Kabine für die Ganzkörperplethysmographie
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kabine für die Ganzkörperplethysmographie mit einem in der Kabine angeordneten Pneumotachographen zur Messung der Atemstromstärke und zur Erzeugung einer dieser Atemstromstärke proportionalen elektrischen Grösse und mit einem Manometer zur Messung des Druckes in der Kammer bzw. zur Erzeugung einer diesem Druck proportionalen elektrischen Grösse sowie mit einem Schreibgerät zur Aufzeichnung einer Kurve, die die Atemstromstärke in Abhängigkeit vom Kammerdruck während einer Atemperiode darstellt, sowie mit Mitteln zur Korrektur des sich durch Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede zwischen der ein- und ausgeatmeten Luft ergebenden Messfehlers.
Bei plethysmographischen Messungen zur Ermittlung von Lungenfunktionsgrössen wird bekanntlich der in einer Druckkabine sitzende Patient veranlasst, in einen Pneumotachographen zu atmen. Mittels des Pneumotachographen wird dabei die Atemstromstärke gemessen und daraus in Verbindung mit den bei der Untersuchung gemessenen Kammerdruckschwankungen die interessierende Körperfunktionsgrösse, im vorliegenden Fall der bronchiale Strömungswiderstand, abgeleitet, wobei die Atemstromstärke als Kurve über dem Kammerdruck aufgetragen wird. Die so ermittelten Ergebnisse sind unbefriedigend, weil bei dieser Art der Messung nicht berücksichtigt wird, dass die eingeatmete Luft kälter und weniger feucht ist als die ausgeatmete Luft, was sich bei der Aufzeichnung der Kurven durch eine bauchige Aufblähung der Kurvenform bemerkbar macht.
Dieser Nachteil ist bekannt. Man hat zu dessen Vermeidung vorgeschlagen, einen sogenannten Atembeutel in der Plethysmographenkammer anzuordnen, in diesem Beutel Luft auf Körpertemperatur zu erwärmen, auf 1000/oige Luftfeuchtigkeit zu befeuchten und den zu untersuchenden Patienten aus dem Beutel bzw. in diesen Beutel atmen zu lassen. Dabei ist es jedoch wiederum sehr nachteilig, dass die im Beutel enthaltene Luft sich während der Untersuchung mit Kohlendioxyd anreichert und an Sauerstoff verarmt. Dies bedeutet eine erhebliche Belästigung der Versuchsperson und beschränkt die Untersuchungsdauer. Ausserdem ergibt sich - auch bei Verwendung hochelastischer Materialien für den Beutel - ein Druckgradient (Druckunterschied) zwischen dem Innern des Beutels und der umgebenden Luft.
Auch kann die Temperatur im Beutel wegen der Trägheit der Heizelemente und der Messfühler, welche die Heizung im Atembeutel steuern, mit vertretbarem Aufwand nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches konstantgehalten werden. Der entscheidende Nachteil des Atembeutels besteht aber darin, dass eine gründliche Desinfektion kaum möglich ist und daher die hygienischen Verhältnisse sehr zu wünschen übrig lassen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aufgezeigten Nachteile des Atembeutels bei plethysmographischen Untersuchungen zu vermeiden und trotzdem die mit dem Atembeutel erzielbare Verbesserung der Messung (Vermeidung des Aufblähens der genannten Kurve) zu erreichen.
Gemäss der Erfindung ist dies dadurch erreicht, dass bei einer Kabine der eingangs genannten Art unter Vermeidung eines Atembeutels Mittel vorgesehen sind, welche umfassen a) einen Integrator für die der Atemstromstärke propor tionale elektrische Grösse zur Gewinnung einer dem
Atemvolumen proportionalen elektrischen Grösse, b) Mittel zur Veränderung dieser unter a) gewonnenen
Grösse um einen einstellbaren Faktor, c) einen Differenzverstärker für die Bildung einer elek trischen Grösse, die der Differenz zwischen der dem
Kammerdruck entsprechenden elektrischen Grösse und der unter a) gewonnenen, durch die unter b) angegebenen Mittel veränderten elektrischen Grösse entspricht und dass d) sowohl die unter c)
gewonnene elektrische Grösse als auch die der Atemstromstärke proportionale elektrische Grösse dem als Koordinatenschreiber ausgebildeten Schreibgerät zugeführt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von sechs Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Kabine schematisch im Schnitt,
Fig. 2 ein Diagramm ohne Temperatur- und Feuch tekompensation,
Fig. 3, 4, 5 Blockschaltbilder für die elektrische Kompensation des Temperatur- und Feuchtefehlers,
Fig. 6 ein Diagramm nach der erfindungsgemässen Kompensation dieser Fehler.
In der Fig. 1 sind mit 1 die Kabine, mit 2 der in ihr sitzende und in den Pneumotachographen 3 atmende Patient und mit 4 das in der Kabine befindliche Druckvergleichsgefäss bezeichnet. Mittels bekannter und daher nicht beschriebener Druckmessfühler wird über die Leitungen 5, 6 die den Kammerdruckschwankungen entsprechende elektrische Spannung gemessen (PK); am Pneumotachographen wird über die Leitungen 7, 8 die der Atemstromstärke (V) proportionale elektrische Spannung abgenommen.
Bei einer derartigen Messanordnung ergibt sich wegen der Temperatur- und Feuchtedifferenz zwischen einund ausgeatmeter Luft eine bauchig aufgeblähte Kurve (Fig. 2).
In den Fig. 3 bis 5 werden die abgenommenen Grössen PK und V der erfindungsgemässen Einrichtung zugeführt. In diesen drei Figuren sind mit 9 ein integrierender Rechner bezeichnet, der durch Integration der Grösse V (Atemstromstärke) eine dem Atemvolumen (V) entsprechende Grösse erzeugt; diese Grösse ist in erster Näherung proportional dem Temperaturund Feuchtefehler (Gasgleichung). Mit 10 ist ein Differenzverstärker bezeichnet, der vom Kammerdruck PE die vom integrierenden Rechner ermittelte Grösse subtrahiert. Mit 11 ist jeweils ein Koordinatenschreiber bezeichnet, welcher die korrigierten Kurven (Fig. 6) aufzeichnet. Als Koordinatenschreiber kann auch ein Oszillograph Verwendung finden.
In Fig. 3 wird am Potentiometer 12 der von Patient zu Patient verschiedene (Proportionalitäts-)Faktor eingestellt, mit welchem die vom integrierenden Rechner ermittelte Grösse zu multiplizieren (dividieren) ist, um die Temperatur- und Feuchtefehler zu berücksichtigen.
Es ist davon ausgegangen, dass die übrigen, die Fehlergrösse beeinflussenden Grössen, wie Kammergrösse, und die Übertragungsgrössen des Tachographen, der Manometer und des Rechners als eine Konstante der Messapparatur bereits durch eine einmalige Einstellung am Rechner selbst oder durch einen nachgeschalteten Spannungsteiler berücksichtigt sind.
In Fig. 4 sind als Mittel für die Einstellung des Proportionalitätsfaktors zwei Potentiometer 13 und 14 vor gesehen, wobei am Potentiometer 13 der durch die Feuchtedifferenz und am Potentiometer 14 der durch die Temperaturdifferenz zwischen ein- und ausgeatmeter Luft gegebene Faktor jeweils getrennt einstellbar ist.
In Fig. 5 ist ausserdem vor den integrierenden Rechner ein Gleichrichter 15 geschaltet. Dieser Gleichrichter verhindert, dass während der Exspirationsphase, in der die vom Pneumotachographen gelieferte elektrische Spannung eine andere Polarität als bei der Inspirationsphase besitzt, die bei der Exspiration entstehende Spannung an den integrierenden Rechner gelangt. Dadurch wird berücksichtigt, dass die Erwärmung der eingeatme ten Luft und damit die Entstehung des Fehlers mit der Inspirationsphase zusammenfällt. Die so gewonnene Diagrammkurve zeigt die Fig. 6.
Full-body plethysmography cabin
The present invention relates to a cabin for whole-body plethysmography with a pneumotachograph arranged in the cabin for measuring the respiratory flow strength and for generating an electrical quantity proportional to this breathing flow strength and with a manometer for measuring the pressure in the chamber or for generating a pressure proportional to this electrical quantity as well as with a writing instrument for recording a curve that shows the respiratory flow strength as a function of the chamber pressure during a breathing period, as well as with means for correcting the measurement error resulting from temperature and humidity differences between the inhaled and exhaled air.
In the case of plethysmographic measurements to determine lung function parameters, it is known that the patient sitting in a pressurized cabin is induced to breathe into a pneumotachograph. The pneumotachograph is used to measure the respiratory flow strength and, in conjunction with the chamber pressure fluctuations measured during the examination, the relevant body function variable, in the present case the bronchial flow resistance, is derived, with the respiratory flow strength being plotted as a curve over the chamber pressure. The results obtained in this way are unsatisfactory because this type of measurement does not take into account that the inhaled air is colder and less humid than the exhaled air, which is noticeable when the curves are recorded by a bulging inflation of the curve shape.
This disadvantage is known. To avoid this, it has been proposed to arrange a so-called breathing bag in the plethysmograph chamber, to warm air to body temperature in this bag, to humidify it to 1000% humidity and to let the patient to be examined breathe out of the bag or into this bag. However, it is again very disadvantageous that the air contained in the bag becomes enriched with carbon dioxide and depleted of oxygen during the examination. This means considerable annoyance for the test subject and limits the duration of the examination. In addition, there is - even when using highly elastic materials for the bag - a pressure gradient (pressure difference) between the interior of the bag and the surrounding air.
Also, due to the inertia of the heating elements and the measuring sensors which control the heating in the breathing bag, the temperature in the bag can only be kept constant within a certain temperature range with reasonable effort. The decisive disadvantage of the breathing bag, however, is that thorough disinfection is hardly possible and therefore the hygienic conditions leave a lot to be desired.
It is the object of the present invention to avoid the indicated disadvantages of the breathing bag in plethysmographic examinations and nevertheless to achieve the improvement in the measurement that can be achieved with the breathing bag (avoiding the inflation of the curve mentioned).
According to the invention, this is achieved in that in a cabin of the type mentioned at the outset, while avoiding a breathing bag, means are provided which comprise a) an integrator for the electrical variable proportional to the respiratory flow strength for obtaining a dem
Respiratory volume proportional to electrical quantity, b) means for changing this obtained under a)
Size by an adjustable factor, c) a differential amplifier for the formation of an electrical variable that is the difference between the
Chamber pressure corresponds to the electrical quantity obtained under a) and changed by the means specified under b) and that d) corresponds to both the under c)
The electrical quantity obtained as well as the electrical quantity proportional to the respiratory flow strength can be fed to the writing implement designed as a coordinate recorder.
Exemplary embodiments of the invention are explained below with the aid of six figures. Show it:
1 shows the cabin schematically in section,
Fig. 2 is a diagram without temperature and humidity compensation,
Fig. 3, 4, 5 block diagrams for the electrical compensation of the temperature and humidity error,
6 shows a diagram after the compensation according to the invention for these errors.
In Fig. 1, 1 denotes the cabin, 2 the patient sitting in it and breathing in the pneumotachograph 3, and 4 denotes the pressure comparison vessel located in the cabin. By means of known and therefore not described pressure sensors, the electrical voltage corresponding to the chamber pressure fluctuations is measured via the lines 5, 6 (PK); At the pneumotachograph, the electrical voltage proportional to the respiratory flow strength (V) is taken from the lines 7, 8.
With such a measuring arrangement, the temperature and humidity difference between inhaled and exhaled air results in a bulging curve (Fig. 2).
In FIGS. 3 to 5, the quantities PK and V taken are fed to the device according to the invention. In these three figures, 9 denotes an integrating computer which, by integrating the quantity V (respiratory flow strength), generates a quantity corresponding to the respiratory volume (V); as a first approximation, this quantity is proportional to the temperature and humidity error (gas equation). A differential amplifier is designated by 10, which subtracts the value determined by the integrating computer from the chamber pressure PE. A coordinate recorder is designated by 11, which records the corrected curves (FIG. 6). An oscilloscope can also be used as a coordinate recorder.
In FIG. 3, the (proportionality) factor, which varies from patient to patient, is set on potentiometer 12, with which the variable determined by the integrating computer is to be multiplied (divided) in order to take into account the temperature and humidity errors.
It is assumed that the other variables influencing the error size, such as the size of the chamber and the transfer variables of the tachograph, the manometer and the computer, are already taken into account as a constant of the measuring apparatus by a one-time setting on the computer itself or by a downstream voltage divider.
In Fig. 4, two potentiometers 13 and 14 are seen as means for setting the proportionality factor, with the factor given by the difference in humidity on potentiometer 13 and the factor given by the temperature difference between inhaled and exhaled air on potentiometer 14.
In FIG. 5, a rectifier 15 is also connected upstream of the integrating computer. This rectifier prevents during the expiration phase, in which the electrical voltage supplied by the pneumotachograph has a different polarity than during the inspiration phase, the voltage generated during expiration from reaching the integrating computer. This takes into account that the warming of the inhaled air and thus the occurrence of the error coincides with the inspiration phase. The diagram curve obtained in this way is shown in FIG. 6.