilanordnung 304 ähnelt, wobei aber die zweite Linsenteilkammer 180 Grad entgegengesetzt zur Orientierung der ersten Linsenteilkammer im Hinblick auf eine Mittelbezugsachse der Teilanordnung 304 orientiert ist.
Der Halter 314a hat einen ersten, zweiten und dritten Satz aus Rippen 330a, 334a bzw. 338a, die vorzugsweise mit dem ersten Rippensatz 330, dem zweiten Rippensatz 334 und dem dritten Rippensatz 338 der Teilanordnung 312 identisch sind. Infolge dessen funktionieren beim Schließen der Halter 314a, 316a die Rippen 330a, 334a, 338a so, daß sie die Linsen 348a, 349a sowie das Filter 354a wie nötig verschieben, um die optischen Achsen der Linsen 348a, 349a und die Mittelachse des Filters 354a in parallele Ausrichtung und vorzugsweise kollineare Ausrichtung zur Mittelachse der Teilanordnung 304 zu bringen, sobald sie zusammengebaut sind. Außerdem haben die Halter 314a, 316a jeweils zwei Zapfen und zwei Gegenlöcher ähnlich wie die Zapfen 342 und Löcher 344 der Halter 314, 316. Vorzugsweise haben aber der Zapfen und das Loch auf jeder Seite jedes Halters 314a, 316a einen Abstand voneinander, der sich vom Abstand zwischen den Zapfen 342 und Löchern 344 der Halter 314, 316 in Richtungen parallel zur Mittelachse 320 etwas unterscheidet, um die Wahrscheinlichkeit zu verrin gern, daß einer der Halter 314, 316 unbeabsichtigt mit einem der Halter 314a, 316a verbunden wird.
Die optischen Emissionsteilanordnungen 305 bis 309 sind jeweils mit der optischen Emissionsteilanordnung 304 mit Ausnahme der optischen Filter identisch. Insbesondere sind das optische Filter 354a der Teilanordnung 304 sowie die optischen Filter für die Teilanordnungen 305, 307 jeweils mit dem zuvor beschriebenen optischen Filter 354 mit der Ausnahme identisch, daß die Filter für die Teilanordnungen 304, 305, 307 ein Durchlaßband mit einer Mittenwellenlänge von 550 nm haben und 50 % des Durchlässigkeitsmaximums bei Wellenlängen von 515 nm und 585 nm durchlassen. Die optische Teilanordnung 306 hat ein optisches Filter, das mit dem Filter 354 mit der Ausnahme identisch ist, daß das optische Filter für die Teilanordnung 306 ein Durchlaßband mit einer Mittenwellenlänge von 485 nm hat und 50 % des Durchlässigkeitsmaximums bei Wellenlängen von 450 nm und 520 nm durchläßt. Die optischen Filter für die Teilanordnungen 308, 309 sind mit dem Filter 354 mit der Ausnahme identisch, daß die optischen Filter für die Teilanordnungen 308, 309 ein Durchlaßband mit einer Mittenwellenlänge von 500 nm haben und 50 % des Durchlässigkeitsmaximums bei Wellenlängen von 465 nm und 535 nm durchlassen. Die Linsen 348a, 349a der Teilanordnung 304 sowie die entsprechenden Linsen der Teilanordnungen 305 bis 309 sind jeweils mit der zuvor beschriebenen Linse 348 identisch.
Die Halter 314, 314a, 316, 316a haben wichtige Vorteile, da sie nicht nur die Linsen 348, 348a, 349a und die Filter 354, 354a in richtiger Ausrichtung befestigen, sondern auch eingebaute Aperturen zum Aufnehmen von Leuchtdioden und Fotodioden gemäß der späteren näheren Beschreibung bilden. Außerdem sehen die Halter 314, 314a, 316, 316a geformte, eingebaute Lichteinlaßanschlüsse und Lichtauslaßanschlüsse mit einer geeigneten Größe für benachbarte optische Aperturen vor. Die Halter 314, 314a, 316, 316a stellen eine billige, aber einfache und wirksame Einrichtung zur Herstellung und Montage verschiedener Komponenten bereit, ohne Dichtungen oder Unterlegscheiben zu benötigen, was bei anderen optischen Anordnungen gebräuchlich ist (wie z. B. herkömmlichen optischen Anordnun gen, bei denen Linsen, Filter und Unterlegscheiben nacheinander in eine zylindrische Kammer eines einstückigen Gehäuses fallen gelassen werden).
Der Fachmann wird erkennen, daß die Konzepte der gepaarten Halter und eines optischen Blocks auch für andere optische Anordnungen genutzt werden können, wie z. B. Ferngläser, Teleskope u. ä. Weiterhin läßt sich eine nützliche Anordnung bereitstellen, indem Linsen und/oder optische Filter an Ort und Stelle und in einem Stück mit den Haltern geformt werden. Als weitere Alternative könnten die Halter so aufgebaut sein, daß sie geknickte oder versetzte optische Achsen bilden, etwa solche, die z. B. oft für Ferngläser vorgesehen sind. Soll die Anordnung in Anwendungen verwendet werden, in denen schnelle Wärmeübertragung zwischen dem Block und den Haltern erwünscht ist (z. B. in Anordnungen, in denen die optischen Komponenten erwärmt sind), könnten die Halter aus einem anderen Material als Kunststoff hergestellt sein, und eine Wärmevergußmasse könnte zwischen den Haltern und dem Block plaziert sein.
Obwohl die zuvor näher beschriebene Optikanordnung 300 derzeit bevorzugt ist, kann eine alternative Optikanordnung aufgebaut sein, indem der Block 302 entfällt und eine andere Struktur vorgesehen ist, um die Halter zusammenzuhalten und bei Bedarf auch die Teilanordnungen als Gruppe zusammenzuhalten. Zum Beispiel können Ringe oder Schnappschellen so aufgebaut sein, daß sie jedes Paar Halter zusammenhalten, und ein Rahmen, Gitter, Band oder eine andere Struktur kann vorgesehen sein, um zusammengebaute Paare der Halter an anderen zusammengebauten Paaren von Haltern zu halten. Optional kann die Konfiguration jedes zusammengebauten Halterpaars eine andere Form als zylindrisch, wie z. B. sechseckig, quadratisch, rechteckig oder dreieckig, in Fällen haben, in denen es erwünscht ist, einen flachen Flächenkontakt zwischen benachbarten Halterpaaren herzustellen und Luftspalte zu vermeiden (was z. B. zur leichteren Wärmeübertragung erwünscht sein kann). Als weitere Option kann jeder Halter mit Strukturen (wie z. B. Rastzapfen oder Ansätzen oder einer Zapfen-Schlitz-Anordnung) versehen sein, um in den anderen Halter dieser Teilanordnung einzugreifen oder um in Halter anderer Teilanordnungen einzugreifen.
Als zusätzliche Option kann eine Anzahl von Haltern für eine Anzahl unterschiedlicher Teilanordnungen in einem Stück zusammen nebeneinanderliegend als Gruppierung geformt sein, die dann mit einer ähnlichen Gruppierung verbunden wird, nachdem die optischen Komponenten in jeder Teilanordnungskammer an Ort und Stelle sind, um die Anzahl von Teilen zu reduzieren, die sonst getrennt gehandhabt würden. Zum Beispiel könnten drei Halter ähnlich wie die Halter 316 in 16 einstückig geformt und dann an drei Halter ähnlich wie die Halter 314 in 16 angebaut werden (mit der zuvor erläuterten Option, daß jeder Halter 314 mit jedem Halter 316 identisch ist). Außerdem könnten die Rückseiten der Halter einer Reihe einstückig an die Rückseiten der Halter der benachbarten Reihe angeformt sein, um die Anzahl von Teilen in jeder einzelnen Optikanordnung weiter zu reduzieren. Ferner könnten die zusammengebauten Paare solcher Halter andere Formen als zylindrische haben, wie z. B. sechseckige, quadratische, rechteckige, dreieckige o. ä., was zuvor erwähnt wurde.
Die Meßvorrichtung 14 kann auch eine elektrische Anordnung 400 (siehe z. B. 9) aufweisen, die über eine elektrooptische Teilanordnung 402 und eine Leiterplattenteilanordnung 404 mit einem Leiterplattensubstrat und verschiedenen Elektronikkomponenten verfügt, die auf dem Substrat angeordnet sind. Die elektrooptische Teilanordnung 402 weist eine Koppelplatte 406 (siehe auch 22) mit sechs etwa ovalförmigen Aussparungen 408 auf, die in zwei Reihen mit drei Aussparungen 408 in jeder Reihe angeordnet sind. Ferner weist die Koppelplatte 406 drei kreisförmige Aussparungen 410 auf, die in einer einzelnen Reihe und in Spaltenausrichtung zu den Aussparungen 408 so angeordnet sind, daß die Aussparungen 408, 410 eine Gruppierung aus neun Aussparungen mit drei Aussparungen in jeder der drei Reihen bilden.
Vorzugsweise ist mindestens ein Abschnitt der Koppelplatte 406 aus einem Elastomermaterial hergestellt. Als ein Beispiel kann die Koppelplatte 406 ein Aluminiumsubstrat aufweisen, das mit einem elastischen Material, wie z. B. Poly urethan oder Silikon, bedeckt oder teilweise bedeckt ist. Optional bildet das Substrat Aussparungen, die den Aussparungen 408, 410 entsprechen, und eine Schicht aus Elastomermaterial ist in jeder Aussparung aufgenommen. Optional erstreckt sich das Elastomermaterial über die vier Kanten des Metallsubstrats hinaus und bedeckt das gesamte Ausmaß einer flachen Rückfläche des Metallsubstrats, die von der Optikanordnung 300 wegweist. Vorzugsweise ist das Elastomermaterial elektrisch nicht leitend und hat Löcher, die zu den Löchern im Metall, die für elektrische Zuleitungen vorgesehen sind, ausgerichtet, aber etwas kleiner als diese sind. Dadurch werden die Zuleitungen kontaktfrei mit dem Aluminiumsubstrat gehalten.
Die elektrooptische Teilanordnung 402 weist drei Leuchtdioden oder "LEDs" 412 (siehe 8 und 10) auf, von denen jede einen kreisförmigen Sockel hat, der in einer jeweiligen der Aussparungen 410 eng aufgenommen ist. Jede LED 412 hat auch einen kuppelförmigen Abschnitt, der im Lichteinlaßanschluß eng aufgenommen ist, der durch die ersten Kammerabschnitte der jeweiligen Halter der Teilanordnungen 310 bis 312 gebildet ist. Die Halter der Teilanordnungen 310 bis 312 haben auch einen kreisförmigen Hohlraum (siehe z. B. den Hohlraum 323 in 17 und 18) zum Aufnehmen des Rests des kreisförmigen Sockels der entsprechenden LED. Ein Beispiel für eine geeignete LED ist eine Galliumnitrid-LED, wie z. B. das Teil Nr. NLPB-500 von Nichia oder alternativ eine Laserdiode.
Weiterhin weist die elektrooptische Teilanordnung 402 sechs Festkörper-Lichtdetektoren oder Fotodioden 414 auf, von denen jede einen Körper aufweist, der in einer jeweiligen der Aussparungen 408 teilweise und eng aufgenommen ist. Die Fotodioden 414 können Siliciumfotodioden oder Lawinenfotodioden sein. Ein Beispiel für eine geeignete Siliciumfotodiode 414 ist das Teil Nr. 51133-14 von Hamamatsu. Die LEDs 412 sowie die Fotodioden 414 weisen jeweils ein Paar Zuleitungen auf, die sich durch jeweilige Löcher der Koppelplatte 406 und insbesondere durch die Löcher des zuvor beschriebenen Metallsubstrats und Elastomermaterials erstrecken.
Ein Paar Maschinenschrauben 416 (siehe 10) erstreckt sich durch einen umgelegten Abschnitt des Leiterplattensubstrats, durch jeweilige Löcher 418 (siehe 22) der Koppelplatte 406, durch jeweilige Löcher 420 (siehe 16) des Blocks 302 und ist in Gegengewindelöcher 422 (siehe 14) der Faserblock-Endplatte 214 eingeschraubt. Vorzugsweise ist der Block 302 auch mit einem Paar vorstehenden, parallelen Ausrichtpfosten 424 versehen, die in jeweiligen Löchern 426 (siehe 14) der Einsatzplatte 212 zum leichteren Zusammenbau aufgenommen sind. Sobald die Schrauben 416 in die Einsatzplatte 212 festgeschraubt sind, bildet das sich über das Substrat der Koppelplatte 406 erstreckende elastische Material eine nachgiebige Schicht, die dazu beiträgt, Beschädigung der elektrischen Anordnung 400 immer dann zu verhindern, wenn die Meßvorrichtung 14 physischen Stoßkräften ausgesetzt wird, die z. B. auftreten können, wenn man die Meßvorrichtung 14 ungewollt fallenläßt.
Gemäß 9 steht ein Umfangskantenabschnitt der Koppelplatte 406 von benachbarten Flächen des Optikblocks 302 sowie der Leiterplattenteilanordnung 404 nach außen vor. Die Umfangskantenabschnitte der Koppelplatte 406 sind in Kanälen 428 der beiden Teile des Gehäuses 200 aufgenommen. Die vorstehenden Umfangskantenabschnitte der Koppelplatte 406 bilden in Kombination mit den Kanälen 428 eine stabile Anordnungsstütze für die Optikanordnung 300 und die Elektroanordnung 400 und dienen auch dazu, die Konvektionswärmemenge zu verringern, die ansonsten von der Fläche im Gehäuse 200, die die Leiterplattenteilanordnung 404 umgibt, zur Fläche im Gehäuse 200 fließen würde, die den Rest der Komponenten umgibt, darunter die Optikanordnung 300 und die Faserblockanordnung 210.
Die Leiterplattenteilanordnung 404 weist eine Steuerung 430 (siehe 23) auf, die Strom-, Taktsteuerungs- und Befehlssignale von einem entfernten Monitor 432 (siehe 24) empfängt. Ein flexibles elektrisches Kabel 434 (8) verbindet die Steuerung 430 und den Monitor 432 im Betrieb miteinander. Als weitere Option kann aber die elektrische Anordnung 400 durch Batterien gespeist sein, die im oder benachbart zum Gehäuse 200 angeordnet sind, und das elektrische Ka bel 434 kann durch ein optisches Faserbündel oder durch eine telemetrische Kommunikationsvorrichtung ersetzt sein, wie z. B. eine Vorrichtung, die Hochfrequenz- oder optische Frequenzsignale zuführt.
Das Leiterplattensubstrat der Teilanordnung 404 ist in eine rechtwinklige, kastenartige Konfiguration gemäß 8 bis 10 gefaltet. Die kastenartige Konfiguration weist vier Seitenabschnitte und zwei Endabschnitte auf, die den Raum umgeben, in dem die Elektronikkomponenten auf dem Substrat montiert sind. Vorteilhaft sorgt ein solcher Aufbau für elektrische Abschirmung der Elektronikkomponenten und dient auch dazu, die Komponenten von den LEDs etwas thermisch zu isolieren.
Die Steuerung 430 ist mit drei Treibern 436 elektrisch verbunden (Verbindung in den Zeichnungen nicht gezeigt), die ihrerseits jeweils mit einer entsprechenden der LEDs 412 elektrisch verbunden sind. Die Treiber 436 aktivieren die jeweiligen LEDs 412 nacheinander entsprechend.
Die Leiterplattenteilanordnung 404 verfügt über drei Analog-Digital-Wandler 438, 439, 440, die in 23 sowie in 15 gezeigt sind. Ein geeigneter Analog-Digital-Wandler ist Katalog-Nr. DDC101 von BURR-BROWN. Wie 15 schematisch zeigt, ist der Wandler 438 mit den Fotodioden 414 elektrisch verbunden, die den Optikteilanordnungen 305 und 306 zugeordnet sind, der Wandler 439 ist mit den Fotodioden 414 elektrisch verbunden, die den Optikteilanordnungen 307 und 308 zugeordnet sind, und der Wandler 440 ist mit den Fotodioden 414 elektrisch verbunden, die den Optikteilanordnungen 304, 309 zugeordnet sind. Zusätzlich ist ein Signalverstärker oder Operationsverstärker 442 (wie z. B. Katalog-Nr. AD795 von Analog Devices) in die elektrische Zuleitung zwischen der Fotodiode 414 der Teilanordnung 309 und dem Wandler 439 eingeschaltet.
Im Gebrauch führt die Steuerung 430 nach Empfang eines bestimmten Signals vom Monitor 432 ein Signal zu einem der Treiber 436, der seinerseits die entsprechende der LEDs 412 aktiviert. Danach bewegt sich Licht von dieser LED 412 durch die benachbarten optischen Fasern der Faserblockanordnung 210 und zum entsprechenden Sensor 28 bis 34, wo es absorbiert wird. Anschließend emittiert der Sensor Licht mit einer unterschiedlichen Wellenlänge. Die emittierte Lichtmenge richtet sich nach der Analytkonzentration (z. B. Kalibrierfluid oder Blut) in der Fluidkammer 18 der Kassette 12. Von solchen Sensoren 28 bis 34 emittiertes Licht wird durch andere optische Fasern der Faserblockanordnung 210 und zu einer der Fotodioden 414 geleitet, und der Wandler 438 bis 440, der mit dieser Diode 414 elektrisch verbunden ist, gibt ein digitales Ausgangssignal ab, das die detektierte Lichtstrommenge repräsentiert. In Übereinstimmung mit einem vorgewählten Zeitverzögerungsintervall liest die Steuerung 430 Daten, die vom entsprechenden Wandler 438 bis 440 empfangen werden, und leitet solche Daten zum Monitor 432 über das Kabel 434 weiter.
Das optische Filter 354 in jeder der optischen Anregungsteilanordnungen 310 bis 312 dient zum Durchlassen im wesentlichen des gesamten Lichts mit Wellenlängen in seinem Durchlaßband und zum Blockieren im wesentlichen des gesamten Lichts mit Wellenlängen, die nicht im Durchlaßband liegen. Die Linse 348 jeder optischen Anregungsteilanordnung 310 bis 312 fokussiert vom optischen Filter 354 abgestrahltes Licht auf die optische Apertur des benachbarten faseroptischen Bündels.
Licht, das von den Sensoren 28 bis 34 emittiert und zu den optischen Emissionsteilanordnungen 304 bis 309 geleitet wird, läuft von der optischen Apertur des benachbarten faseroptischen Bündels zur entsprechenden Linse 348a. Die Linse 348a dient zum Kollimieren und Richten des Lichts entlang der optischen Achse zum benachbarten optischen Filter 354a. Danach fokussiert die zweite Linse 349a das Licht auf die entsprechende, benachbarte Fotodiode 414. Das Filter 354a läßt das meiste Licht mit Wellenlängen im Durchlaßband durch und blockiert im wesentlichen das gesamte Licht mit Wellenlängen außerhalb des Durchlaßbands. Für jeden vorgegebenen Strahlengang wählt das Filter 354 die Lichtwellenlängen aus, die den Fluoreszenzfarbstoff im entsprechenden Sensor 28 bis 34 anregen, und blockiert im wesentlichen alles andere Licht. Das Filter 354a wählt die Lichtwellenlängen aus, die durch den Fluoreszenzfarbstoff emittiert wurden, und blockiert im wesentlichen alles übrige Licht (darunter etwaiges reflektiertes Anregungslicht).
Die Wandler 438 bis 440 wandeln das von den Fotodioden 414 empfangene analoge Signal in einen digitalen Datenstrom um, der die Lichtstrommenge darstellt, die von den Fotodioden 414 erfaßt wird. Die digitalen Daten werden zur Steuerung 430 weitergeleitet, die ihrerseits die Daten zum Monitor 432 sendet.
15 zeigt, daß das von der LED 412 emittierte Licht, das in der Teilanordnung 310 empfangen wird, gleichzeitig zum Sensor 30, zum Sensor 32 und zur Bezugsscheibe 254 benachbart zum Loch 246 geleitet wird. Vom Sensor 30 abgestrahltes Licht wird durch die Fotodiode 414 neben der Teilanordnung 305 detektiert und durch den Wandler 438 in ein digitales Signal umgewandelt. Von der Bezugsscheibe 254 neben dem Loch 246 abgestrahltes Licht wird durch die Fotodiode 414 der Teilanordnung 307 detektiert und durch den Wandler 439 in ein digitales Signal umgewandelt. Vom Sensor 32 durch die Fotodiode 414 benachbart zur Teilanordnung 304 detektiertes Licht wird durch den Wandler 440 in einen digitalen Datenstrom umgewandelt. Der digitale Datenstrom von den drei Wandlern 438 bis 440 wird durch die Steuerung 430 empfangen und zum Monitor 432 weitergeleitet.
Auf etwas ähnliche Weise wird das Licht, das von der LED 412 der Teilanordnung 312 abgestrahlt wird, zum Sensor 34 sowie zur Bezugsscheibe 254 geleitet, die zum Loch 250 benachbart ist. Vom Sensor 34 emittiertes Licht wird durch die Fotodiode 414 neben der Teilanordnung 306 detektiert, und die analoge Ausgabe der Fotodiode 414 wird durch den Wandler 438 in einen digitalen Datenstrom umgewandelt. Gleichzeitig wird Licht, das von der Bezugsscheibe 254 benachbart zum Loch 250 emittiert wird, durch die Fotodiode 414 neben der Teilanordnung 308 detektiert, und das analoge Signal von dieser Fotodiode 414 wird durch den Wandler 439 in einen digitalen Datenstrom umgewandelt.
Ist die LED 412 der Teilanordnung 311 aktiviert, wird Licht gleichzeitig zum Sensor 28 und zur Bezugsscheibe 254 geleitet, die zum Loch 248 benachbart ist. Von der Bezugsscheibe 254 benachbart zum Loch 248 abgestrahltes Licht wird durch die Fotodiode 414 neben der Teilanordnung 308 detektiert, und die analoge Ausgabe der Fotodiode 414 wird durch den Wandler 439 in einen digitalen Datenstrom umgewandelt. Licht, das vom Sensor 28 emittiert wird, wird durch die Fotodiode 414 neben der Teilanordnung 309 detektiert, und die analoge Ausgabe von dieser Fotodiode 414 wird durch den Verstärker 442 verstärkt und zum Wandler 440 geleitet, der das analoge Signal in einen digitalen Datenstrom umwandelt.
Das Schema gemäß 15 ermöglicht den Gebrauch von nur drei Wandlern 438 bis 440, obwohl vier Sensoren (d. h. Sensoren 28 bis 34) und drei Bezugsscheiben 254 verwendet werden, und ermöglicht auch die Verwendung von nur drei LEDs 412. Eine solche zeitgeteilte oder "Multiplex"-Anordnung verringert die Anzahl von Komponenten, die für die elektrische Anordnung 400 benötigt werden, und reduziert auch den Raum, so daß das Gehäuse 200 relativ klein sein kann. Außerdem senkt eine solche Anordnung die Wärmemenge, die ansonsten im Gehäuse 200 erzeugt würde.
Ein schematisches Blockschaltbild des Monitors 432 ist in 24 gezeigt. Der Monitor 432 weist eine Schnittstellenkarte 450 auf, die mit dem Kabel 434 von der elektrischen Teilanordnung 404 verbunden ist. Die Schnittstellenkarte 450 ist mit einer Hilfsplatine 452 elektrisch gekoppelt, die ihrerseits mit einer Primärsteuerung oder einem "SBC" (Einplatinencomputer) 454 verbunden ist. Außerdem führt die Schnittstellenkarte 450 Strom zu den LEDs 412.
Der SBC steuert die Amplitude und Dauer der Impulsansteuerung für die LEDs 412. Der SBC 454 ist mit einer Speicherkarte 456 sowie einer Anzeige 458 verbunden, wie z. B. einer LED-Anzeige. Ein Wechselrichter 460 für die Anzeige 458 ist ebenfalls mit dem SBC 454 verbunden.
Ferner weist der Monitor 432 eine Stromversorgung 462 auf, die mit einer Netzspannungsquelle verbunden ist. Die Stromversorgung 462 ist mit einem Ladegerät 464 elektrisch gekoppelt, das eine Batterie 466 in geladenem Zustand hält. Die Stromversorgung 462 sowie die Batterie 466 sind mit einem Leistungswähler 468 verbunden. Der Monitor 432 weist einen Schalter 470 auf, der beim Schließen Strom zu drei Gleichspannungswandlern 472 sendet. Die Gleichspannungswandler 472 sowie ein Drucker 474 sind beide mit der Hilfsplatine 452 elektrisch gekoppelt.
25 ist eine schematische Darstellung eines kardiopulmonalen Bypasskreislaufs 500, der die zuvor beschriebene Meßvorrichtung 14 und Kassette 12 vorteilhaft verwendet. Der Kreislauf 500 weist eine erste Schlauchlänge 502 mit einem Einlaß auf, der in Kommunikation mit einem venösen Blutgefäß (vorzugsweise der Vena cava) eines Patienten 504 plaziert ist, der operiert wird, z. B. am offenen Herzen. Außerdem weist der Schlauch 502 einen Auslaß auf, der mit einem venösen Beutelreservoir 506 verbunden ist. Ein Kardiotomiereservoir 508 ist ebenfalls mittels einer zweiten Schlauchlänge 510 mit dem venösen Beutelreservoir 506 verbunden.
Weiterhin verfügt der Kreislauf 500 über eine dritte Schlauchlänge 512 mit einem Einlaß, der mit einem Auslaßanschluß des venösen Beutelreservoirs 506 verbunden ist. Die dritte Schlauchlänge 506 hat einen Auslaß, der mit einer Peristaltik- oder Zentrifugalpumpe 514 verbunden ist.
Die Pumpe 514 hat einen Auslaß, der mit einem Einlaß einer vierten Schlauchlänge 516 gekoppelt ist. Die vierte Schlauchlänge 516 hat einen Auslaß, der mit einem Einlaßanschluß eines Oxygenators 518 gekoppelt ist. Der Oxygenator 518 hat einen Auslaßanschluß, der mit einem Einlaß einer fünften Schlauchlänge 520 verbunden ist.
Die fünfte Schlauchlänge 520 hat einen Auslaß. der mit einem Einlaßanschluß eines arteriellen Filters 522 kommuniziert. Ein Auslaßanschluß des arteriellen Filters 522 ist mit einem Einlaß einer sechsten Schlauchlänge 523 verbunden. Die sechste Schlauchlänge 523 hat ebenfalls einen Auslaß, der mit einem arteriellen Blutgefäß (vorzugsweise der Aorta) des Patienten 504 verbunden ist.
Der kardiopulmonale Bypasskreislauf 500 weist auch einen Nebenschluß- bzw. Shuntdurchgang 524 auf. In der Ausführungsform gemäß 25 weist der Shuntdurchgang 524 eine sechste Schlauchlänge 526 mit einem Einlaß auf, der mit einem Auslaß anschluß des arteriellen Filters 522 verbunden ist. Die sechste Schlauchlänge 526 hat ferner einen Auslaß, der mit einem Einlaßanschluß einer Blutparameter-Meßkassette verbunden ist, wie z. B. der Kassette 12 gemäß 1 bis 7. Als Beispiel kann die sechste Schlauchlänge 526 die gleiche wie der Schlauch 54 gemäß 5 sein.
Ferner weist der Shuntdurchgang 524 eine siebente Schlauchlänge 528 mit einem Einlaß auf, der mit einem Auslaßanschluß der Kassette 12 verbunden ist. Die siebente Schlauchlänge 528 ist optional die gleiche wie der Schlauch 64, der in 5 gezeigt ist. Die siebente Schlauchlänge 528 hat auch einen Auslaßanschluß, der mit einem Einlaßanschluß eines Beprobungsanschlusses 530 verbunden ist.
Weiterhin weist der Shuntdurchgang 524 eine achte Schlauchlänge 532 mit einem Einlaß auf, der mit einem Auslaßanschluß des Beprobungsanschlusses 530 gekoppelt ist. Die achte Schlauchlänge 532 hat einen Auslaß, der mit dem Einlaßanschluß des venösen Beutelreservoirs 506 in der Ausführungsform gemäß 25 verbunden ist. Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, kann der Shuntdurchgang 524 optional ein Ventil aufweisen, um den Blutdurchgang durch die Schläuche 526, 528 und 532 zu begrenzen oder zu unterbrechen.
Die Durchgänge in den flexiblen Schläuchen 502, 510, 512 und 516 sowie im Kardiotomiereservoir 508, dem venösen Beutelreservoir 506 und der Pumpe 514 weisen einen venösen Durchgang auf. Die Durchgänge in den Schläuchen 520, 523 sowie im arteriellen Filter 522 stellen einen arteriellen Durchgang dar. Der Auslaß des Shuntdurchgangs 524 (d. h. der Auslaß der achten Schlauchlänge 532 in der Ausführungsform gemäß 25) kann an einer beliebigen einer Anzahl unterschiedlicher Stellen entlang dem venösen Durchgang plaziert sein und ist darstellungsgemäß lediglich exemplarisch mit dem Einlaßanschluß des venösen Beutelreservoirs 506 verbunden. Vorzugsweise ist der Auslaß des Shuntdurchgangs 524 im venösen Durchgang stromaufwärts von der Pumpe 514 plaziert, damit Blut den Shuntdurchgang 524 durchströmen kann, ohne daß eine Hilfspumpe nötig ist.
Der Einlaß des Shuntdurchgangs 524 (d. h. der Einlaß der sechsten Schlauchlänge 526 in der Ausführungsform gemäß 25) ist vorzugsweise in Kommunikation mit dem arteriellen Durchgang an einer beliebigen einer Anzahl unterschiedlicher Stellen entlang davon plaziert und ist stärker bevorzugt mit einem Auslaßanschluß des arteriellen Filters 522 gemäß 25 verbunden. Als weitere Option kann aber der Einlaß des Shuntdurchgangs 524 entlang dem venösen Durchgang liegen, vorzugsweise an einer Stelle stromabwärts von der Pumpe 514.
Im Kreislauf 500 gemäß 25 leitet der Shuntdurchgang 524 einen Teil des den arteriellen Durchgang durchströmenden Patientenbluts ab und führt den abgeleiteten Teil zurück zum venösen Durchgang. Vorteilhaft vermeidet die Plazierung der Kassette 12 mit ihren Sensoren 28 bis 34 entlang der Länge des Shuntdurchgangs 524 die Notwendigkeit, die Kassette 12 in Reihe mit dem venösen Durchgang oder dem arteriellen Durchgang zu plazieren, ermöglicht aber, daß sich Blut bei Bedarf ständig kontinuierlich an den Sensoren 28 bis 34 vorbeibewegen kann. Außerdem kann der Shuntdurchgang 524 während eines chirurgischen Eingriffs bei Bedarf mit dem venösen und arteriellen Durchgang verbunden oder davon getrennt werden, ohne den Blutfluß durch den venösen Durchgang und arteriellen Durchgang zum Patient 504 zu unterbrechen.
Im Gegensatz dazu verfügten herkömmliche kardiopulmonale Bypasskreisläufe mit Blutgas-Überwachungsvorrichtungen normalerweise über eine Durchflußkassette oder -zelle, die in den venösen oder arteriellen Durchgang eingeschaltet ist und einen oder mehrere Sensoren zur Bestimmung von Parametern von Blut hat, das die Zelle durchströmt. Da aber die Durchflußzelle in Reihe mit dem venösen und arteriellen Durchgang geschaltet ist, muß die Zelle mit dem venösen oder arteriellen Durchgang verbunden werden, bevor Blut durch den Bypasskreislauf geleitet wird, was ein Nachteil in bestimmten Fällen ist. Eine solche Anordnung schließt auch effektiv die Möglichkeit aus, die Zelle auszutauschen, wenn z. B. eines oder mehrere der Sensoren defekt sind.
Vorzugsweise hat der Shuntdurchgang 524 eine mittlere Querschnittfläche in Bezugsebenen senkrecht zum Blutfluß, die kleiner als die mittlere Querschnittfläche des venösen und/oder des arteriellen Durchgangs in Bezugsebenen senkrecht zum Blutfluß ist. Beispielsweise kann der Shuntdurchgang 524 mit den Schläuchen 526, 528 und 532 einen Innendurchmesser von 0,125 Inch (3,2 mm) haben, während der venöse und arterielle Durchgang mit den Schläuchen 502, 512, 516, 520 und 523 einen mittleren Innendurchmesser im Bereich von etwa 0,25 Inch (6,3 mm) bis etwa 0,5 Inch (12,7 mm) haben können. Durch die kleinere Innenfläche des Shuntdurchgangs 524 lassen sich relativ kleine Schlauchgrößen verwenden, die jederzeit leicht am venösen und arteriellen Durchgang angeschlossen oder davon getrennt werden können, ohne den Blutfluß durch den venösen und arteriellen Durchgang übermäßig zu unterbrechen. Zum Beispiel kann der Shuntdurchgang 524 mit dem venösen und arteriellen Durchgang eine gewisse Zeit nach Beginn des Blutflusses durch den letzteren verbunden werden, was im Operationssaal erwünscht sein kann, nachdem der Patient aus der Operationsvorbereitung eingetroffen ist und der arterielle und venöse Durchgang installiert und in Gebrauch sind.
Vorteilhaft ist der Shuntdurchgang 524 ferner dahingehend, daß der Beprobungsanschluß 530 in enger Nähe zur Kassette 12 plaziert sein und dazu beitragen kann zu gewährleisten, daß die aus dem Beprobungsanschluß 530 entnommenen Blutproben mit der Messung der Blutkennwerte besser korrelieren, die durch die Kassette 12 und die Meßvorrichtung 14 bestimmt werden. Diese Anordnung vermeidet auch, daß eine Spritze oder andere Vorrichtung nötig ist, um Blutproben aus dem Beprobungsanschluß zu entnehmen, so wie dies bei vielen herkömmlichen kardiopulmonalen Bypasskreisläufen der Fall ist.
Die Kassette 12 und die Vorrichtung 14 können auch in einer Anwendung zum Einsatz kommen, die kein kardiopulomonaler Bypass-Shunt ist. Zum Beispiel könnte auf einer Intensivstation oder in einer anderen intensivmedizinischen Einrichtung ein arterieller-venöser Shuntdurchgang aufgebaut sein, indem mit relativ kleinem Durchmesser versehene Schläuche (z. B. 0,125 Inch (3,1 mm) bis 0,19 Inch (4,8 mm) Außendurchmesser) mit einem arteriellen Blutgefäß und einem venösen Blutgefäß mit Hilfe herkömmlicher Kanüliertechniken verbunden werden. Dann würde Blut aufgrund der arteriellen-venösen Druckdifferenz die Schläuche durchfließen. Eine mit den Schläuchen verbundene Kassette, z. B. die Kassette 12, käme zur Überwachung eines oder mehrerer Parameter des Bluts zum Einsatz.
Vorteilhaft ist die Längsachse der Meßvorrichtung 14 und insbesondere die Längsachse des Gehäuses 200 allgemein parallel und vorzugsweise parallel zur Blutflußrichtung durch die Fluidkammer 18 der Kassette 12. Ein solcher Aufbau bildet eine kompakte Anordnung und reduziert weiter die Wahrscheinlichkeit von Wirbelströmen oder anderen Störungen im Blutfluß, die sonst die Gerinnung des Bluts erleichtern könnten. Besonders nützlich ist die Parallelanordnung, wenn die Kassette 12 und die Meßvorrichtung 14 in der Umgebung des Patientenkörpers plaziert sind.
26 ist eine schematische Darstellung eines kardiopulmonalen Bypasskreislaufs 500a gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In 25 und 26 sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnete Elemente identisch, weshalb diese Elemente nicht erneut näher beschrieben zu werden brauchen. Allerdings hat der kardiopulmonale Bypasskreislauf 500a von 26 einen Shuntdurchgang 524a, der sich vom Shuntdurchgang 524 etwas unterscheidet.
Insbesondere verfügt der Shuntdurchgang 524a über eine sechste Schlauchlänge 526a mit einem Einlaß, der mit dem arteriellen Filter 522 verbunden ist, und einem Auslaß, der mit einem Beprobungsanschluß 530a verbunden ist. Der Shuntdurchgang 524a verfügt auch über eine siebente Schlauchlänge 528a mit einem Einlaß, der mit dem Beprobungsanschluß 530a verbunden ist, und einem Auslaß, der mit der Kassette 12 verbunden ist. Eine achte Schlauchlänge 532a des Shuntdurchgangs 524a hat einen Einlaß, der mit der Kassette 12 verbunden ist, und einen Auslaß, der mit dem Kardiotomiereservoir 508 verbunden ist.
Ferner verfügt der kardiopulmonale Bypasskreislauf 500a über eine neunte Schlauchlänge 534a mit einem Einlaß, der mit einem Einlaß des venösen Beutelreservoirs 506 verbunden ist, und einem Auslaß, der mit dem Beprobungsanschluß 530a verbunden ist. Eine Pumpe 536a ist in die neunte Schlauchlänge 534a eingeschaltet, um Blut aus dem venösen Beutelreservoir 506 durch die neunte Schlauchlänge 534a und zum Beprobungsanschluß 530a zu leiten.
Der Beprobungsanschluß 530a weist Ventile auf, um den Blutfluß von der sechsten Schlauchlänge 526a oder der neunten Schlauchlänge 534a selektiv zu unterbrechen. Beispielsweise können die Ventile des Beprobungsanschlusses 530a so eingestellt sein, daß Blut durch die sechste Schlauchlänge 526a und zur Kassette 12 fließen kann und der Blutfluß in der neunten Schlauchlänge 534a unterbrochen ist, so daß die Sensoren 28 bis 34 der Kassette 12 verwendet werden können, die Parameter von arteriellem Blut zu überwachen. Als weitere Option können die Ventile des Beprobungsanschlusses 530a so eingestellt sein, daß der Blutfluß durch die sechste Schlauchlänge 526a unterbrochen und der Blutfluß durch die neunte Schlauchlänge 534a und zur Kassette 12 möglich ist, so daß die Sensoren 28 bis 34 verwendet werden können, die Parameter von venösem Blut zu überwachen. Durch eine solche Anordnung vermag der Benutzer, alternativ sowohl venöse als auch arterielle Blutparameter zu überwachen, ohne zwei Kassetten und Meßvorrichtungen zu benötigen.
Eine weitere alternative Anordnung ist in 27 schematisch gezeigt, die einen kardiopulmonalen Bypasskreislauf 500b veranschaulicht. Die Komponenten in 25 und 27, die die gleichen Bezugszahlen tragen, sind identisch und brauchen daher nicht nochmals näher beschrieben zu werden. Jedoch weist der kardiopulmonale Bypasskreislauf 500b einen Shuntdurchgang 524b auf, der sich von den zuvor beschriebenen Shuntdurchgängen 524, 524a etwas unterscheidet.
Insbesondere verfügt der Shuntdurchgang 524b über eine sechste Schlauchlänge 526b mit einem Einlaß, der mit einem Auslaß des arteriellen Filters 522 verbunden ist, und einem Auslaß, der mit dem Einlaß der Kassette 12 verbunden ist. Eine siebente Schlauchlänge 528b des Shuntdurchgangs 524b hat einen Einlaß, der mit dem Auslaßverbinder 62 der Kassette 12 verbunden ist, und einen Auslaß, der mit einem Einlaßanschluß eines Beprobungsanschlusses 530b verbunden ist. Eine achte Schlauchlänge 532b des Shuntdurchgangs 524b hat einen Einlaß, der mit einem Auslaßanschluß des Beprobungsanschlusses 530b verbunden ist, und einen Auslaß, der mit dem Kardiotomiereservoir 508 verbunden ist.
Zusätzlich verfügt der Shuntdurchgang 524b über eine neunte Schlauchlänge 534b mit einem Einlaß, der mit einem Einlaßanschluß des venösen Beutelreservoirs 506 verbunden ist, und einem Auslaß, der mit einem Einlaßanschlußstück einer zweiten Kassette 12a verbunden ist. Optional ist die zweite Kassette 12a mit der ersten Kassette 12 identisch. Die zweite Kassette 12a hat einen Auslaßverbinder (wie z. B. den Luer-Verbinder 62 gemäß 5), der mit einem Einlaß einer zehnten Schlauchlänge 538b verbunden ist. Die zehnte Schlauchlänge 538b hat einen Auslaß, der mit einem Einlaß des Beprobungsanschlusses 530b verbunden ist. Eine Pumpe 536b ist in die zehnte Schlauchlänge 538b eingeschaltet, um Blut vom Einlaß des venösen Beutelreservoirs 506 zum Beprobungsanschluß 530b zu leiten.
Durch den kardiopulmonalen Bypasskreislauf 500b, der in 27 gezeigt ist, kann der Benutzer Blutkennwerte gleichzeitig sowohl im arteriellen als auch im venösen Durchgang überwachen. Als Alternative zu den Kreisläufen 500a, 500b geqmäß 26 bzw. 27 kann der Einlaß der neunten Schlauchlänge 534a, 534b mit der vierten Schlauchlänge 516 verbunden sein, und in solchen Fällen reicht der durch die Pumpe 514 bereitgestellte Druck vorzugsweise aus, den Blutfluß durch den Schlauch 534a, 534b zu leiten, ohne daß die Pumpen 536a, 536b notwendig sind.
Wie der Shuntdurchgang 524 haben die Shuntdurchgänge 524a, 524b vorzugsweise eine mittlere Querschnittfläche in Bezugsebenen senkrecht zum Blutfluß, die kleiner als die mittlere Querschnittfläche des venösen oder arteriellen Durchgangs ist, betrachtet man sie in Bezugsebenen senkrecht zum Blutfluß. Die Shuntdurchgänge 524a, 524b lassen sich zweckmäßig an den Kreisläufen 500a bzw. 500b anbringen oder davon lösen, ohne den Blutfluß zu unterbrechen, der den arteriellen und venösen Durchgang durchströmt.
Eine Kassette 12a gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in 28 bis 31 gezeigt und verfügt allgemein über einen Kassettenkörper 15a, der in 28 und 29 allein dargestellt ist, und eine Kassettenverkleidung 16a, die in 30 allein gezeigt ist. Der Körper 15a verfügt über ein Mittelstützteil 17a zum Anordnen eines oder mehrerer Sensoren, die geeignet sind, einen oder mehrere Parameter in einem Fluid, z. B. Blut, zu erfassen. In der Ausführungsform gemäß 28 und 29 trägt das Stützteil 17a vier Sensoren 28 bis 34, die mit den im Zusammenhang mit der Kassette 12 beschriebenen Sensoren 28 bis 34 identisch sind, wenngleich hierbei verständlich sein sollte, daß unterschiedliche Sensoren oder eine kleinere oder größere Anzahl von Sensoren alternativ vorgesehen sein könnten.
Die Sensoren 28 bis 34 des Kassettenkörpers 15a liegen in einer ovalförmigen Aussparung 26a, die von einer Einfassung 40a umgeben ist. Ein Keil 42a ist mit einer Seitenwand der Einfassung 40a gemäß 28 einstückig verbunden. Die Aussparung 26a, die Einfassung 40a und der Keil 42a haben eine ähnliche Konfiguration wie die Aussparung 26, die Einfassung 40 und der Keil 42, die zuvor beschrieben wurden, um den Vorsprung 216 der Meßvorrichtung 14 bei Bedarf gepaart und lösbar zu koppeln.
Ferner weist der Kassettenkörper 15a eine erste Aufsteckkopplung 44a zum abnehmbaren Verbinden mit der Aufnahmekopplung 202 der Meßvorrichtung 14 auf. Die Kopplung 44a hat eine konvexe, allgemein U-förmige Konfiguration in Bezugsebenen senkrecht zu einer Achse, die sich durch die Mitte der vier Sensoren 28 bis 34 erstreckt. Die Kopplung 44a weist gegenüberliegende Fußabschnitte 46a auf, die sich vom Körper 15a in einer Richtung erstrecken, die von der Richtung wegweist, in der sich die Einfassung 40 nach außen erstreckt. Jeder Fußabschnitt 46a weist drei Stützteilstücke mit flachen, koplanaren Außenflächen 47a auf, die zum Kontakt mit der Kopplung 202 geeignet sind. Vorzugsweise laufen die Außenflächen 47a der gegenüberliegenden Fußabschnitte 46a bei Annäherung an den Körper 15a zusammen und erstrecken sich entlang von Bezugsebenen, die in einem Winkel im Bereich von etwa 28 Grad bis etwa 32 Grad relativ zueinander orientiert sind. Stärker bevorzugt erstrecken sich die Außenflächen 47a entlang jeweiliger Bezugsebenen, die in einem Winkel von etwa 30 Grad relativ zueinander orientiert sind.
Ein Flansch 48a ist mit dem Außenende jedes Fußabschnitts 46a einstückig verbunden. Die Flansche 48a liegen in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur o. g. Achse verläuft, die sich durch die Mitte der vier Sensoren 28 bis 34 erstreckt. Die Fußabschnitte 46a sind etwas flexibel und können unter dem Einfluß von Fingerdruck geringfügig zueinander bewegt werden, haben aber auch ausreichendes Formgedächtnis, um schnell und wiederholt in ihre ursprüngliche, normale Orientierung gemäß den Zeichnungen zurückzukehren, sobald Fingerdruck wegfällt.
Ein äußerer Mittelbereich jedes Fußabschnitts 46a ist mit einem keilförmigen Ansatz 50a einstückig verbunden. Die Ansätze 50a erstrecken sich voneinander weg und von den jeweiligen Fußabschnitten 46a nach außen entlang jeweiliger Bezugsebenen, die in einem Winkel von etwa 80 Grad relativ zueinander orientiert sind. Zusätzlich erstreckt sich eine distale Kante jedes Ansatzes 50a in einer Bezugsebene, die in einem Winkel von 25 Grad relativ zur Verlaufsrichtung der Flansche 48a orientiert ist. Äußerste Kanten der Ansätze 50a sind relativ zu benachbarten Bereichen der jeweiligen Fußabschnitte 46a nach außen beabstandet und liegen in einer gemeinsamen Bezugsebene, die zwischen dem Körper 15a und der o. g. Bezugsebene liegt, die die Flansche 48a enthält.
Zusätzlich haben die Fußabschnitte 46a jeweils zwei rechteckige Öffnungen 49a, die zwischen dem Körper 15a und den Ansätzen 50a liegen und vorzugsweise eng benachbart zum Körper 15a liegen. Weiterhin hat der Kassettenkörper 15a eine Nut 51a gemäß 29 zum Aufnehmen eines O-Rings 51a, der nur in 31 dargestellt ist.
Die Kassettenverkleidung 16a, die in 30 allein dargestellt ist, hat Wände, die eine Kammer 18a, einen Einlaß 53a zum Einlassen eines Fluids, wie z. B. Blut, in die Kammer 18a und einen Auslaß 55a zum Abgeben von Fluid aus der Kammer 18a bilden. Die Verkleidung 16a hat eine Seitenöffnung 19a, die von einer Wand 61a umgeben ist und sich in die Kammer 18a erstreckt. Außerdem weist die Verkleidung 16a ein Paar längliche Flügel 57a auf, die sich in einer von der Kammer 18a wegführenden Richtung nach außen erstrecken. Zwei Rasten oder Laschen 59a, die jeweils eine vorspringende, keilförmige Konfiguration haben, sind mit jedem Flügel 57a an einer Stelle neben der Kammer 18a verbunden.
Die Flügel 57a sind etwas flexibel und können unter dem Einfluß von Fingerdruck leicht zueinander bewegt werden, haben aber auch ausreichendes Formgedächtnis, um schnell und wiederholt in ihre ursprüngliche, normale Orientierung gemäß den Zeichnungen zurückzukehren, sobald Fingerdruck wegfällt. Vorzugsweise sind der Kassettenkörper 15a und die Kassettenverkleidung 16a jeweils als anfangs getrennte Stücke aus einem Kunststoffmaterial spritzgegossen, wie z. B. aus relativ klarem Polycarbonat medizinischer Güte.
Die Laschen 59a der Verkleidungsflügel 57a und die Öffnungen 49a des Kassettenkörpers 15a bilden einen Verbinder zum abnehmbaren Koppeln der Verkleidung 16a mit dem Körper 15a. Der Körper 15a und die Verkleidung 16a sind in 31 miteinander gekoppelt gezeigt, in der zu beobachten ist, daß jede der Laschen 59a in einer jeweiligen der Öffnungen 49a aufgenommen ist, um die Verkleidung 16a sicher mit dem Körper 15a zu koppeln. Ist die Verkleidung 16a so mit dem Körper 15a verbunden, greift der O-Ring 51a (31) in die Wand 61a (30) der Verkleidung 16a ein, um die Öffnung 19a zu schließen und eine gegen Fluidaustritt beständige Dichtung zwischen dem Körper 15a und der Verkleidung 16a zu bilden.
Vorteilhaft fungiert die keilförmige Konfiguration der Laschen 59a als Nocke, um die jeweiligen Flügel 57a nach innen und in einer Richtung zueinander abzulenken, wenn die Laschen 59a über die Innenflächen der Fußabschnitte 46a beim Koppeln der Verkleidung 16a mit dem Körper 15a gleiten. Daher kann der Benutzer die Verkleidung 16a sicher mit dem Körper 15a koppeln, indem er auf die Verkleidung 16a benachbart zur Fluidkammer 18a drückt, und der Benutzer braucht nicht die Flügel 57a zusammenzudrücken. Sobald die Außenkanten der Laschen 59a über die Außenseiten der Öffnungen 49a hinweg be wegt sind, bewirkt die Eigenelastizität der Flügel 57a, daß die Laschen 59a in die Öffnungen 49a einrasten. Allerdings kann die Verkleidung 16a bei Bedarf vom Körper 15a abgenommen werden, indem die Flügel 57a zueinander gedrückt werden, bis die Außenkanten der Laschen 59a die Öffnungen 49a verlassen, und dann die Verkleidung 16a vom Körper 15a wegbewegt wird.
31 zeigt auch die Verbindung der Kassette 12a mit der Aufnahmekopplung 202 der zuvor beschriebenen Meßvorrichtung 14. Die Ansätze 50a rasten in jeweilige Nuten 208 der Kopplung 202 ein, wenn die Kassette 12a zur Meßvorrichtung 14 bewegt wird. In dieser Hinsicht ähneln die Ansätze 50a in Funktion und Betrieb den Ansätzen 50 und sorgen für eine einrastende Verbindung, um die Kassette 12a mit der Meßvorrichtung 14 lösbar zu koppeln. Soll die Kassette 12a von der Meßvorrichtung 14 abgenommen werden, werden die Flansche 48a durch Fingerdruck zueinander nach innen bewegt, bis die Ansätze 50a die Nuten 208 verlassen, wonach die Kassette 12a von der Aufnahmekopplung 202 entfernt werden kann.
Ansonsten ähnelt die Kassette 12a in Aufbau und Funktion der Kassette 12. Zum Beispiel wird die Kassette 12a für Kalibrierzwecke verwendet und kann bei Bedarf auch zur Überwachung von Blutparametern zum Einsatz kommen. Als weiteres Beispiel sind Innenwände der Kassette 12a, die die Kammer 18a bilden, vorzugsweise mit einer hydrophilen Oberfläche versehen, wie z. B. einer Heparinbeschichtung. Auch die Kammer 18a weist vorzugsweise Kammerabschnitte auf, die den zuvor beschriebenen Abschnitten 20, 22, 24 und 25 ähneln.
Zusätzlich können verschiedene Anschlußstücke und Verbinder mit dem Einlaß 53a und dem Auslaß 55a zum Verbinden mit Schläuchen gekoppelt sein. Alternativ kann eine solche Kappe wie die Kappe 56 mit dem Auslaßanschluß 55a gekoppelt sein, und eine Gasfilteranordnung ähnlich wie die Filteranordnung 66 kann mit dem Einlaß 53a gekoppelt sein. Mit einer solchen Anordnung kann der Benutzer die Sensoren 28 bis 34 ähnlich wie im zuvor für die Kassette 12 beschriebenen Verfahrensablauf kalibrieren.
Die Kassettenverkleidung 16a hat einen relativ kleinen Innendurchmesser und wird bei der Kalibrierung verwendet. Op tional kann die Verkleidung 16a auch verwendet werden, wenn die Kassette 12a Teil eines Shuntdurchgangs bildet, z. B. des Shuntdurchgangs 524, 524a, 524b in 25 bis 27. Eine alternative Kassettenverkleidung 16b ist in 32 und 33 gezeigt und ist von Nutzen, wenn die Kassette 12a als Durchflußzelle zur Erfassung in einem arteriellen oder venösen Durchgang verwendet werden soll. Zum Beispiel kann die Verkleidung 16b einen Einlaß 53b und einen Auslaß 55b haben, der geeignet ist, flexiblen Schlauch mit einem Nenninnendurchmesser von 0,5 Inch (12,5 mm) aufzunehmen.
Die Verkleidung 16b weist vier keilförmige Rasten oder Laschen 59b auf, die paarweise entlang entgegengesetzter Seiten einer ovalförmigen Öffnung 19b liegen. Die Laschen 59b haben die gleiche räumliche Beziehung zueinander wie die zuvor beschriebenen Laschen 59a und sind geeignet, in die Öffnungen 49a des Kassettenkörpers 15a einzurasten, wenn die Verkleidung 16b mit dem Körper 15a verbunden wird. Da aber die Laschen 59b nicht mit solchen Flügeln wie den Flügeln 59a gekoppelt sind, dienen die Laschen 59b zum Verbinden der Verkleidung 16b mit dem Körper 15a auf im wesentlichen permanente Weise, weshalb sich das Gehäuse 16b nicht ohne weiteres vom Körper 15a abnehmen läßt, sobald sie miteinander gekoppelt sind.
Die Verkleidung 16b hat eine Innenfluidkammer 18b mit einer Seitenöffnung 19b. Eine ovalförmige Membran 61b erstreckt sich über die Öffnung 19b und ist mit einem ovalförmigen Steg 63b verbunden. Die Membran 61b ist mit dem Steg 63b durch Ultraschallschweißen oder Verkleben verbunden. Hergestellt ist die Membran 61b aus Material mit einer Folge kleiner Perforationen, wie z. B. aus 0,005 Inch (0,12 mm) spurgeätztem Polycarbonat.
Mit Ausnahme der der Membran 61b ist die Kassettenverkleidung 16b mit Hilfe zweier anfangs getrennter Stücke hergestellt: ein erstes Stück 65b und ein zweites Stück 67b gemäß 33 . Das erste und zweite Stück 65b, 67b sind z . B. durch ein Ultraschallschweiß- oder ein Klebeverfahren zusammengefügt.
34 ist eine Endquerschnittansicht durch die Verkleidung 16b, den Körper 15a und die Aufnahmekopplung 202 der Meßvorrichtung 14. Wie aus 34 hervorgeht, ist die Konfiguration der Fluidkammer 18b in der Umgebung der Sensoren 28 bis 34 allgemein ovalförmig, was ein Vorteil ist, da eine etwas größere Kammerfläche in den Begrenzungen der Fußabschnitte 46a vorgesehen sein kann. Die Querschnittfläche des allgemein ovalförmigen Abschnitts der Fluidkammer 18b gemäß 34 ist etwa gleich und vorzugsweise gleich der kreisförmigen Querschnittfläche des Einlasses 53b und des Auslasses 55b. Außerdem bilden Wandteilstücke, die die Fluidkammer 18b abgrenzen, auch vorzugsweise einen glatten Übergang zwischen den kreisförmigen Querschnittflächen und der mittleren, allgemein ovalförmigen Fläche, um übermäßige Störung des Blutflusses durch die Kammer 18b zu vermeiden.
35 und 36 zeigen eine Kappe 69b, die zur Verwendung mit der Verkleidung 16b geeignet ist. Die Kappe 69b weist ein mittleres, allgemein ovalförmiges Teil 71b auf, das geeignet ist, sich über die Membran 61b zu erstrecken und sie solange zu schützen, bis die Verkleidung 16b mit dem Körper 15a verbunden ist. Vorzugsweise hat das Teil 71b eine Form mit komplementärer Konfiguration zur Membran 61b, wenn die Membran 61b an der Verkleidung 16b befestigt ist. Außerdem hat die Kappe 69b eine Nut 73b, um einen O-Ring (nicht gezeigt) zum Dichtungseingriff mit der Verkleidung 16b zu tragen, damit eine hermetische Abdichtung über die Membran 61b hergestellt ist.
Die Kappe 69b weist ein Paar flexible Flügel 75b auf, von denen jeder ein Paar rechtwinklige Öffnungen 77b gemäß 35 hat. Wird die Kappe 69b auf die Verkleidung 16b gedrückt, ergreifen die Flügel 75b die keilförmigen Laschen 59b und biegen sich nach außen in einer voneinander wegführenden Richtung. Sobald die Laschen 59b in eine Position benachbart zu jeweiligen Öffnungen 77b bewegt sind, bewirkt die Eigenelastizität der Flügel 75b, daß die Flügel 75b selbst in ihre normale Orientierung gemäß 35 und 36 zurückkehren, um die Kappe 69b sicher mit der Verkleidung 16b zu koppeln. Die Kappe 69b läßt sich bei Bedarf leicht von der Verkleidung 16b abnehmen, indem die Flügel 75b in eine Richtung zueinander gedrückt werden, bis die Laschen 59b die Öffnungen 77b freimachen, und dann die Kappe 69b von der Verkleidung 16b wegbewegt wird.
Exemplarisch zeigen 37 und 38 zwei andere Verkleidungen zum Gebrauch mit dem Körper 15a. Zum Beispiel weist in 37 eine Verkleidung 16c ein erstes Stück 65c und ein zweites Stück 67c auf, die zusammen mit dem Kassettenkörper 15a eine Fluidkammer 18c bilden. Die Fluidkammer 18c hat eine allgemein kreisförmige Querschnittfläche über ihre gesamte Länge. Da die Kammer 18c eine kleinere Fläche als z. B. die Querschnittfläche der Kammer 18b gemäß 34 hat, entfällt die Notwendigkeit eines ovalförmigen Mittelabschnitts der Kammer 18c. Ansonsten ähnelt die Verkleidung 16c der Verkleidung 16b. Zum Beispiel hat die Verkleidung 16c eine Membran ähnlich wie die Membran 61b.
Als Beispiel für den Gebrauch der Kassette 12a wird der Körper 15a vorzugsweise mit der Verkleidung 16a gekoppelt und dann in einer solchen miteinander gekoppelten Beziehung zum Benutzer versandt. Zusätzlich ist eine Gasfilteranordnung, wie z. B. die Anordnung 66 (siehe z. B. 5), mit der Kassette 12a zusammen mit einem Anschlußstück und einer Kappe verbunden, wie z. B. dem Anschlußstück 56 und der Kappe 78 (siehe z. B. 6). Danach verbindet der Benutzer die Gasfilteranordnung mit einer Kalibriergasquelle und löst die Kappe. Anschließend wird das Kalibriergas durch die Fluidkammer 18a auf die zuvor im Hinblick auf die Kalibrierung der Kassette 12 beschriebene Weise geleitet.
Sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist, wird die Verkleidung 16a vom Körper 15a entfernt, indem die Flügel 57a zueinander gedrückt werden. Hierbei bleibt der Körper 15a vorzugsweise mit der Kopplung 202 der Meßvorrichtung 14 verbunden. Als nächstes wird die Kappe 69b von der ausgewählten Verkleidung 16b oder 16c entfernt. Soll z. B. die Kassette 12a in einem arteriellen oder einem venösen Durchgang verwendet werden, der Schlauchlängen mit einem Nenninnendurchmesser von 0,5 Inch (12,5 mm) hat, wird die Verkleidung 16b mit dem Körper 15a auf die in 34 gezeigte Weise verbunden. So bald das Verfahren abgeschlossen ist, wird der Körper 15a mit der Verkleidung 16b von der Kopplung 202 entfernt und entsorgt. Soll andererseits die Kassette 12a in einem kleineren Durchgang verwendet werden, wird die Verkleidung 16c mit dem Körper 15a auf die in 37 gezeigte Weise gekoppelt.
Vorteilhaft ermöglicht die Membran 61b dem Benutzer, die Verkleidung 16b mit einem arteriellen oder venösen Durchgang zu verbinden, bevor der Körper 15a mit der Verkleidung 16b gekoppelt wird. Infolgedessen kann die Verkleidung 16b verwendet werden, Fluid durch den arteriellen und venösen Durchgang zu führen, ohne den Blutfluß zu unterbrechen, um die Überwachung zu beginnen.
Die Kassettenanordnung gemäß 38 weist den zuvor erwähnten Körper 15a auf, aber in diesem Fall ist der Körper 15a mit einer Verkleidung 16d gekoppelt, die vorteilhaft eine einteilige, einzelne Komponente mit Ausnahme einer Membran ist, die der Membran 61b ähnelt. Die Querschnittfläche einer Fluidkammer 18d der Kassette 12a gemäß 38 ist im wesentlichen die gleiche wie die Fläche der Fluidkammer 18a gemäß 31, weshalb die Kassette 12a in der Darstellung mit der Verkleidung 16d in 38 zweckmäßig zur Verwendung mit einem Shuntdurchgang geeignet ist, wie z. B. dem Shuntdurchgang 524 in 25 bis 27. Die Verkleidung 16d ist in Fällen von Nutzen, in denen z. B. der Hersteller eine einzelne Einheit versenden will, die sowohl zur Kalibrierung als auch zur Blutüberwachung verwendet wird und keine Flügel (wie z. B. Flügel 57a in 31) hat, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, daß sich der Körper 15a im Gebrauch von der Verkleidung 16d löst. Ansonsten ähnelt die Verkleidung 16d den Verkleidungen 16b, 16c und hat u. a. Laschen ähnlich wie die Laschen 59b zum Koppeln der Verkleidung 16d mit dem Körper 15a. Außerdem kann die Versandkappe 69b bei Bedarf mit den Verkleidungen 16c, 16d zum Einsatz kommen.

Claims

Kassette (12) zum Messen eines oder mehrerer Blutparameter mit: einer Verkleidung (16) mit Wänden, die eine Kammer (18) zum Aufnehmen einer Blutmenge bilden; mindestens einem Sensor (28, 30, 32, 34), der mit der Verkleidung (16) benachbart zur Kammer (18) verbunden ist, zum Erfassen mindestens eines Parameters des Bluts in der Kammer (18); und einem Verbinder zum lösbaren Koppeln der Verkleidung (16) mit einem Gehäuse einer Blutparameter-Meßvorrichtung, wobei der Verbinder eine erste Kopplung aufweist, die mit der Verkleidung (16) verbunden ist, wobei die erste Kopplung eine allgemein U-förmige Konfiguration hat und mindestens einen flexiblen Fußabschnitt (46) mit einem sich nach außen erstreckenden Ansatz (50) aufweist.
Kassette (12) nach Anspruch 1, wobei die erste Kopplung (44) ein Mittelteilstück und zwei Fußabschnitte (46) aufweist, die sich vom Mittelteilstück weg erstrecken, wobei die Fußabschnitte (46) jeweils mindestens eine Außenfläche (47) aufweisen, wobei sich die mindestens eine Außenfläche (47) eines der Fußabschnitte (46) und die mindestens eine Außenfläche (47) des anderen der Fußabschnitte (46) in jeweiligen Bezugsebenen erstrecken, die in einem Winkel im Bereich von etwa 28 Grad bis etwa 32 Grad relativ zueinander orientiert sind.
Kassette (12) nach Anspruch 2, wobei jeder der Fußabschnitte (46) einen sich nach außen erstreckenden Ansatz (50) aufweist.
Kassette (12) nach Anspruch 2, wobei das Mittelteilstück eine Aussparung (26) und einen allgemein ovalförmigen Rand (40) aufweist, der die Aussparung (26) umgibt, und wobei der mindestens eine Sensor (28, 30, 32, 34) in der Aussparung (26) liegt.
Kassette (12) nach Anspruch 2, wobei die Fußabschnitte (46) unter dem Einfluß von Fingerdruck zueinander beweglich sind.
Kassette (12) nach Anspruch 1, wobei die erste Kopplung (44) ein Mittelteilstück mit einer Aussparung (26) und einen allgemein ovalförmigen Rand (40) aufweist, der die Aussparung (26) umgibt, und wobei der mindestens eine Sensor (28, 30, 32, 34) in der Aussparung (26) liegt.
Kassette (12) zum Messen eines oder mehrerer Blutparameter mit: einer Verkleidung (16) mit Wänden, die eine Kammer (18) zum Aufnehmen einer Blutmenge bilden; mindestens einem Sensor (28, 30, 32, 34), der mit der Verkleidung (16) benachbart zur Kammer (18) verbunden ist, zum Erfassen mindestens eines Parameters des Bluts in der Kammer (18); und einer Kopplung (44) zum Verbinden der Verkleidung (16) mit einer Blutparameter-Meßvorrichtung, wobei die Kopplung (44) eine allgemein U-förmige Konfiguration mit einem Mittelteilstück hat, wobei der mindestens eine Sensor (28, 30, 32, 34) im Mittelteilstück liegt und wobei die Kopplung (44) mindestens einen flexiblen Fußabschnitt (46) mit einem Ansatz (50) zur lösbaren Verbindung mit der Blutparameter-Meßvorrichtung aufweist, wobei sich der mindestens eine Fußabschnitt (46) in einer vom Mittelteilstück wegführenden Richtung erstreckt und sich der Ansatz (50) vom mindestens einen Fußabschnitt (46) nach außen in Querrichtung erstreckt.
Kassette (12) nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Fußabschnitt (46) zwei flexible Fußabschnitte aufweist, die sich vom Mittelteilstück weg erstrecken, wobei die beiden Fußabschnitte jeweils mindestens eine Außenfläche (47) aufweisen, wobei sich die mindestens eine Außenfläche (47) eines der beiden Fußabschnitte (46) und die mindestens eine Außenfläche (47) des anderen der beiden Fußabschnitte (46) in jeweiligen Bezugsebenen erstrecken, die in einem Winkel im Bereich von etwa 28 Grad bis etwa 32 Grad relativ zueinander orientiert sind.
Kassette (12) nach Anspruch 8, wobei das Mittelteilstück eine Aussparung (26) und einen allgemein ovalförmigen Rand (40) aufweist, der die Aussparung (26) umgibt, und wobei der mindestens eine Sensor (28, 30, 32, 34) in der Aussparung (26) liegt.
Kassette (12) nach Anspruch 8, wobei die beiden Fußabschnitte (46) unter dem Einfluß von Fingerdruck zueinander beweglich sind.
Kassette (12) zum Messen eines oder mehrerer Blutparameter mit: einer Verkleidung (16) mit Wänden, die eine Kammer (18) zum Aufnehmen einer Blutmenge bilden; mindestens einem Sensor (28, 30, 32, 34), der mit der Verkleidung (16) benachbart zur Kammer (18) verbunden ist, zum Erfassen mindestens eines Parameters des Bluts in der Kammer (18); und einer Kopplung (44) zum Verbinden der Verkleidung (16) mit einer Blutparameter-Meßvorrichtung, wobei die Kopplung (44) eine allgemein U-förmige Konfiguration und zwei Fußabschnitte (46) hat, die jeweils mit der Verkleidung (16) verbunden sind, wobei die Fußabschnitte (46) jeweils Außenflächen (47) aufweisen, die sich in jeweiligen Bezugsebenen erstrecken, die in einem Winkel im Bereich von etwa 28 Grad bis etwa 32 Grad relativ zueinander orientiert sind.
Kassette (12) nach Anspruch 11, wobei die Bezugsebenen in einem Winkel von etwa 30 Grad relativ zueinander orientiert sind.
Kassette (12) nach Anspruch 11, wobei die Kopplung (44) mindestens einen Ansatz (50) aufweist, der mit mindestens einem der Fußabschnitte (46) verbunden ist.
Kassette (12) nach Anspruch 11, wobei die Fußabschnitte (46) jeweils einen Außenendbereich haben und wobei die Kopplung (44) ein Paar Ansätze (50) aufweist, die sich voneinander weg erstrecken, wobei jeder der Ansätze (50) mit einem jeweiligen der Außenendbereiche gekoppelt ist.
Kassette (12) nach Anspruch 11, wobei die Kopplung (44) ein Mittelteilstück mit einer Aussparung (26) und einen allgemein ovalförmigen Rand (40) aufweist, der die Aussparung (26) umgibt.
Kassette (12) nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine Sensor (28, 30, 32, 34) in der Aussparung (26) liegt.
Kassette (12) nach Anspruch 7 oder 11, wobei die Kammer (18) eine Längsachse hat und einen Einlaßabschnitt (20), einen Auslaßabschnitt (22) und einen Mittelabschnitt (24) zwischen dem Einlaßabschnitt (20) und dem Auslaßabschnitt (22) aufweist, wobei der Einlaßabschnitt (20) und der Auslaßabschnitt (22) jeweils eine allgemein kreisförmige Konfiguration in Bezugsebenen senkrecht zur Längsachse haben, wobei der Mittelabschnitt (24) eine nicht kreisförmige Konfiguration in Bezugsebenen senkrecht zur Längsachse hat, wobei die kreisförmigen Konfigurationen des Einlaß- und des Aus laßabschnitts (20, 22) jeweilige Flächen haben, die jeweils etwa gleich der Fläche der nicht kreisförmigen Konfiguration des Mittelabschnitts (24) sind.
Kassette (12) nach Anspruch 7 oder 11, wobei die Kopplung (44) lösbar mit der Verkleidung (16) verbunden ist.
Kassette (12) nach Anspruch 7 oder 11, wobei die Kopplung (44) mit der Verkleidung (16) einstückig verbunden ist.
Kassette (12) nach Anspruch 11, wobei die Fußabschnitte (46) zur Bewegung zueinander unter dem Einfluß von Fingerdruck flexibel sind.
System (10) zum Messen eines oder mehrerer Blutparameter mit: einer Meßvorrichtung (14) mit einem Gehäuse (200), mindestens einer Lichtquelle (412), die mit dem Gehäuse verbunden ist, und mindestens einem Lichtdetektor (414), der mit dem Gehäuse (200) verbunden ist; und einer Kassette nach einem der Ansprüche 1 bis 20.