Vorrichtung zur Bestimmung von p0 ₂ -Histogrammen mittels

Stichsonde.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbe¬ griff des Anspruches 1 genannten Art.

Zum Stand der Technik wird verwiesen auf den Artikel von D. W. Lübbers "Grundlagen und Bedeutung der lokalen Sauerstoffdruckmessung und des p0 ₂ -Histo¬ gramms für die Beurteilung der Sauerstoffversorgung der Organe und des Organismus" in A. M. Ehrly "Messung des Gewebesauerstoffdruckes bei Patienten", Verlag Gerhard Witzstrock, 1981, Seiten 11- 18. Der Stand der Technik ergibt sich demnach wie folgt:

Verläßliche, für die medizinische Diagnose verwert¬ bare Aussagen über die Sauerstoffversorgung des Gewebes lassen sich nur über die Ermittlung der statistischen Verteilung örtlicher Sauerstoffdruck¬ unterschiede im Gewebe ermitteln. Dazu muß an einer größeren Zahl von Meßorten (üblicherweise wenigstens 100) der lokale Sauerstoffdruck (p0 ₂ ) bestimmt werden. Nach

l statistischer Verarbeitung dieser Meßwerte ergibt sich das sogenannte p0 ₂ -Histogramm, das in einer grafischen Darstellung eine diagnostisch verwertbare Aussage über die vorliegenden Sauerstoffversorgungsverhältnisse lie- fert. Ein Beispiel ist in der zitierten Arbeit auf Seite 15 angegeben.

Nach der zitierten Arbeit sind Vorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, die gemäß Seite 14, rechte Spalte Mitte, Sondenspitzendurchmesser von unter 1 μm aufweisen. Nach Seite 16, dritter Absatz,ist das Arbeiten mit derar¬ tigen Mikrostichsonden jedoch äußerst aufwendig.

Die Nachteile der Mikrostichsonden liegen im wesentlichen in deren Bruchgefahr. Eine Anwendung kommt daher nur in hochspezialisierten wissenschaftlichen Labors, nicht aber in der Klinikroutine in Frage.

Auf Seite 16 im dritten Absatz wird weiterhin darauf ver- wiesen, daß dickere, bruchsicher mit Metallkanülen um¬ mantelte Sonden bekannt sind, die jedoch invivo unzuver¬ lässige Meßwerte liefern, was vermutlich auf lokale Be¬ einflussung der Durchblutung zurückzuführen ist. Diese bruchsicheren Sonden sind daher für die vorliegenden Zwecke nicht einsetzbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die verläßliche Ergebnisse bei für den klinischen Be- trieb zumutbare. Handhabbarkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine stabile, bruchsichere und daher einfach handhabbare Sonde verwendet, die in ihrem Durch-

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messer um wenigstens eine Größenordnung über dem der

Mikrostichsonde liegt. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß nach Einstechen derart dicker Sonden bis zu einem Meßort im Gewebe der Sauerstoffdruck am Meßort absinkt, was auf Verdrängungskompression des umliegenden Gewebes durch die dicke Sonde zurückzuführen ist. Dieser Effekt tritt naturgemäß bei den erheblich dünneren Mikrostichsonden (Durchmesser etwa unter 1 um) nicht auf. Der Einflußbereich um die Sonde, in dem der p0 ₂ absinkt, hängt vom Gewebetyp (in Versuchen ermittel¬ bar) sowie vom Durchmesser der Sonde ab. Es wird daher zwischen zwei Meßorten immer so weit verschoben, daß die Sondenmeßstelle an einen von der vorherigen Stellung noch unbeeinflußten Ort kommt. Die Erfindung geht wei- terhin von der Erkenntnis aus, daß der durch die Sonde hervorgerufene p0 ₂ -Abfall mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die vom Ort im Gewebe abhängig ist. Die mittlere Abfallzeitkonstante X ist gewebespezi isch und kann o ermittelt werden. Bei ausreichend schnellem Vorschub werden stets unbeeinflußte Meßorte erreicht, an denen in kurzem zeitlichem Abstand nach Sondenstillstand der wahre p0 ₂ ermittelt werden kann. Die Zeitkonstante des Ansprechverhaltens der Sonde muß dementsprechend klein sein, um möglichst zu Beginn der durch die Sonde ver- ursachten p0 ₂ -Änderung messen zu können, zu einem Zeit¬ punkt also, an dem noch wenigstens annähernd der ur¬ sprüngliche p0 ₂ - ert ermittelt werden kann. Bei ent¬ sprechendem Verhältnis der Ansprechzeitkonstante der Vorrichtung im Verhältnis zur Änderungszeitkonstante des Gewebe-p0 ₂ und bei Messung möglichst unmittelbar nach Abwarten der Ansprechzeit der Sonde läßt sich tat¬ sächlich der wahre p0 ₂ des umliegenden Gewebes ermitteln, was nach dem Stand der Technik nicht für möglich gehalten wurde. Die Meßstelle der Sonde kann nach einem geeigneten physikalischen Prinzip funktionieren, beispielsweise nach einem optischen Verfahren unter Verwendung von Licht-

leitern oder nach einem bekannten polarogra ischen Ver¬ fahren. Bei letzterem können bei der Verschiebungsbewe¬ gung der Sonde Störeffekte auftreten, die nach Still¬ stand etwa innerhalb der abzuwartenden Ansprechzeit der Sonde abklingen und die Messung zum Zeitpunkt der Ermitt¬ lung des Meßwertes nicht mehr stören. Er idjnungsgemäß er¬ gibt sich also eine Vorrichtung, die bei robustem, für Rou ineanwendung geeignetem. Sondenaufbau eine präzise Ermittlung des wahren Gewebe-p0 ₂ und damit die Erstellung eines aussagekräftigen p0 ₂ -Histogrammes ermöglicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht aufgrund ihrer einfachen Handhabung sowie der zulässigen raschen Schritt¬ folge eine sehr schnelle Ermittlung eines kompletten Histogrammes aus den erforderlichen etwa 100 Meßstellen, das beispielsweise innerhalb von etwa zλvei Minuten er¬ mittelt werden kann. Diese hohe, bisher unerreichte Me߬ geschwindigkeit ist weitere Voraussetzung für erfolg¬ reiche klinische Anwendung.

Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 2 gekennzeichnet. Bei derar¬ tig kleiner Zeitkonstante des Ansprechverhaltens der Vorrichtung ist der Meßwert noch eher und damit noch ge¬ nauer dem ungestörten Gewebe-p0 ₂ entsprechend ermittelbar

Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 3 gekennzeichnet. Ab etwa diesem Durchmesserbereich läßt sich die Sonde der Vorrichtung besonders einfach und meßwertstabil herstellen.

Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 4 gekennzeichnet. Die Sonde läßt sich auf diese Weise einfach fertigen bei sehr hoher mechanischer Stabilität, insbesondere Bruchfestig- keit.

- S - Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrich¬ tung durch die Merkmale des Anspruches 5 gekennzeichnet. Dieser Sondentyp mit polarografischer Meßstelle hat sich bei der Anmelderin als hervorragend geeignet herausge- stellt und zeichnet sich insbesondere durch geringe Her¬ stellungskosten aus, was die klinisch vorteilhafte Ein¬ malverwendung ermöglicht. Aufgrund der geringen aktiven Metalloberfläche ergeben sich günstige polarografische Daten.

Eine polarografische Makrostichsonde, die vorteilhaft auch für die vorstehend genannten Zwecke verwendbar ist, ist durch die Merkmale des Anspruches 6 gekenn¬ zeichnet. Die Verwendung von Vergußmasse erlaubt günstige Herstellung, insbesondere bei Ausbildung gemäß Anspruch 4.

Dabei ist vorteilhaft gemäß Anspruch 7 die Metall¬ filmober läche gegenüber der Schuffflache in einem Rezeß zurückgezogen. Dadurch wird die reproduzier¬ bare Herstellung von driftarmen Sonden mit gleich¬ mäßigen polarografischen Daten ermöglicht, die sich insbesondere durch äußerst kurze, für die erfindungs¬ gemäße Verwendung notwendige Ansprechzeiten mit einer Zeitkonstante von weit unterhalb einer Sekunde aus¬ zeichnen.

Schließlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 8 gekennzeichnet. Eine derartige Sonde ist für die Routineuntersuchung in der Skelettmuskulatur des Menschen besonders ge¬ eignet, z. B. zur Untersuchung des sogenannten Raucherbeines.

Für die Ansprüche 6 und 7 wird Schutz auch unabhängig von den Ansprüchen 1 bis 5 sowie 8 beansprucht.

- i -

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Gesamtdarstellung einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2a einen in Sondenachse gelegten Schnitt durch einen Meßort im Gewebe,

Fig. 2b einen Schnitt nach Linie 200 in Fig. 2a,

Fig. 3a bis 3e übereinander ausgerichtete zeitliche

Verläufe von Parametern zur Erläuterung der Ent¬ stehung des in Fig. 3e dargestellten Meßsignales der Sondenmeßstelle,

Fig. 4 in zeitlich übereinannder ausgerichteter Dar¬ stellung zum Meßsignal die Darstellung unterschied¬ licher Steuerungsabläufe in der Vorrichtung

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gemäß Fig . 1 und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Sondenmeßstelle und

Fig. 6 einen vergrößerten Achsschnitt durch die Meßstelle gemäß Fläche 57 in Fig. 5.

Fig. 1 zeigt in schematischer Gesamtdarstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung im klinischen Einsatz.

An einem Sondenträger 110 ist eine Stichsonde 111 be¬ festigt. Die in der Sondenspitze angeordnete polarogra- fische Meßstelle ist über ein Sondenanschlußkabel 112 mit einer im Blockschaltbild dargestellten Meßsignal- auswerteinrichtung verbunden.

Ein stationär z. B. an einem nicht dargestellten Stativ angeordneter Sondenantrieb 120 treibt mittels eines elektronisch ansteuerbaren Motors den Sondenträger 110 in Achsrichtung der Sonde 111 an. Im dargestellten Aus¬ führungsbeispiel ist dies schematisch mit Zahnstange 121 und Zahnrad 122 dargestellt. Energieversorgung und Steuerung des Antriebes 120 erfolgt über ein Anschlu߬ kabel 123.

In Fig. 1 ist eine typische Anwendung für klinische Diagnosezwecke dargestellt. Die Sonde 111 ist in den musculus tibialis anterior 130 eines menschlichen Unter¬ schenkels 131 eingestochen, welcher in der Figur im Schnitt dargestellt ist.

Die im Blockschaltbild in Fig. 1 dargestellte Meßsignal- auswerteinrichtung weist einen an die Meßstelle der Sonde über das Kabel 112 angeschlossenen Meßsignalver-

- ß - stärker 140 auf, von dem das verstärkte Meßsignal einer Einrichtung 150 zur Bestimmung des wahren Gewebe- p0 ₂ zugeführt wird und die von einem Zeitsteuergerät 160 gesteuert wird. Dieses gibt außerdem Steuerimpulse an eine Motorantriebssteuejβrung 170, die über das Kabel 123 an den Antrieb 120 angeschlossen ist _j und an einen Histo¬ grammrechner 180 mit Sichtschirm 181 zur Darstellung des errechneten Histogrammes. Von dem Rechner 180 werden ferner ein Datenspeichergerät 190 sowie ein Datendrucker 191 angesteuert, auf dem je nach Ausbil¬ dung des Rechners 180 das Histogramm 192 sowie gege¬ benenfalls zusätzlich eine Darstellung 193 des p0 ₂ - Profils im durchfahrenen Gewebe auf dem dargestellten Papierstreifen ausgedruckt werden können.

Fig. 2a zeigt in starker Vergrößerung die Spitze der Sonde 111 in einer Stellung 211 sowie in einer um einen Schritt des Antriebes 120 vorgeschobenen Stellung 212. Die Darstellung der Fig. 2a zeigt eine im Inneren einer Metallkanüle angeordnete Sonde mit dem typischen Spitzen¬ schliff einer dünnen Metallkanüle, die einen Außendurch¬ messer im Bereich weniger 100 μm aufweist. Bei 213 ist in der Schlifffläche der Kanüle die Meßstelle angeord¬ net.

Die Darstellung der Fig. 2a zeigt die Sondenspitze eingestochen in ein schraffiert dargestelltes Gewebe. Bei den erfindungsgemäß verwendeten Sonden mit Durch¬ messern über 10 μm, vorzugsweise über 100 μm, wobei der Durchmesser bis über 500 μm betragen kann, beein¬ flußt die Sonde durch Verdrängung und dadurch hervor¬ gerufene Kompression in einer Kompressionszone 230, die etwa durch die Grenzlinie 231 begrenzt ist, das umliegende Gewebe, wobei außerhalb der Grenzlinie 231 liegendes Gewebe 232 von der Kompression unbeeinflußt bleibt. Die Kompressionszone 230 hat einen Radius, der in der Größenordnung des Sondendurchmessers liegt, in

der Darstellung der Fig. 2 beträgt der Kompressions¬ zonenradius etwa das Dreifache des Durchmessers. Der Kompressionszonenradius hängt von der Kompressions¬ empfindlichkeit des untersuchten Gewebetyps ab und kann für jedes Gewebetyp ermittelt und in einer Tabelle dem Arzt zur Verfügung gestellt werden.

Fig. 2b zeigt einen Schnitt senkrecht zur Darstellung der Fig. 2a. 2011 zeigt die Sonde im Querschnitt bei der Schnittlinie 200 in Fig. 2a. Mit 2030 sind in der Kom¬ pressionszone 230 liegende, durch Kompression stark deformierte und gequetschte Gewebezellen dargestellt. Außerhalb des Kompressionsbereiches, also außerhalb der Grenzlinie 231 liegende Zellen 2032 sind nicht kompri- miert. Ein das Gewebe versorgender Blutstrom 2034 durch¬ läuft Blutgefäße 2033, die im Bereich der Kompressions¬ zone 230, wie die Fig. 2b zeigt, im Querschnitt ver¬ ringert sind. Die Blutversorgung und damit die Sauer- stoffversorgung ist also durch die Verengung der Blut- gefäße bei 2035 im Bereich der Kompressionszone herab¬ gesetzt.

Nach Einstechen der Sondenspitze in die Lage 211 (Fig. 2a) sinkt somit in der Kompressionszone 230 der Sauer- stoffdruck ab. Die Schrittweite zwischen zwei Meßorten muß also so weit sein, daß zwischen der Sondenspitzetf- stellung 211 an einem Meßort und der Stellung 212 an dem nächsten Meßort ein Schritt liegt, der die Meßstelle 213 aus der durch die vorhergehende Stellung 211 erzeug- ten Kompressionszone 230 herausbringt. Die Schrittweite muß mindestens den Radius der Kompressionszone betragen. Liegt die Meßstelle 213 wesentlich hinter der Sonden¬ spitze, so ist dieser Abstand bei der Schrittweite noch hinzuzuzählen. Ober den vom Durchmesser der Sonde ab- hängigen Kompressionszonenradius hängt die Schrittweite von der jeweiligen Struktur des vorliegenden Gewebetypes sowie außerdem von der Sondendicke ab. In der Skelett-

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muskulatur des Menschen, also beispielsweise in dem in Fig. 1 erläuterten Anwendungsfall und bei einem Sonden¬ durchmesser von ca. 200 bis 500 μm, bei einem Einstich¬ winkel von weniger als 45° zur Muskelfaserlängsachse und bei einer Sondenspitzengeometrie gemäß Fig. 2a ist eine Schrittweite von über ca. 800 μm erforderlich.

Die Fig. 3a bis 3e zeigen zeitliche Verläufe von Para¬ metern über der Zeitachse t als Abzisse. Innerhalb des Zeitabschnittes T- steht die Sondenspitze an einem Me߬ ort, beispielsweise gemäß Stellung 211 (Fig. 2a). Inner¬ halb des Zeitabschnittes T~ findet eine Schrittbewegung der Sonde von einem Meßort zum nächsten statt. Bei T,, T., T. steht die Sonde am nächsten Meßort (212 gemäß Fig. 2a).

In Fig. 3a sind die Sauerstoffdruckwerte (p0 ₂ ) darge¬ stellt, die idealerweise entsprechend den wahren p0 ₂ - Werten mit einer idealen Sonde, z. B. einer kompressions- effektfreien Mikrostichsonde, ermittelbar wären. Am ersten Meßort bei T. ergibt sich ein bestimmter p0 ₂ . Während der Schrittzeit T ₂ werden Gebiete unterschiedlichen Sauer¬ stoffdruckes durchfahren, und bei T,, T., 1 - ergibt sich ein neuer p0 ₂ -Wert. Vor und nach der Schrittbewegung bleiben die p0 ₂ -Werte konstant.

Fig. 3b zeigt in drei unterschiedlichen typischen Bei¬ spielen Störeffekte, die bei polarografischen Sonden während der Sondenbewegung, also innerhalb T^ , auftreten und die nach Sondenstillstand schnell abklingen. Es ist hierbei angenommen, daß die Sonde in einem Gebiet mit ortsunabhängig konstantem p0 ₂ verschoben wird. Das Störsignal ist als Meßwertanteil I des Polarografier- stromes aufgetragen.

Fig. 3c zeigt das Ansprechverhalten der Vorrichtung, das im

- 1 $ - wesentlichen durch deren langsamste Komponente, nämlich die Meßstelle _; 213, bestimmt ist. Das Stromsignal I der Meßstelle ist nach einem p0 ₂ -Sprung von 0 auf 100 % am Beginn von T., dargestellt. Die Vorrichtung zeigt 90 % des wahren Wertes nach der Zeit T _gQ an. Dies entspricht etwa 3 C _v , wobei C/ _v die Zeitkonstante des Ansprech¬ verhaltens der Vorrichtung ist.

Fig. 3d zeigt die durch den Kompressionseffekt bedingte Sauerstoffverringerung im.die Sondenspitze umgebenden Kompressionsbereich 230 (Fig. 2a) . Es ist dargestellt das Verhältnis von durch Kompression gestörtem Sauer¬ stoffdruck p0 ₂ , zu ungestörtem wahrem p0 _2w - Nach Beginn der Schrittzeit 1-, verläßt die Meßstelle etwa nach Ablauf der Zeit T ₆ den Kompressionsbereich 230 und durchläuft bis zum Ende der Schrittzeit T-, ungestörte Gewebebereiche Nach Stillstand der Sonde am nächsten Meßort, also bei Beginn von T, beginnt durch Kompressionseinwirkung der Sauerstoffdruck im Bereich der Sondenspitze, also im Kompressionsbereich 230, wieder abzusinken mit einer

Zeitkonstante , was der abfallenden Kurve im Bereich 1 - , T^, Tr entspricht. Der Abfall erfolgt zunächst schwach und sodann stärker, so daß zu Anfang des Abfalles noch der wahre p0 ₂ -Wert vorliegt (p0 ₂ /pO etwa = 1). In Fig. 3d ist wiederum vorausgesetzt, daß die Sonde Gebiete gleichen Sauerstoffdruckes durchläuft.

In Fig. 3e ist ein Beispiel eines tatsächlich sich er¬ gebenden Meßsignales (Polarografierstrom I) dargestellt. Dieser Verlauf ergibt sich im wesentlichen durch Über¬ lagerung der Effekte gemäß den Fig. 3b, 3c und 3d. Im Bereich T.. ist der abfallende Teil der Kompressions¬ kurve gemäß Fig. 3d ersichtlich. Der Schrittbereich 1-, ist im wesentlichen durch die geschwindigkeitsabhängigen Störeffekte gemäß Fig. 3b und die lokalen Sauerstoff¬ unterschiede gemäß Fig. 3a bestimmt. Nach Sondenstill-

- ιX- stand am Beginn von T, ist zunächst das Abklingen der Störeffekte gemäß Fig. 3b sowie das Sondenansprechver- halten gemäß Fig. 3c erkennbar. Im Bereich T. ent¬ spricht das Meßsignal annähernd dem wahren ungestörten Gewebe-p0 ₂ , während es im Bereich Tr abfällt, (wie bei T. _j )

Im Bereich T _* sind die Störeffekte gemäß Fig. 3b abge¬ klungen. Die Sonde hat gemäß Fig. 3c ihre Ansprechzeit T _QΠ hinter sich und zeigt annähernd 100 % an. Gemäß Fig. 3d ist der kompressionsabhängige Sauerstoffdruck noch nicht wesentlich abgesunken. Der Bereich T , eignet sich also als Meßfenster zur Ermittlung eines Meßwertes, der mit großer Annäherung dem wahren Sauerstoffdruck am Meßort entspricht und zur Erstellung des Histogrammes verwertet werden kann.

Fig. 4 zeigt den Zeitablauf in der aus Fig. 1 ersicht¬ lichen Meßsignalauswerteinrichtung, der durch das Zeit¬ steuergerät 160 mit entsprechenden Impulsen gesteuert wird. In synchroner Übereinanderdarstellung auf der Zeit¬ achse t sind mehrere Parameter angegeben.

In der obersten Darstellung ist der \\ ^τ eg S des Sondenvor¬ schubes angegeben. Die Ortskurve 41 der Sondenspitze zeigt die Verweilzeiten und die Bewegungszeiten mit linearer Vorschubbewegung. Die Darstellung I (Polaro- grafierstrom) zeigt das sich tatsächlich ergebende Meß- signal gemäß Fig. 3e. In Fig. 4 sind fünf aufeinander- folgende Schritte dargestellt, wobei an den Meßorten jeweils unterschiedliche p0 ₂ -Werte ermittelt werden. Die Kurve 44 zeigt diejenige AusgangsSpannung U des Zeitsteuergerätes 160, die der Einrichtung 150 zur Aus¬ wertung des Meßsignales zugeführt wird. Mit den Tor¬ impulsen 44 wird während der Zeit T, (Fig. 3e) ein Me߬ fenster geöffnet.

- ι3 - Die Meßsignalkurve 48 zeigt jeweils den typischen Ver¬ lauf gemäß Fig. 3e im Bereich der Schrittzeiten T- -ι ^^ ^s T ₂₅ - Dazwischenliegend ergibt sich der Kompressionsabfall, der bei Fig. 3e im Bereich T.. und Tr zu beobachten ist. Die Meßfenstersteuerimpulse des Steuersignales 44 liegen bei T . . bis T. _ς . Am Ausgang der Einrichtung 150 zur Be¬ stimmung des wahren Gewebe-p0 ₂ liegt ein etwa treppen- förmig verlaufendes Signal 46, das von einem Meßfenster bis zum anderen konstant bleibt und dem jeweils vorher ermittelten Meßwert an einem Meßort entspricht. Bei den Zeiten Tr-,, Tr,, Tr,, T,, erfolgt mit Steuerimpulsen 49 vom Zeitsteuergerät 160 auf die Einrichtung 150 die Übertragung dieser Werte zum Rechner 180, der diese zur Ermittlung des Histogrammes benötigt.

Es sei nun noch einmal auf einige verwendete Begriffe etwas genauer wie folgt eingegangen:

Die Literatur gibt bei für die vorliegenden Zwecke bis- her allein verwendeten Mikrosonden Vorschubgeschwindig¬ keiten von wenigen 100 μm pro Minute an. Bei dünnen kompressionseffektfreien Mikrosonden sind derart lang¬ same Vorschubgeschwindigkeiten möglich. Zur wesentlichen erfindungsgemäßen Erkenntnis gehört es, daß erfindungs- gemäß verwendete dicke Sonden Kompressionseffekte ergeben, die zu einem p0 ₂ -Abfall im umliegenden Gewebe führen. Dieser erfolgt mit einer gewissen mittleren Zeitkon¬ stante ^" U • Bewegt man die Sonde zu langsam, so verläßt die Meßstelle 213 nie die sich um die Sondenspitze aus¬ breitende Kompressionszone 230. Die Vorschubgeschwindig¬ keit muß also um wenigstens ein bis zwei Größenordnungen höher sein als die Abfallgeschwindigkeit des Gewebe-p0 ₂ .

Die Schrittzeit T -. ist daher kleiner als ein Zehntel L oder vorzugsweise ² kleiner als ein Hundertsteln zu wähε- len.

- 1* - Es ist hier noch zu Fig. 3d anzumerken, daß dort T^ zur besseren zeichnerischen Darstellung erheblich vergrößert dargestellt ist. Weiterhin ist zu dieser Darstellung noch zu bemerken, daß nach Sondenstillstand der Gewebe-p0 ₂ nicht sofort abfällt, sondern noch über eine gewisse Zeit konstant bleibt (etwa T^ , bevor der Abfall ein¬ setzt. Dies kann beispielsweise auf Sauerstoffspeicher¬ effekte im Gewebe zurückgeführt werden.

Erfindungsgemäß verwendete Bewegungsgeschwindigkeiten für die Sonde liegen beispielsweise bei 600000 μm pro Minute, also über drei Größenordnungen höher als aus dem Stand der Technik für Mikrosonden bekannt.

Zur Gewebe-p0 ₂ -Abfallgeschwindigkeit, die in Vorstehendem durch die Zeitkonstante?T gekennzeichnet wurde, ist noch zu bemerken, daß in einem vorgegebenen Gewebe je nach vorliegender MikroStruktur f stark variieren kann. In den vorstehenden Erläuterungen ist mit (_, stets der Mittelwert angegeben, der gewebespezifisch ermittelbar ist. Wenn erfindungsgemäß der Meßwert spätestens nach ein Zehntel f nach Sondenstillstand ermittelt wird, so liegen nur an wenigen Meßorten erheblich schnellere p0 ₂ -Abfallzeiten vor, was an diesen Meßorten zu Meßwert- Verfälschungen führt. Die Anzahl der falschen Meßwerte liegt dann etwa unter 1 %, was bei der statistischen Auswertung zum p0 ₂ -Histogramm nicht mehr verfälschend wirkt.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Sonde 111 beschrieben, die für die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut geeignet ist. Diese Ausführungsform der Sonde ist jedoch nicht auf den vorliegenden Anwendungs¬ fall der Makrosonde beschränkt, sondern eignet sich im beschriebenen Aufbau der polarografisch aktiven Meßfläche insbesondere auch für Mikrosonden erheblich geringeren Durchmessers sowie für andere Sondentypen, beispiels¬ weise für Aufsetzsonden.

- f - Fig. 5 zeigt perspektivisch die Spitze der in den Fig. 1 und 2a dargestellten Sonde 111.

Ein Stahlmantel 51 mit geschliffener Spitze wird bei- spielsweise in Form einer handelsüblichen Spritzenkanüle verwendet, die einen Außendurchmesser im Bereich einiger 100 μm aufweist. Die Schliffflache weist einen Haupt¬ schliff 52 sowie Lanzettschliffflächen 56 auf und eignet sich daher vorzüglich zum zerstörungsfreien Einstechen in das zu untersuchende Gewebe.

Die Meßstelle 213, die im beschriebenen Ausführungs¬ beispiel als polarografische Meßstelle ausgebildet ist, weist einen in der Ebene des Schliffes 52 liegenden Elektrodenring 54 auf, der im Ringinneren einen Isolier¬ körper 55 aufweist. Außerhalb des Elektrodenringes 54 ist der Raum innerhalb des Stahlmantels 51 mit Vergu߬ masse 53 ausgefüllt, die ebenfalls elektrisch hochiso¬ lierend ausgebildet ist.

Einzelheiten der Meßstelle 213 ergeben sich aus der vergrößerten Schnittdarstellung der Fig. 6.

Der Isolierkörper 55 ist als langgestreckte Faser, bei- spielsweise Quarzfaser, ausgebildet. Auf deren im wesent¬ lichen zylindrischer Oberfläche ist der Elektrodenring 54 in Form eines Metallfilmes aufgebracht, der sich im wesentlichen über die Länge der Faser bis zu deren rückwärtigem Ende erstreckt, wo die Elektrode direkt am Film kontaktiert und an das Kabel 112 angeschlossen werden kann.

Auf dem Film 54, der aus für die vorliegenden Zwecke, also die p0 ₂ -Polarografie geeignetem Metall besteht, ist eine Chromschicht 66 aufgebracht. Auf diese folgt

- 1 < - l eine Isolatorschicht 67. Bei diesem Schichtaufbau sorgt die Chromschicht 66 für spaltfreie Abdichtung zur Isola¬ torschicht 67. Erfolgt bei WasserQngriff und angelegter Polarografierspannung ein chemischer Angriff, so verhin- c dert eine Passivierung der Chromschicht sehr schnell weiteren Angriff. Die polarografischen Daten der Me߬ stelle bleiben daher auch bei längerem Einsatz konstant.

Die beschriebene Anordnung einschließlich der Isolier- _Q Schicht 67 wird bei der Herstellung im Stahlmantel 51 angeordnet und mit der hochisolierenden Vergußmasse 53 befestigt. Anschließend wird in der Schlifffläche 52 (Fig. 5) geschliffen. Die vordere Schnittfläche des Elektrodenfilmes 54 mit der Schlifffläche 52 bildet dann 5 den in Fig. 5 dargestellten Elektrodenring. Es muß eine Diffusionsmembran 62, die aus Fig. 6 ersichtlich ist, über der Anordnung aufgebracht werden, um eine funktionie¬ rende polarografische Meßstelle zu erhalten.

0 Der Durchmesser des Elektrodenringes bzw. -filmes 54, der die eigentliche Meßstelle ausbildet, ist vorzugs¬ weise sehr gering und liegt etwa im Abmessungsbereich von Mikrostichsonden, also bei oder unter etwa 1 μm. Der restliche Sondendurchmesser ist im wesentlichen zur 5 Erhöhung der mechanischen Stabilität erforderlich. Der Ringdurchmesser kann jedoch auch, wie aus Fig. 5 er¬ sichtlich, um Größenordnungen höher liegen. Ober ent¬ sprechende Ausbildung der Dicke des Elektrodenfilmes 54 kann dessen vordere polarografierend wirkende freie Ober- 0 fläche dennoch so klein gewählt werden, daß der Polaro- grafierstrom kleingehalten wird. Dadurch ergibt sich ein niedriger Sauerstoffverbrauch beim Polarografier- prozeß, also eine geringe Rühreffektabhängigkeit. Die Diffusionsmembran 62 kann dünn gehalten werden. Dadurch 5 ergeben sich kurze Diffusionswege und demzufolge eine hohe Ansprechgeschwindigkeit, also ein kleinesf .

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Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß im bevorzugten Ausführungs¬ beispiel die polarografierende Frontfläche 60 des Elektro¬ denfilmes 54 gegenüber der Schlifffläche 52 zurückgezogen ist. Es bildet sich zwischen der Ringfläche 60 und der Schlifffläche 52 ein Rezeßspalt aus, der beim Aufbringen der Membran 62 mit Membranmaterial gefüllt wird.

Die Herstellung des Rezeßkanales kann durch Ätzen des Me¬ tallfilmes 54 unter die Oberfläche hergestellt werden. Dabei ergibt sich ein erster Vorteil bereits daraus, daß durch den Ätzvorgang die Oberfläche 60 vergleichmäßigt und insbesondere verkleinert wird. Etwa über die Schliff¬ fläche 52 vorstehende Filmstücke, die die polarografie¬ rende Elektrodenoberfläche vergrößern, werden beseitigt. Exemplarstreuungen in der Serienfertigung werden dadurch verringert, und es wird die polarogra isch aktive Elek¬ trodenoberfläche verkleinert.

Ein weiterer Vorteil des Rezeßspaltes über der polaro- grafisch aktiven Frontfläche 60 des Filmes 54 liegt darin, daß er auf geometrische Weise die Sauerstoffdiffusion zur polarografischen Ringfläche beeinflußt. Es ergibt sich ein zusätzlicher geometrisch bedingter Gasdiffusionswider¬ stand. Die Membran 62 kann weiter bis annähernd auf null verringert werden, so daß Membranmaterial nur im Reze߬ spalt sitzt.

Es hat sich herausgestellt, daß durch Variieren der Rezeß- tiefe, also des Abstandes zwischen der Fläche 60 und der Schlifffläche 52, ein Optimum der Ansprechgeschwindigkeit bei gleichbleibendem Rühreffekt erhalten werden kann. Auf diese Weise lassen sich also außerordentlich schnelle, von Exemplarstreuungen fast freie Sonden mit niedrigem Rühreffekt bauen.

Es hat sich herausgestellt, daß die optimale Rezeßtiefe etwa in der Größenordnung der Dicke des Elektrodenfilmes'

- a-. 54 liegt. Das erwähnte Optimum der Ansprechgeschwindig¬ keit bei genügender Rühreffektfreiheit hat sich bei einer Rezeßtiefe von etwa dem 2,5fachen der Filmdicke heraus¬ gestellt.

Die Ausbildung der Meßstelle gemäß Fig. 6 insbesondere mit Rezeßausbildung ist in ihrem Anwendungsbereich nicht beschränkt auf Sonden für die eingangs geschilderte Vor¬ richtung zur Bestimmung von p0 ₂ -Histogrammen. Eine der- artige Ausbildung der Meßstelle ist auch bei Mikrosonden vorzüglich einsetzbar. Vorzugsweise ist diese Ausbildung der Meßstelle auch verwendbar für Aufsetzsonden, die zur Erstellung eines p0 ₂ -Histogrammes auf die Oberfläche eines Organes aufgesetzt werden und mit mehreren über die Fläche verteilten Meßstellen einzelne Meßorte an der Organober¬ fläche erfassen. Dabei können mehrere erfindungsgemäße Meßstellen im Abstand in einem gemeinsamen Vergußkörper 53 angeordnet sein.