CH511015A

CH511015A - Gerät für die Untersuchung der Lungenfunktion

Info

Publication number: CH511015A
Application number: CH1386369A
Authority: CH
Inventors: Woitowitz Roland; Hans-Joachim Dr Med Woitowitz
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1968-09-18
Filing date: 1969-09-10
Publication date: 1971-08-15
Also published as: DE1791124C3; DE1791124B2; NL6914048A; DE1791124A1

Description

Gerät für die Untersuchung der Lungenfunktion
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät für die Untersuchung der Lungenfunktion mit Messgeräten für die Ermittlung der Alveolardruckschwankungen (z. B. piezo- oder anderer mechanisch-elektrischer Wandler) und für die Ermittlung der Atemstromstärke während der Atmung.

Geräte dieser Art werden z. B. bei der Ganzkörperplethysmographie eingesetzt, wobei die bei der Atmung auftretenden Kammerdruckschwankungen ein unmittelbares Mass für den Alveolardruck darstellen. Bei bekannten Geräten werden dabei die den gemessenen Druckschwankungen PK und der Atemstromstärke v entsprechenden elektrischen Grössen (Spannungen) einem Koordinatenschreiber zugeführt, der sogenannte Druck/Atemstromstärke-Kurven aufzeichnet, die bei einer gesunden Versuchsperson im wesentlichen die in Fig. 2 dargestellte Form besitzen, die jedoch in pathologischen Fällen zu sogenannter Keulenform (Fig. 3), Schlägerforin (Fig. 4), Blasenform (Fig. 5) oder dergleichen entarten. Die Abweichung pathologischer Kurven von der Normalform ergibt sich z.

B. daraus, dass trotz Anwachsens des Atmungsdruckes (und damit von PK) keine entsprechende Zunahme der Atemstromstärke V erfolgt, wenn pathologische Veränderungen im Atemweg des Probanden vorhanden sind, d. h. PK wächst bei gleichbleibendem V.

Die Auswertung der Kurven erfolgt derart, dass zur Feststellung des gesuchten Lungenwiderstandswertes in signifikanten Punkten (Extremwerte von PK) Hilfslinien angelegt werden, deren (reziproke) Steilheit ein Mass für den Widerstand ist.

Die vorliegende Erfindung geht von den Erkenntnissen aus, dass die bisher aufgezeichneten Druckj Atemstromstärke-Kurven zwar die interessierenden Informationen enthalten, dass diese Informationen jedoch nur mit Schwierigkeiten, d. h. von Fachkräften mit grossem Zeitaufwand, aus diesen Kurven entnommen werden können und dass ein Vergleich verschiedener Kurven (z. B. zur Verfolgung eines Heilungsprozesses) nur möglich ist, wenn die Messapparatur unter gleichen Bedingungen arbeitet bzw. wenn die Kurven (z. B. bei verschiedenen Messapparaturen) mit gleichen Aufzeichnungsmassstäben arbeiten. Diese Voraussetzungen sind jedoch meist nicht gegeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass statt der bisher verwendeten schwer auswertbaren Druck/Atemstromstärke-Kurven ohne Arbeitsaufwand gleich die gewünschten Angaben über den Lungenwiderstand R zu erhalten sind und ausserdem eine weitere Grösse abgegeben wird, die ein objektives Mass der Verformung der bisher gemessenen Kurven darstellt.

Erfindungsgemäss ist dies dadurch erreicht, dass zur Ermittlung der momentanen Grösse des Lungenwiderstandes ein elektrisches Dividierglied vorhanden ist, an dessen Eingänge die Messgeräte für die Alveolardruckschwankungen und die Atemstromstärke angeschlossen sind. Mit besonderem Vorteil wird zur Ermittlung der momentanen Abweichung des zeitlichen Verlaufes von PK und V während der Atmung ein Phasenmessgerät verwendet, an dessen Eingänge ebenfalls die Messgeräte für die Grössen PK und V, gegebenenfalls über Filter und Verstärker, angeschlossen sind.

Die Anzeige des Phasenwinkels zwischen Druckund Atemstromstärke-Verlauf ergibt zusammen mit den Widerstandmessergebnissen nicht nur ein Mass für die Verformung der Kurven, d. h. der Grösse der Lungenwegs-Obstruktion, sondern - z. B. je nach Vorzeichen - auch ein Mass für die Art der Verformung.

Durch die gleichzeitige Angabe dieser Grössen sind dem Arzt alle wichtigen aus PK und V entnehmbaren Informationen direkt und ohne weiteren Arbeitsaufwand zugänglich. Ausserdem kann durch die Erfindung der zeitliche Verlauf des Momentanwertes des Lungen widerstandes mühelos erfasst werden; der Verlauf des
Lungenwiderstandswertes während der Atmung ist aber medizinisch besonders aufschlussreich und er war bis jetzt wegen der meist stark verzitterten Form der Kurven nur ungefähr, d. h. zu ungenau und nach aufwen diger Auswertearbeit festzustellen.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass bei spezieller Ausbildung der Erfindung ein weiterer Vorteil erreichbar ist; das aufgrund der Erwärmung der Kammer oder aufgrund sich langsam ändernder Umgebungsbedingungen gegebene Auswandern der Kurven, kann nämlich durch die Vorschaltung je eines Differenziergliedes vor die Eingänge des die Grössen PN und V verarbeitenden Dividiergliedes verhindert werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der Zeichnung, anhand welcher ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in sechs Figuren erläutert wird.

Es zeigen
Fig. 1 eine Kabine für die Ganzkörperplethysmographie im Schnitt,
Fig. 2 eine Druck/Atemstromstärke-Kurve einer gesunden Versuchsperson,
Fig. 3, 4 und 5 von kranken Versuchspersonen,
Fig. 6 ein Blockschaltbild der Erfindung.

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.

In Fig. 6 ist mit 9 der Eingang der dem Wert PN entsprechenden elektrischen Spannung und mit 10 der Eingang der dem Wert V entsprechenden elektrischen Spannung bezeichnet. 11 und 12 stellen Filter zur Unterdrückung hochfrequenter Störungen dar, 13 und 14 sind Verstärker für die am Eingang liegenden Spannungen. Mit 15 ist ein Phasenmessgerät und mit 16 ein Anzeigegerät beziffert. Die Bezugszahlen 17 und 18 sind für Differenzierglieder verwendet. Das Dividierglied ist mit 19, das ihm nachgeschaltete Integrationsglied mit 20 und das Anzeigerät für die integrierte Grösse mit 21 bezeichnet. Der Ausgang 22, 22', 22" ist für den Anschluss eines Registriergerätes 23 gedacht. Ein Trigger 24 ist zwischen das Differenzierglied 18 und das Dividierglied 19 eingeschaltet.

Die Funktion der einzelnen Schaltungseinheiten ist folgende:
Nach Filterung 11, 12 und Verstärkung 13, 14 der eingespeisten Grössen PN und V werden diese einerseits dem Phasenmessgerät 15 und dem ihm nachgeschalteten Anzeigegerät 16 und anderseits den beiden Differenziergliedern 17 und 18 sowie dem Registrier- gerät 23 (Ausgänge 22, 22') zugeführt. Nehmen die beiden eingespeisten Grössen nicht proportional zu oder ab, so wird am Anzeigegerät 16 der Phasenwinkel zwischen der Vor- oder Nacheilung der einen Grösse gegenüber der anderen als ein von der 0-Lage in positiver oder negativer Richtung abweichender Ausschlag angezeigt. Dem Anzeigegerät 16 kann eine Integrationsschaltung entsprechend dem später genannten Integra tor 20 vorgeschaltet sein oder es kann selbst als inte grierendes Messinstrument ausgebildet werden.

Beson ders vorteilhaft ist es, zusätzlich eine Schaltung für das Anzeigegerät 16 vorzusehen, welche den zwischen den Zeitpunkten 1 PN m:x. und 1 V max. ermittelten
Phasenwinkel über den Rest eines Atemzyklus spei chert.

Die Differenzierglieder 17 und 18 bewirken, dass lediglich die (relativ raschen) Anderungen der einge speisten Grössen weiterverarbeitet werden; dagegen werden den Messsignalen überlagerte Gleichstromanteile sowie langsame Anderungen, wie sie z. B. durch die langsame Erwärmung (und damit Druckerhöhung) in der Kabine entstehen, unterdrückt.

Die zeitlich veränderlichen Grössen PN und V werden dem Dividierglied 19 zugeführt, welches daraus den momentanen Lungenwiderstandswert errechnet.

Dieser errechnete Wert wird dem Ausgang 22" (dem Registriergerät 23) zugeführt.

Die Atemstromstärke V ändert beim Übergang von Einatmung zu Ausatmung und umgekehrt ihre Richtung (ihr Vorzeichen). Beim Nulldurchgang des Stromes V = 0 wird der Trigger 24 angestossen. Dieser Trigger steuert bei jedem zweiten Nulldurchgang das Dividierglied 19 neu an, so dass der dem Glied 19 nachgeschaltete Integrator jeweils über einen Atemzyklus (Ein- und Ausatmung) den errechneten Widerstandswert mittelt. Am Anzeigegerät erscheint dann jeweils der Widerstandsmittelwert eines Atemzyklus.

Der Alveolardruck braucht nicht in einer Plethysmographenkammer indirekt über die Messung von PN gewonnen zu werden; es kann vielmehr auch direkt mittels Oesophagussonde der interessierende Lungendruck gemessen und im erfindungsgemässen Gerät verarbeitet werden.

Claims

PATENTANSPRUCH

Gerät für die Untersuchung der Lungenfunktion mit Messgeräten für die Ermittlung der Alveolardruckschwankungen und für die Ermittlung der Atemstromstärke während der Atmung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der momentanen Grösse des Lungenwiderstandes (R [t]) ein elektrisches Dividierglied (19) vorhanden ist, an dessen Eingänge die Messgeräte für die Alveolardruckschwankungen (pol) und die Atemstromstärke (V) angeschlossen sind.

UNTERANSPRÜCHE 1. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang des Dividiergliedes (19) ein Anzeigegerät (21) und/oder Registriergerät (23) angeschlossen ist.

2. Gerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Anzeigegerät (21) ein integrierendes Messinstrument verwendet ist bzw. dem Anzeigegerät (21) ein Integrator (20) vorgeschaltet ist.

3. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messgerät mit dem Dividierglied (19) über ein Filter (11 bzw. 12) und einen Verstärker (13 bzw. 14) verbunden ist.

4. Gerät nach Patentanspruch oder einem der vorhergehenden Unteransprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Eingängen des Dividiergliedes (19) jeweils ein elektrisches Differenzierglied (17 bzw. 18) vorgeschaltet ist.

5. Gerät nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem die Atemstromstärke (V) verarbeitenden Differenzierglied (18) ein Trigger (24) zur Steuerung des Dividiergliedes (19) nachgeschaltet ist.

6. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der momentanen Ab- weichung des zeitlichen Verlaufs der Alveolardruckschwankungen (per) und der Atemstromstärke (V) während der Atmung ein Phasenmessgerät (15) vorhanden ist, an dessen Eingänge die Messgeräte für die Alveolardruckschwankungen (PK) und die Atemstromstärke (V), gegebenenfalls über die Filter (11 bzw. 12) und Verstärker (13 bzw. 14), angeschlossen sind.

7. Gerät nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgang des Phasenmessgerätes (15) ein insbesondere als integrierendes Messinstrument arbeitendes Anzeige- und/oder Aufzeichnungsgerät (16) angeschlossen ist.