DE10127707C1 - Anordnung zur Rhinomanometrie - Google Patents

Abstract

Durch den Einsatz von Massenflow-Sensoren anstelle von Pneumotachographen lässt sich eine wesentlich bessere Auflösung der Volumenstromsignale in der Rhinomanometrie erreichen. Der Nachteil der Empfindlichkeit solcher Sensoren gegenüber Feuchtigkeit und Verschmutzung wird durch den Einsatz von bakteriostatischen Filtern als Diffusoren im Strömungskanal des Massenflow-Sensors erreicht, die gleichzeitig hygienische Unbedenklichkeit gegenüber den bekannten Geräten garantieren. Die kompakte Ausführung der Anordnung vermeidet Messfehler und lässt die direkte Zuleitung der aufbereiteten und digitalisierten Signale an eine Standardschnittstelle eines Rechners zu.

Description

Das als Rhinomanometrie bekannte Verfahren besteht in der simultanen Messung des nasalen Atemluftstromes und des zu seiner Erzeugung notwendigen Differenzdruckes zwischen dem Mundrachen oder dem hinteren Nasenloch und einer auf das Gesicht aufgesetzten Maske. Die technische Durchführung der Rhinomanometrie erfolgt in marktüblichen Geräten als Kombination der aus der Lungenfunktionsdiagnostik bekannten Pneumotachographie als Flussmessung mit der Messung des Differenzdruckes. Die entstehenden elektrischen Signale werden entweder - wie in älteren technischen Lösungen - einem Koordinatenschreiber zugeführt und danach graphisch ausgewertet oder sie werden digitalisiert und in einem Rechner weiterverarbeitet. Die in einem standardisierten Koordinatensystem dargestellten s-förmigen Kurven werden nach verschiedenen und teilweise international vorgegebenen Auswerteverfahren diagnostisch bewertet, um Rückschlüsse auf die ventilatorische Funktion der Nase zu gewinnen. Zusammenfassende Darstellungen finden sich dazu bei Bachmann ("Die Funktionsdiagnostik der behinderten Nasenatmung", Springer 1982) sowie Vogt, Sachse, Wernecke und Kriesmer in "HNO", Band 38 (1990), S. 100-115, weiterhin in WO 00/06020 A1. Aus weiteren theoretischen Darstellungen ist bekannt, dass der Frequenzinhalt von atmungsspezifischen Strömungssignalen bei 40-50 Hz liegt, so dass entsprechend der allgemeinen Regeln der Übertragungstechnik beide Messstrecken das Druck- bzw. Strömungssignal bis zu einer Frequenz von 80-90 Hz wiedergeben sollten, um eine phasengerechte simultane Darstellung beider Signale zu ermöglichen. Mit dem Messprinzip der Pneumotachographie lässt sich dieses Ziel kaum erreichen, weil hierbei ein sehr geringer Druckabfall über einem künstlichen Atemhindernis, dem "Spirozeptor" gemessen wird, wozu hochempfindliche Druckwandler erforderlich sind, die nur grenzwertig über die erforderliche Dynamik verfügen. Diese sind über Schlauchleitungen mit der entsprechenden "Düse" ebenso verbunden wie die Differenzdruckwandler zur Messung der sog. "narino-choanalen" Druckdifferenz. Die räumliche Trennung der Druckwandler durch Schlauchleitungen hat sowohl die Fehlermöglichkeit des Abknickens und der Verschmutzung zur Folge als auch einen relativ großen Platzbedarf des gesamten Messplatzes.

In theoretischen und experimentellen Untersuchungen (Vogt und Hoffrichter: "Neue strömungsphysikalische Erkenntnisse in der Rhinomanometrie und ihre praktischen Konsequenzen" in "Topische Therapie der Allergischen Rhinitis", Biermann-Verlag Aachen 1993) konnte gezeigt werden, dass bei Auflösung des Atemzyklus in je eine inspiratorische und exspiratorische ansteigende und abschwellende Phase ein Zuwachs an diagnostischer Information entsteht, der zum Begriff der "Hochauflösenden Rhinomanometrie" geführt hat. Dies macht eine Messanordnung erforderlich, welche den Frequenzinhalt der Atmung sicher erfasst. Dazu geeignete Strömungssensoren werden beispielsweise als "mass airflow sensors" in EP 0552 916 A1 oder US 6,017,315 A beschrieben. Sie haben den Vorteil einer hohen Empfindlichkeit, dagegen aber den Nachteil, dass sie gegenüber Feuchtigkeit und Verschmutzungen erheblich empfindlicher sind als die klassischen Pneumotachographen.

Ein weiterer Nachteil der marktüblichen Lösungen besteht in der schwierigen oder fehlenden Möglichkeit zur Desinfektion der Geräte. Dieser Nachteil ist nicht nur hygienisch erheblich bedenklich, sondern es kann sich außerdem durch Kontamination mit Tröpfchen unbemerkt die Kalibrierung ändern, weswegen verschiedene Pneumotachographen heizbar ausgestaltet sind. Der Nachteil der hygienischen Bedenklichkeit kann mit relativ kostenintensiven und nur einmal zu benutzenden Düsen zur Pneumotachographie umgangen werden wie beschrieben in US 4,905,709 oder WO 97/48330 und WO 96/02187. Bei Verwendung solcher Einmalartikel sind Unsicherheiten in der korrekten Kalibrierung nach jedem Wechsel der Düse in Kauf zu nehmen, da die Toleranzen der Einmalartikel meist nicht bekannt sind.

In EP 0552916 A1 werden zur Vermeidung der Kontamination von Messelementen Filter im Nebenstrom eingesetzt, die aber das Hauptproblem der Kontamination im Hauptstrom des Gerätes nicht beseitigen.

Aus der US 6,017,315 A sind Diffusoren zur notwendigen Laminarisierung des Atemluftstromes bekannt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten technischen Lösungen ist die Tatsache, dass zur Verstärkung der Signale der Sensoren und zur anschließenden Digitalisierung elektronische Bausteine eingefügt werden müssen, die vor ihrer Benutzung einen Eingriff in den Rechner erforderlich machen, so beispielsweise die Einfügung einer Analog-Digital-Wandler-Karte oder einer Baueinheit, die gleichzeitig die Verstärkung der Signale durchführt. Hierzu ist zusätzlicher technischer und personeller Aufwand und die Anpassung der A/D-Wandler an den jeweiligen Stand der Computertechnik erforderlich. Es ist daher zweckmäßig, die Signale innerhalb des Wandlergehäuses zu verstärken und so aufzubereiten, dass die Funktion des Gerätes nach Herstellen einer entsprechenden Verbindung zwischen PC und Wandlergehäuse und Laden der Software sofort gewährleistet ist. Diese Verbindung kann sowohl als leitende Verbindung als auch drahtlos hergestellt werden.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Messanordnung zu beschreiben, welche die Nachteile der bisherigen Messmethoden durch Anordnung der Messelemente in einem möglichst kompakten System ausschließt und gleichzeitig zuverlässige und in der Kalibrierung konstante Messelemente verwendet, die den Frequenzinhalt der Atmung auflösen und die weiterhin durch Einfachheit in der Installation und der nachfolgenden Handhabung eine hohe medizinisch-diagnostische Sicherheit gewährleisten. Gleichzeitig ist die Kontaminierung des Gerätes durch pathogene Keime, welche sich in den Atemwegen des untersuchten Patienten befinden, sowie die Übertragung solcher Keime auf nachfolgend untersuchte Patienten zu vermeiden. Weiterhin soll die in der Ausatemluft enthaltene Feuchtigkeit in den Atemwegen zurückgehalten werden und nicht in das Gerät eindringen.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung ist im Unteranspruch 2 angegeben.

Ein Vorteil der Anordnung besteht darin, dass zur Erreichung einer hohen Grenzfrequenz anstelle eines Pneumotachographen ein Massenflusssensor verwendet wird. Die Eigenschaften des zur Erreichung eines gleichmäßigen Wandkontaktes der strömenden Atemluft patientenseitig vorgeschalteten Diffusors gewährleisten das Zurückhalten der Feuchtigkeit der Atemluft in den oberen Luftwegen und eine sichere Hygiene im Inneren des Gerätes.

Die weitere Ausgestaltung der Anordnung nach Patentanspruch 2 besteht in der unmittelbar an den Sensoren angeordneten Elektronik zur Verstärkung und Digitalisierung der Signale, welche dann in digitalisierter Form störungsfrei einer Standardschnittstelle eines elektronischen Rechners zugeführt werden. Hierdurch wird ermöglicht, dass die digitalisierten Signale sowohl über leitende Verbindungen als auch durch Funk- oder Lichtwellen übertragen werden können

Die erfindungsgemäße Anordnung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erörtert werden.

Das Beispiel zeigt eine Anordnung zur Rhinomanometrie mit der speziellen Messart der Aktiven Anterioren Rhinomanometrie.

In einem Gehäuse (1) ist ein Massenflusssensor, bestehend aus dem Strömungsrohr (2a) und dem in einem Bypass angeordneten Flowsensor (2b) mit einem Diffusor (4) gekoppelt, welcher die Einatemluft im Strömungsrohr gleichmäßig verteilt. Die patientenseitige Öffnung des Strömungsrohres ist mit einem auswechselbaren Bakterienfilter (5) verschlossen, welches in der Ausatemphase als Diffusor wirksam wird und gleichzeitig den Übertritt von Feuchtigkeit aus der Atemluft vermeidet. Dieses Filter ist über ein Verbindungsstück mit einer sterilisierbaren Maske (7) verbunden, durch welche der Patient atmet. Im gleichen Gehäuse befindet sich ein Differentialdrucksensor (3), welcher über die Schlauchverbindung (6a) den Referenzdruck der Luft vor dem Eintritt in die Nase bzw. bei Ausatmung vor dem Bakterienfilter ableitet und weiterhin über die Schlauchverbindung (6b) den Druck in der verschlossenen Nasenseite misst. Der luftdichte Verschluss kann hierbei in verschiedener Weise hergestellt werden, vorzugsweise mit einem geeigneten Pflaster mit Durchlass (8). Die von den beiden Sensoren (2 und 3) erzeugten analogen Signale werden einer geeigneten Schaltung (9) im gleichen Gehäuse zugeführt. In dieser Schaltung werden die Signale verstärkt und digitalisiert sowie zur Überführung in einen Rechner über die Schnittstelle (10) aufbereitet.

Claims (2)

1. Anordnung zur Rhinomanometrie, bestehend aus je einer Messstrecke für den nasalen Luftstrom und den narino-choanalen Differenzdruck dadurch gekennzeichnet,
dass der nasale Luftstrom durch einen patientenfernen Diffusor und einen patientennahen Diffusor gleichmäßig gemacht wird, wobei der sich im Hauptstrom befindende patientennahe Diffusor die Luftfeuchtigkeit der Ausatemluft sowie Verunreinigungen zurückhält und die Atemluft weitgehend von pathogenen Keimen befreit, und
dass der gleichmäßige Luftstrom durch einen Massenflusssensor gemessen und mit einem elektrischen Signal dargestellt wird.

2. Anordnung zur Rhinomanometrie nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten elektrischen Signale für Differenzdruck und Massenfluss digitalisiert und über eine Standardschnittstelle einem elektronischen Rechner zur Weiterverarbeitung zugeleitet werden.