DE102004055967B3

DE102004055967B3 - Device for monitoring of breathing parameters of patient connected to respirator, using acoustic signals

Info

Publication number: DE102004055967B3
Application number: DE102004055967A
Authority: DE
Inventors: Artur Dr. Kuo; Stefan Dr. Zimmermann
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2024-11-20

Abstract

A tube (1) is inserted into the respiratory system of the patient and joined to a y-connector (2, 3) outside the body. The air stream (4) in the segment before the branch (2) moves alternately in opposite directions. A sound generator (5) is attached to the inner end of the tube (1) transmitting the waves to a microphone sound (6). Different frequencies are created by inspiration and expiration. The speed and expansion guided through the tube (1) can be determined with a device for digital signal processing (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Beatmungsparametern während der Beatmung eines Patienten. Sie kann überall dort zur Anwendung kommen, wo die Ermittlung von Atemvolumenströmen erforderlich ist.The The invention relates to a device for measuring ventilation parameters while the ventilation of a patient. It can be used everywhere, where the determination of respiratory flow is required.

Zur Ermittlung von Volumenströmen während der Beatmung von Patienten ist es üblich und sinnvoll, an einzelnen Messorten während der Atemgasführung Strömungsparameter zu ermitteln und aus diesen gemessenen Werten den Gesamtstrom durch zeitliche und/oder räumliche Extrapolation zu ermitteln. Dazu werden entweder Strömungsparameter direkt gemessen oder aus der Messung anderer physikalischer Größen, die in eindeutiger Abhängigkeit zu den Strömungsparametern stehen, durch Anwendung unterschiedlicher Auswertealgorithmen abgeleitet.to Determination of volume flows while The ventilation of patients it is common and useful to individual Places of measurement during the breathing gas guide flow parameters to determine and from these measured values the total current through temporal and / or spatial To determine extrapolation. These are either flow parameters measured directly or from the measurement of other physical quantities, the in clear dependence to the flow parameters are derived by using different evaluation algorithms.

Die Auswahl des Messverfahrens hängt dabei in der Regel von verschiedensten Anforderungen und Randbedingungen ab. Zu diesen gehören der verfügbare Platz, die erforderliche Genauigkeit, mit der Messung verbundene Kosten, das Vorhandensein von Versorgungsmedien, verschiedene Anforderungen an Handling und Komfort und die Applizierbarkeit geeigneter Messmittel.The Selection of the measuring method depends as a rule of various requirements and boundary conditions from. Belong to these the available one Place, the required accuracy, associated with the measurement Costs, the presence of supply media, different requirements Handling and comfort and the applicability of suitable measuring equipment.

In Zusammenhang mit der Durchführung einer künstlichen Beatmung von Patienten spielen daneben Sicherheitsaspekte eine besondere Rolle.In Connection with the implementation an artificial one Respiration of patients besides security aspects play a special role Role.

Um aus Strömungsmessungen zuverlässige Aussagen über den Beatmungsstatus eines Patienten gewinnen zu können, müssen Verfälschungen durch gegebenenfalls elastische Verformung des Leitungssystems für die Gasführung vermieden werden. Unter anderem aus diesem Grunde werden in der Regel möglichst patientennahe Messorte angestrebt. Des Weiteren wird versucht, die Messanordnung so auszugestalten, dass es zu einem geringen Strömungs widerstand kommt, um die Patientenbelastung möglichst gering zu halten. Insbesondere bei einer Beeinträchtigung des Atmungssystems oder bei kleinen Atemvolumina sind baubedingte Vergrößerungen des Totvolumens zu vermeiden. Darüber hinaus muss eine Unempfindlichkeit gegenüber innerhalb der Gasströmung transportierter Partikel beziehungsweise Sputum gegeben sein. Da aus den Strömungsmessungen häufig Strömungsbilanzen erstellt werden sollen, ist darüber hinaus in der Regel eine zuverlässige Aussage zur Strömungsrichtung notwendig.Around from flow measurements reliable statements about the To be able to gain the respiratory status of a patient must be distorted by elastic deformation of the conduit system for the gas guide can be avoided. Under For this reason, for example, as near as possible patient-near measuring locations sought. Furthermore, an attempt is made to design the measuring arrangement in such a way that that it withstood low flow comes to keep the patient burden as low as possible. Especially with an impairment of the respiratory system or small volumes of air are building-related enlargements to avoid the dead volume. In addition, must be insensible across from within the gas flow be given transported particle or sputum. There from the flow measurements often flow balance is about to be created In addition, usually a reliable one Statement about the flow direction necessary.

Es ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der am lungenseitigen Ende eines Beatmungstubus außerhalb des Strömungsweges Mittel zur Druckmessung angebracht sind ( DE 43 10 799 A1 ). Es kommt dabei zu keiner Beieinflussung des Strömungswiderstandes und es werden patientennahe Daten gewonnen. Nachteilig ist jedoch, das diese Variante bezüglich zu gewinnender Strömungsparameter nur indirekte Messungen ermöglicht. Die Abhängigkeit der Strömungsparameter von gemessenen Drücken hängt von verschiedenen Einflussgrößen ab, die während der Beatmung teilweise nicht zugänglich sind.A generic device is known in which means for pressure measurement are attached to the lung-side end of a respiratory tube outside the flow path ( DE 43 10 799 A1 ). It comes thereby to no influence of the flow resistance and close to the patient data are obtained. The disadvantage, however, is that this variant enables only indirect measurements with respect to flow parameters to be obtained. The dependence of the flow parameters on measured pressures depends on various influencing factors, which are partially inaccessible during ventilation.

Es ist bekannt, durch Anwendung sogenannter Hitzdrahtanemometer Strömungsmessungen im Beatmungssystem durchzuführen ( DE 10104462 A1 ). Hierzu werden Hitzdrahtanemometer in der Regel in gesonderten Bauteilen, die für eine Vergleichmäßigung der zu messenden Strömung sorgen, untergebracht und in der Regel zwischen Y-Stück und Tubus oder unmittelbar am oder nach dem Y-Stück angeordnet. Durch die Unterbringung in einem separaten Bauteil kommt es entweder zu einer Vergrößerung des Totvolumens oder zu einer bereits relativ patientenfernen Anordnung.It is known to carry out flow measurements in the ventilation system by using so-called hot-wire anemometers ( DE 10104462 A1 ). For this purpose, hot-wire anemometers are usually accommodated in separate components that ensure equalization of the flow to be measured, and are usually arranged between the Y-piece and the tube or directly on or after the Y-piece. By accommodating in a separate component, there is either an increase in the dead volume or an already relatively distant patient arrangement.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht in seiner Empfindlichkeit gegenüber in Gasströmungen transportierten Partikeln sowie Sputum-Kontaminationen. Da es sich um ein elektrisches Messverfahren handelt, sind darüber hinaus stets Versorgungsleitungen zum eigentlichen Messelement erforderlich, was im klinischen Alltag unter Umständen Nachteile bei der Applizierbarkeit und Anwenderfreundlichkeit bringt.One Another disadvantage of this method is its sensitivity across from in gas flows transported particles as well as sputum contamination. As it is Beyond an electrical measuring method are beyond always supply lines to the actual measuring element required which may be disadvantageous in everyday clinical use and ease of use.

Es gilt nach § 3 Abs.2 PatG als Stand der Technik, Strömungsmessungen in Beatmungssystemen durch Ultraschallmessungen vorzunehmen (103 52 652.8). Hierzu wird in der Regel durch ein gesondertes Bauteil eine definierte Messstrecke vorgegeben, die durch entsprechende Bauelemente von Ultraschall durchschallt wird. Durch eine Auswertung des empfangenen Schalls ist es möglich, Aussagen über Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung zu treffen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht ebenfalls in der zumeist unvermeidlichen Vergrößerung des Totvolumens sowie in der komplizierten Auswerte- und Versorgungselektronik, die auch in diesem Fall unmittelbar an das Messelement angeschlossen werden muss.It applies according to § 3 Abs.2 PatG as prior art, flow measurements in ventilation systems by ultrasonic measurements (103 52 652.8). For this purpose is usually by a separate component a defined measuring path given by appropriate components of ultrasound is sounded through. By an evaluation of the received sound Is it possible, Statements about flow rate and flow direction hold true. A disadvantage of this method is also in the mostly inevitable increase in dead volume and in the complicated evaluation and supply electronics, which also in In this case, be connected directly to the measuring element got to.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, die ohne Vergrößerung des Totvolumens eine zuverlässige Messung von Strömungsparametern im Atemgasstrom ermöglicht, bei geringem Platzaufwand den Strömungswiderstand nur unwesentlich beeinflusst und eine ausreichende Genauigkeit bei geringen Kosten gewährleistet.The object of the invention is to provide a device which allows a reliable measurement of flow parameters in the respiratory gas flow without increasing the dead volume, the flow resistance only insignificantly influenced with low space requirements and ensures sufficient accuracy at low cost tet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Ansprüche 2 bis 15 geben vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung an.Is solved This object is achieved by a device according to claim 1. Claims 2 to 15 give advantageous embodiments of the device according to the invention at.

Die Erfindung bedient sich eines akustischen Verfahrens, wobei die strömenden Atemgase eine Schallquelle erregen und dadurch für die Aussendung eines auswertbaren akustischen Signales sorgen.The Invention uses an acoustic method, wherein the flowing breathing gases excite a sound source and thereby for the emission of an evaluable acoustic signal.

Die Erfindung umfasst einen in Atemwege eines Patienten einführbaren Tubus, der Mittel zur Charakterisierung der Atemgasströmung aufweist, wobei er ein Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung im Bereich der zu messenden Strömung aufweist. Das Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung ist direkt in den Strömungsweg im Innern des Tubus integriert.The The invention encompasses a respiratory tract of a patient Tubus having means for characterizing the flow of breathing gas, wherein he is a means of flow-induced sound generation in the area of the flow to be measured having. The means for flow-induced sound generation is right in the flow path integrated inside the tube.

Erfolgt die Messung der Frequenz und/oder des Pegels des erzeugten Schalls als akustische Parameter, so können daraus die zu messenden Strömungsparameter durch Verarbeitung der gemessenen akustischen Parameter ermittelt werden.He follows the measurement of the frequency and / or the level of the generated sound as acoustic parameters, so can from this the flow parameters to be measured determined by processing the measured acoustic parameters become.

Als strömungsinduzierte Schallerzeugung im Sinne der Erfindung ist eine Schallerzeugung zu verstehen, die dadurch erfolgt, dass die strömenden Atemgase im Bereich der zu messenden Strömung im Tubusrohr eine Schallquelle erregen und auf diese Weise eine Schallerzeugung bewirken, was zum Vorliegen eines ausreichend aussagekräftigen akustischen Messsignals führt. Dieses Messsignal wird durch geeignete Mittel aufgenommen und durch eine Auswerteeinheit derart aufgearbeitet, dass aussagekräftige Informationen zur Charakterisierung der zu messenden Strömung gewonnen werden können.When flow-induced Sound generation in the sense of the invention is a sound generation to be understood, which takes place in that the flowing respiratory gases in the area the flow to be measured in Tube tube excite a sound source and in this way a sound generation cause, what to have a sufficiently meaningful acoustic Measuring signal leads. This measurement signal is received by suitable means and by an evaluation processed so that meaningful information to characterize the flow to be measured can be obtained.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass keine direkte Verbindung zwischen dem Ort der Erzeugung des Messsignals und der Auswerteeinheit hergestellt werden muss. Vielmehr genügt es, in der Nähe der Signalerzeugung einen akustischen Signalaufnehmer zu platzieren, was insbesondere im klinischen Bereich entscheidende Handlingvorteile bedeuten kann.One An essential advantage of the device according to the invention is that no direct connection between the place of generation of the measurement signal and the evaluation unit must be made. Rather, it is enough in nearby signal generation to place an acoustic transducer, which in particular in the clinical area decisive handling advantages can mean.

Das Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung ist direkt im Bereich der zu messenden Atemgasströmung angeordnet. Besonders patientennahe Daten erhält man, wenn das Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung in der Nähe des lungenseitigen Endes des Tubus angeordnet ist.The Means for flow-induced sound generation is arranged directly in the region of the respiratory gas flow to be measured. Particularly close to the patient data is obtained when the means for flow-induced Sound generation near the lung side end of the tube is arranged.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung so ausgestaltet ist, dass es Schallwellen emittiert, deren Frequenz von der Strömungsrichtung abhängt. Wird die Frequenz des emittierten Schalles gemessen, kann aus der gemessenen Frequenz die Strömungsrichtung des strömenden Atemgases ermittelt werden. Diese vorteilhafte Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn aus Volumenstrom und Strömungsrichtung Bilanzaussagen zu treffen sind.Farther it is advantageous if the means for flow-induced sound generation is designed so that it emits sound waves whose frequency from the flow direction depends. If the frequency of the emitted sound is measured, can from the measured frequency, the flow direction of the flowing Respiratory gas can be determined. This advantageous embodiment is especially advantageous if from volume flow and flow direction Balance sheet statements are to be made.

Des Weiteren ist von Vorteil, wenn das Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung so ausgestaltet ist, dass es Schallwellen emittiert, deren Amplitude mindestens in einem auswertbaren Frequenzbereich in eindeutiger Weise von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt.Of Further, it is advantageous if the means for flow-induced Sound generation is designed so that it emits sound waves, their amplitude at least in an evaluable frequency range in a clear way from the flow velocity depends.

Dann erfolgt die strömungsinduzierte Schallerzeugung in einer Weise; dass aus dem gemessenen Schallpegel die Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Gases ermittelt werden kann. Die Art der eindeutigen Abhängigkeit zwischen Schallpegel und Strömungsgeschwindigkeit kann dabei durch entsprechende Modellierungen vorhergesagt beziehungsweise durch Kalibrierungen oder Eichmessungen gewonnen werden.Then the flow-induced sound generation takes place in one way; that from the measured sound level, the flow velocity of the streaming Gas can be determined. The type of unique dependency between sound level and flow velocity can be predicted by appropriate modeling or obtained by calibrations or calibration measurements.

Diese Anforderungen lassen sich beispielsweise dadurch realisieren, dass das Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung eine als Flöte wirkende Hohlstruktur umfasst. Diese Anordnung lässt sich mit Vorteil miniaturisieren. Die als Flöte wirkende Hohlstruktur nimmt dabei einen Teil des Querschnitts des Strömungsweges ein, in dem die zu messende Strömung stattfindet. Eine Wandung der Hohlstruktur weist unterschiedlich ausgerichtete Einkerbungen unterschiedlicher Größe auf, an denen bei Anströmung eine Schallerzeugung erfolgt. Durch die unterschiedliche Ausrichtung der Einkerbungen wird in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung jeweils mindestens eine Einkerbung so angeströmt, dass es zu keiner nennenswerten Geräuschentwicklung kommt, während an der anderen Einkerbung ein akustisches Signal mit einer definierten Frequenz abgegeben wird. Kehrt sich die Strömungsrichtung um, wird durch die andere Ausrichtung ein akustisches Signal an der zuvor geräuscharm angeströmten Einkerbung abgegeben. Dieses Signal weist durch eine voneinander abweichende Dimensionierung der Einkerbungen eine andere Frequenz auf.These Requirements can be realized, for example, by the fact that the means for flow-induced Sound production one acting as a flute Hollow structure includes. This arrangement can be miniaturized with advantage. The as a flute acting hollow structure takes part of the cross section of the flow path one in which the flow to be measured takes place. A wall of the hollow structure has different aligned indentations of different sizes, on which when a flow Sound generation takes place. Due to the different orientation the notches become dependent from the flow direction each at least one notch so flowed that it is not worth mentioning noise comes while at the other notch an acoustic signal with a defined Frequency is delivered. If the direction of flow reverses, it will through the other orientation will give an audible signal to the previously quiet be streamed Notch made. This signal points through one another deviating dimensioning of the notches a different frequency on.

Aus der Lautstärke des jeweils abgegebenen akustischen Signales lässt sich auf die jeweils herrschende Strömungsgeschwindigkeit schließen. Die Einkerbungen ermöglichen also eine von der Strömungsrichtung und der Strömungsgeschwindigkeit abhängige Schallemission.Out the volume each emitted acoustic signal can be applied to each prevailing flow rate shut down. The notches allow So one of the flow direction and the flow rate dependent acoustic emission.

Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die strömungsinduzierte Schallerzeugung in einer Weise erfolgt, dass die Frequenz des erzeugten Schalles mindestens in einem auswertbaren Frequenzbereich in eindeutiger Weise von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt, die Frequenz des erzeugten Schalles gemessen wird und aus der gemessenen Schallfrequenz die Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Gases ermittelt wird. Die Art der eindeutigen Abhängigkeit zwischen der Frequenz des erzeugten Schalles und der Strömungsgeschwindigkeit kann dabei ebenfalls durch entsprechende Modellierungen vorhergesagt beziehungsweise durch Kalibrierungen oder Eichmessungen gewonnen werden.It can furthermore be advantageous if the flow-induced generation of sound takes place in such a way that the frequency of the sound generated at least in an evaluable frequency range in a unique manner depends on the flow rate, the frequency of the generated sound is measured and from the measured sound frequency, the flow velocity of the flowing gas is determined. The type of unique dependence between the frequency of the generated sound and the flow velocity can also be predicted by appropriate modeling or obtained by calibrations or calibration measurements.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass das Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung elastisch auslenkbare Zungen umfasst. Diese können ebenfalls so angeordnet werden, dass jeweils einzelne Zungen in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung angelegt werden, während andere Zungen im Wesentlichen geräuscharm umströmt werden. Weisen diese Zungen unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf, so kommt es ebenfalls zur Emission eines akustischen Signales, das von der Strömungsrichtung und der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Das Prinzip ähnelt der Schallerzeugung durch eine Zungenanordnung in einer Mundharmonika.A Another advantageous embodiment of a device according to the invention is that the means for flow-induced sound generation elastic includes deflectable tongues. These can also be arranged like this Be that individual tongues depending on the flow direction be created while other tongues are flowed around substantially quietly. Point these tongues have different resonance frequencies, so it comes also for the emission of an acoustic signal, that of the flow direction and the flow rate depends. The principle is similar the generation of sound by a tongue arrangement in a harmonica.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Strömungsparametern ein Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung auf, das mindestens ein durch das strömende Atemgas in Rotation zu versetzendes Bauteil umfasst, dessen Drehzahl in eindeutiger Weise von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Das rotierende Bauteil ist dabei so ausgestaltet, dass die Rotation selbst zur Emission eines akustischen Signals führt, das Rückschlüsse auf die Strömungsgeschwindigkeit zulässt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn darüber hinaus Mittel zum Erkennen der Drehrichtung des durch das strömende Gas in Rotation zu versetzende Bauteil umfasst. Dadurch lassen sich wiederum Rückschlüsse über Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung ziehen und entsprechende Messsignale einer Verarbeitung zuführen.In a further advantageous embodiment, the inventive device for measuring flow parameters a means for flow-induced Sound generation, the at least one by the flowing breathing gas includes in rotation to be offset component whose speed in clear Way of the flow speed depends. The rotating component is designed so that the rotation itself leads to the emission of an acoustic signal, the conclusions about the flow velocity allows. It is particularly advantageous if, in addition, means for recognizing the direction of rotation of the to be rotated by the flowing gas in rotation Component comprises. This in turn allows conclusions about flow velocity and flow direction pull and submit corresponding measurement signals processing.

Mit einer derartigen Vorrichtung lässt sich eine strömungsinduzierte Schallerzeugung realisieren, deren Frequenz eine eindeutige Aussage über die Strömungsrichtung und die Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht. Das ist besonders vorteilhaft, wenn eine genaue Pegelmessung durch das Auftreten von Störgeräuschen erschwert wird.With such a device leaves a flow-induced Realize sound production whose frequency is a clear statement about the flow direction and the flow velocity allows. This is particularly advantageous when an accurate level measurement by the occurrence of noise difficult becomes.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Strömungsmessung zeichnet sich dadurch aus, dass das Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung mindestens ein mit zur Schallerzeugung beitragenden Öffnungen versehenes deformierbares Bauteil umfasst, das in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung unterschiedliche Positionen einnimmt, wobei durch unterschiedliche Ausrichtung der zur Schallerzeugung beitragenden Öffnungen unterschiedliche Schallfrequenzen emittiert werden. Aus Amplitude und Frequenz der akustischen Messsignale lassen sich wiederum Rückschlüsse auf Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung ziehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung für eine Schallerzeugung im Ultraschallbereich ausgelegt ist. Dadurch ist eine besonders geringe Belastung durch störende Geräusche während des Klinikalltages erreichbar.A further advantageous embodiment of a device according to the invention for flow measurement is characterized in that the means for flow-induced Sound generation at least one provided for generating sound openings includes deformable component, depending on the flow direction occupies different positions, with different Alignment of the sound generating contributing openings different sound frequencies are emitted. From amplitude and frequency of the acoustic measurement signals can in turn draw conclusions Flow velocity and flow direction pull. It is particularly advantageous if the means for flow-induced sound generation for one Sound generation in the ultrasonic range is designed. This is a particularly low burden of disturbing noises during the clinic everyday achievable.

Zur Detektion der ausgesendeten akustischen Messsignale sind verschiedene Sensoren denkbar, wobei eindeutig verschiedenen Typen von Mikrofonen der Vorzug zu geben ist. Bei entsprechender Empfindlichkeit der eingesetzten Mikrofone lassen sich Abstände zwischen Schallquelle und Mikrofon realisieren, die ein komfortables Handling bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen. Die Notwendigkeit der Führung von separaten Versorgungsleitungen in der Nähe der Atemgasführung entfällt vollständig. Es ergibt sich ein geringer Energieaufwand, da die Schallquelle selbst passiv betrieben wird. Durch die Miniaturisierung der Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung kommt es zu keiner nennenswerten Beeinflussung des Strömungswiderstandes. Die Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung erfordern durch die Integration in den Tubus oder sogenannten Endotracheal-Kathether keine Maßnahmen, die zu einer Vergrößerung des Totvolumens führen würden. Die robuste Bauart. bestimmter Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung, also beispielsweise miniaturisierter Flöten- oder Zungenanordnungen, führt einerseits zu einer geringen Empfindlichkeit gegenüber in der Strömung mitgeführten Partikeln sowie zu einer kostengünstigen Verfügbarkeit. Dadurch bietet es sich an, eine erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest teilweise als Einwegartikel auszugestalten. Als Einwegkomponenten bieten sich insbesondere die Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung an. Beispielsweise kann die Mikrofon- und Auswerteeinheit mehrfach verwendet werden, wogegen der eigentliche Schallerzeuger mit oder ohne Tubus nach einmaliger Benutzung verworfen wird, wodurch eine aufwändige Reinigung und Sterilisation entfallen kann.to Detection of the emitted acoustic measurement signals are different Sensors conceivable, with clearly different types of microphones the preference is to give. With appropriate sensitivity of used microphones can be distances between sound source and Microphone realize a comfortable handling when using the device according to the invention enable. The need for leadership of separate supply lines near the breathing gas guide is completely eliminated. It results in a low energy consumption, since the sound source itself passive is operated. By miniaturizing the means for flow-induced Sound generation, there is no significant influence on the Flow resistance. The means for flow-induced Sound generation require through integration into the tube or so-called endotracheal catheters No actions, which leads to an enlargement of the Lead dead volume would. The robust design. certain means of flow-induced sound generation, for example, miniaturized flute or tongue arrangements, leads on the one hand to a low sensitivity to entrained particles in the flow as well as to a cost-effective Availability. This makes it possible, at least partially, for a device according to the invention as a disposable article. As disposable components are available in particular the means for flow-induced Sound generation. For example, the microphone and evaluation unit used repeatedly, whereas the actual sound generator is discarded with or without tube after a single use, which an elaborate one Cleaning and sterilization can be omitted.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einschließlich der Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung robust genug, um im Fall einer Wiederverwendung Reinigungs- und Waschmaßnahmen für medizinische Instrumente problemlos zu überstehen.The inventive device is inclusive the means for flow-induced sound generation sturdy enough to clean in case of reuse and cleaning Washing measures for medical Easily survive instruments.

An Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. At embodiments the invention will be closer explained.

Es zeigen dabeiIt show

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematic representation of a device according to the invention,

2 ein beispielhaftes Spektrum der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten akustischen Messsignale, 2 an exemplary spectrum of the acoustic measurement signals generated by the device according to the invention,

3 eine schematische Darstellung einer als Flöte wirkenden erfindungsgemäßen Hohlstruktur, 3 a schematic representation of an acting as a flute hollow structure according to the invention,

4 eine schematische Darstellung der AnOrdnung einer erfindungsgemäßen Hohlstruktur in einem Kanal zur Atemgasführung, 4 a schematic representation of the AnOrdnung a hollow structure according to the invention in a channel for breathing gas,

5 eine zu 4 identische Anordnung als Schnittdarstellung mit Schnittebene senkrecht zur Strömungsrichtung, 5 one too 4 identical arrangement as a sectional view with a sectional plane perpendicular to the flow direction,

6 eine Drei-Seiten-Ansicht einer Anordnung zur strömungsinduzierten Schallerzeugung mit elastisch auslenkbaren Zungen, 6 a three-side view of an arrangement for flow-induced sound generation with elastically deflectable tongues,

7 eine Zwei-Seiten-Darstellung einer Anordnung mit elastisch auslenkbaren Zungen in einem Kanal zur Atemgas-Führung, 7 a two-sided view of an arrangement with elastically deflectable tongues in a channel for breathing gas guidance,

8 eine Zwei-Seiten-Darstellung eines für eine strömungsinduzierte Schallerzeugung modifizierten Propellers, 8th a two-page representation of a modified for a flow-induced sound generation propeller,

9 eine Zwei-Seiten-Darstellung einer Anordnung mit einem derartigen Propeller in einem Kanal zur Atemgasführung, 9 a two-page representation of an arrangement with such a propeller in a channel for breathing gas guidance,

10 eine Zwei-Seiten-Darstellung eines für eine strömungsinduzierte Schallerzeugung ausgelegten deformierbaren Bauteils, 10 FIG. 2 is a two-side view of a deformable component designed for flow-induced sound generation. FIG.

11 eine Zwei-Seiten-Darstellung einer Anordnung mit einem derartigen Bauteil in einem Kanal zur Atemgasführung, 11 a two-sided view of an arrangement with such a component in a channel for breathing gas guidance,

1 zeigt eine schematische Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Beatmung eines Patienten. 1 shows a schematic arrangement of a device according to the invention during the ventilation of a patient.

Das lungenseitige Ende eines Tubusrohres 1 befindet sich im eingeführten Zustand innerhalb der Atemwege. Außerhalb der Atemwege ist der Tubus 2 mit einem Y-Stück 3 verbunden. Bis zur Verzweigung des Y-Stückes 3 findet eine Strömung mit zyklischer Richtungsumkehr 4 statt. Im lungenseitigen Ende des Tubusrohres 1 befindet sich eine durch die Beatmungsluft passiv betriebene Schallquelle 5. Diese Schallquelle erzeugt während des Beatmungszyklus akustische Signale, die von einer Mikrofonsonde 6, die sich außerhalb des Patienten befindet, empfangen werden können. Die Schallquelle 5 ist so konstruiert, dass sie bei der Einatmung eine andere akustische Frequenz erzeugt als bei der Ausatmung. Mit Hilfe einer Vorrichtung zur digitalen Signalbearbeitung 7 kann die Geschwindigkeit beziehungsweise der Volumenstrom, der durch den Tubus 2 fließt, aus dem Spektrum der akustischen Signale ermittelt werden, wobei die Lautstärke oder der Pegel, gemessen in Dezibel, Rückschlüsse auf die Strömungsgeschwindigkeit und/oder unterschiedliche Tonhöhen, gemessen in Hertz, Rückschlüsse auf die Richtung des Volumenstromes ermöglichen. Die ermittelten Strömungsparameter können an einem Monitor 8 angezeigt bzw. zur Steuerung des Beatmungsgerätes 9 verwendet werden.The lung-side end of a Tubusrohres 1 is in the introduced state within the respiratory tract. Outside the respiratory tract is the tube 2 with a Y-piece 3 connected. Until the branch of the Y-piece 3 finds a flow with cyclical reversal 4 instead of. In the lung-side end of the Tubusrohres 1 There is a passively operated by the ventilation air sound source 5 , During the ventilation cycle, this sound source generates acoustic signals from a microphone probe 6 that is outside the patient can be received. The sound source 5 It is designed to produce a different acoustic frequency during inhalation than during exhalation. With the help of a device for digital signal processing 7 can the speed or the volume flow through the tube 2 flows, can be determined from the spectrum of the acoustic signals, the volume or level, measured in decibels, conclusions about the flow velocity and / or different pitches, measured in Hertz, allow conclusions about the direction of the flow. The determined flow parameters can be displayed on a monitor 8th displayed or to control the ventilator 9 be used.

2 zeigt den qualitativen Verlauf eines beispielhaften Spektrums der akustischen Messsignale bei unterschiedlich starker Beatmung des Patienten. Gemessen wird der Schalldruckpegel (sound pressure level, SPL). Deutlich sichtbar sind zwei lokale Maxima f_ex, f_in, wobei jeweils die Frequenz eines Maximums einer Strömungsrichtung zugeordnet werden kann und der Pegel im Maximum einer diesem Pegel zuzuordnenden Strömungsgeschwindigkeit entspricht. Bei einer Beatmung mit relativ hoch eingestellten Atemvolumenströmen ist während der Exspiration bei der für die Exspiration charakteristischen Frequenz f_ex ein Pegel SPL_e1 und während der Inspiration bei der für die Inspiration charakteristischen Frequenz f_in ein Pegel SPL_i1 messbar. 2 shows the qualitative course of an exemplary spectrum of the acoustic measurement signals with different degrees of ventilation of the patient. The sound pressure level (SPL) is measured. Clearly visible are two local maxima f _ex , f _in , wherein in each case the frequency of a maximum can be assigned to a flow direction and the level in the maximum corresponds to a flow velocity to be assigned to this level. In a ventilation with relatively high set tidal volume flows is during expiration at the characteristic frequency f for expiration _ex a level SPL _e1 and during inhalation at the characteristic for the inspiration frequency f _in a level SPL _i1 be measured.

Bei einer Beatmung mit relativ gering eingestellten Atemvolumenströmen ist dagegen während der Exspiration bei der für die Exspiration charakteristischen Frequenz f_ex lediglich ein Pegel SPL_e2 und während der Inspiration bei der für die Inspiration charakteristischen Frequenz f_in ein Pegel SPL_i2 messbar. Anhand dieser gemessenen Parameter lässt sich die Strömung eindeutig charakterisieren.During respiration with relatively low adjusted tidal flow rates, on the other hand, during exhalation at the frequency f _ex characteristic for expiration, only one level SPL _e2 and during inspiration at the frequency f characteristic for inspiration can be measured _in a level SPL _i2 . Based on these measured parameters, the flow can be clearly characterized.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer als Flöte wirkenden Hohlstruktur 10 als Mittel zur strömungsinduzierten Schallerzeugung. Deren Wandung 11 weist zwei gegeneinander schräg gestellte schlitzförmige Einkerbungen 12, 12' unterschiedlicher Tiefe auf. Die Tiefe der Einkerbungen 12, 12' bestimmt die Frequenz der jeweiligen emittierten akustischen Signale, wogegen die Orientierungsrichtung im Zusammenhang mit der jeweiligen Strömungsrichtung für die Auswahl der zur Schallemission beitragenden Einkerbung beiträgt. Auf diese Weise lässt sich durch selektive Erregung einzelner schräg stehender Einkerbungen 12 oder 12' ein akustisches Signal erzeugen, dessen Frequenz von der Strömungsrichtung und dessen Intensität von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Das Beispiel ist also als eine passive Schallquelle in Form einer Mikroflöte zu verstehen, die bei der Ein- oder Ausatmung unterschiedliche Töne erzeugt, wobei unterschiedliche Lautstärken der Töne unterschiedlichen Volumenströmen entsprechen. 3 shows a schematic representation of acting as a flute hollow structure 10 as a means of flow-induced sound generation. Their wall 11 has two slotted grooves that are inclined against each other 12 . 12 ' different depths. The depth of the notches 12 . 12 ' determines the frequency of the respective emitted acoustic signals, whereas the orientation direction in connection with the respective flow direction contributes to the selection of the sound emission contributing to the notch. In this way can be achieved by selective excitation of individual inclined notches 12 or 12 ' generate an acoustic signal whose frequency is from the direction of flow and its intensity depends on the flow rate. The example is thus to be understood as a passive sound source in the form of a micro-blower, which generates different sounds during inhalation or exhalation, with different volumes of the tones corresponding to different volume flows.

In 4 ist dargestellt, wie die als Flöte wirkende Hohlstruktur 10 mit Hilfe eines mehrteiligen Haltesystems 13 in Strömungsrichtung symmetrisch im lungenseitigen Ende des Tubusrohres 1 angeordnet ist. Das mehrteilige Haltesystem kann beispielsweise aus Blech bestehen.In 4 is shown as the acting as a flute hollow structure 10 with the help of a multi-part holding system 13 in the flow direction symmetrical in the lungsseitigen end of Tubusrohres 1 is arranged. The multi-part holding system may for example consist of sheet metal.

5 zeigt die gleiche Anordnung in Form einer Schnittdarstellung, wobei die Schnittdarstellung mit Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft. In der Anordnung ist die als Flöte wirkende Hohlstruktur 10 in Form einer miniaturisierten Flöte entlang der Hauptachse symmetrisch in dem Kanal zur Atemgasführung, der durch die Wand des Tubusrohres 1 gebildet wird, angeordnet. Eine derartige Mikroflöte kann dergestalt ausgeformt sein, dass sie, ähnlich einer Hundepfeife, Schallwellen im Ultraschallbereich erzeugt, wodurch keine zusätzliche Geräuschbelastung im Klinikalltag entsteht. 5 shows the same arrangement in the form of a sectional view, wherein the sectional view with plane perpendicular to the flow direction. In the arrangement, the hollow structure acting as a flute 10 in the form of a miniaturized flute along the major axis symmetrical in the breathing gas duct, passing through the wall of the tube tube 1 is formed, arranged. Such a micro-solder can be shaped in such a way that, similar to a dog whistle, it generates sound waves in the ultrasound range, whereby no additional noise pollution occurs in everyday clinical practice.

Alternativ ist auch eine asymmetrische Anordnung außerhalb der Mitte des Strömungsweges möglich.alternative an asymmetrical arrangement outside the middle of the flow path is also possible.

6 zeigt eine Drei-Seiten-Ansicht einer Anordnung zur strömungsinduzierten Schallerzeugung mit elastisch auslenkbaren Zungen 14, 14' als eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mittels zur strömungsinduzierten Schallerzeugung. Diese Anordnung arbeitet nach dem Prinzip einer Mundharmonika, wobei in zwei getrennten Kanälen 15, 15' Metallstreifen unterschiedlicher Größe und Dicke als durchschlagende Zunge 14, 14' angebracht sind, die von der Durchströmung zur Schwingung erregt werden und somit Schallwellen erzeugen. Die Kanäle 15, 15' werden von einer Kapselung 16 gebildet, die zumindest in der Nähe der Schallerzeugung für eine Strömungsführung sorgt. 6 shows a three-side view of an arrangement for flow-induced sound generation with elastically deflectable tongues 14 . 14 ' as a further embodiment of the inventive means for flow-induced sound generation. This arrangement works on the principle of a harmonica, whereby in two separate channels 15 . 15 ' Metal strips of different size and thickness as a piercing tongue 14 . 14 ' are attached, which are excited by the flow to vibration and thus generate sound waves. The channels 15 . 15 ' be from an encapsulation 16 formed, which ensures at least in the vicinity of the sound generation for a flow guidance.

7 verdeutlicht, dass die Anbringung einer derart gekapselten Zungenanordnung analog der miniaturisierten Flöte in einem Kanal zur Atemgasführung, der durch die Wand des Tubusrohres 1' gebildet wird, erfolgen kann. Die Befestigung wird mit Hilfe eines mehrteiligen Haltesystems 13' vorgenommen. 7 illustrates that the attachment of such an encapsulated tongue arrangement analogous to the miniaturized flute in a channel for breathing gas, passing through the wall of Tubusrohres 1' is formed, can take place. The attachment is made by means of a multi-part holding system 13 ' performed.

8 zeigt eine Zwei-Seiten-Darstellung eines für eine strömungsinduzierte Schallerzeugung modifizierten zweiflügligen Propellers 17. Dieser wird durch die zu messende Gasströmung in Rotation versetzt, wobei der Drehsinn von der Strömungsrichtung abhängt. Der Propeller 17 ist so ausgeführt, dass er ein ausreichend niedriges Trägheitsmoment aufweist, um atemzugaufgelöste Messungen mit wechselnder Drehrichtung zu ermöglichen. Die Flügel sind mit jeweils einer stumpf endenden Einkerbung 18, 18' versehen. Die Einkerbungen 18, 18' sind asymmetrisch und gegensinnig angeordnet und weisen unterschiedliche Abmessungen auf. Durch die gegensinnige Anordnung kommt es im Falle der Rotation immer nur an einer Einkerbung zu einer auswertbaren Schallereugung. Frequenz und Pegel des akustischen Signals hängen von der Drehrichtung und der Drehzahl ab und ermöglichen die Emittlung von Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit am Ort der Anordnung. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann ein derartiger Propeller auf den umströmten Flügelflächen verschiedene andere Mittel zur Strömungsbeeinflussung aufweisen, die richtungs- und geschwindigkeitsabhängige Schallemissionen bewirken. Das können beispielsweise kleine Zaun- oder Lamellenanordnungen sein. 8th shows a two-sided view of a modified for a flow-induced sound generation two-bladed propeller 17 , This is rotated by the measured gas flow in rotation, the direction of rotation depends on the flow direction. The propeller 17 is designed so that it has a sufficiently low moment of inertia to allow breath-resolved measurements with alternating directions of rotation. The wings are each with a blunt ending notch 18 . 18 ' Mistake. The notches 18 . 18 ' are arranged asymmetrically and in opposite directions and have different dimensions. Due to the opposing arrangement, in the case of rotation, only one notch results in an evaluable sound reverberation. Frequency and level of the acoustic signal depend on the direction of rotation and the speed and allow the determination of flow direction and flow velocity at the location of the arrangement. In a modification of the exemplary embodiment, such a propeller can have various other means for influencing the flow on the flowed-over wing surfaces, which effect direction-dependent and speed-dependent sound emissions. This can be, for example, small fence or lamellar arrangements.

9 zeigt die Anordnung eines für eine strömungsinduzierte Schallerzeugung modifizierten zweiflügligen Propellers 17 in einem Kanal zur Atemgasführung, der durch die Wand des Tubusrohres 1'' gebildet wird. Die Befestigung wird mit Hilfe eines mehrteiligen Haltesystems 13'' vorgenommen. 9 shows the arrangement of a modified for a flow-induced sound generation two-bladed propeller 17 in a channel for breathing gas flow, through the wall of Tubusrohres 1'' is formed. The attachment is made by means of a multi-part holding system 13 '' performed.

10 zeigt eine Zwei-Seiten-Darstellung eines für eine strömungsinduzierte Schallerzeugung ausgelegten deformierbaren Bauteils in Form eines miniaturisierten Biegebalkens 19, der mit einer konischen Bohrung 20 versehen ist. 10 shows a two-sided view of a designed for a flow-induced sound generation deformable component in the form of a miniaturized bending beam 19 that with a conical bore 20 is provided.

11 zeigt die Art und Weise der Anbringung eines derartigen Biegebalkens 19 in einem Kanal zur Atemgasführung, der durch die Wand des Tubusrohres 1''' gebildet wird. Der Biegebalken 19 ist einseitig an der Wand des Tubusrohres 1''' befestigt. Die Achse der konischen Bohrung 20 verläuft im entspannten Zustand des Biegebalkens 19 parallel zur Strömungsrichtung. Durch die unterschiedlichen Öffnungsweiten der konischen Bohrung 20 kommt es in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung zur Entstehung akustischer Signale mit unterschiedlicher Frequenz. Gleichzeitig bewirkt die auf den Biegebalken 19 einwirkende Strömung eine Deformation des Biegebalkens 19, wobei die Auslenkung von der Strömungsgeschwindigkeit bestimmt wird. Durch diese Auslenkung wird die Achse der konischen Bohrung 20 unterschiedlich stark gegen die Strömungsrichtung verschwenkt, was ebenfalls einen Einfluss auf die Frequenz des erzeugten Signals hat. Zusätzlich beeinflusst die Strömungsgeschwindigkeit den Pegel des erzeugten Signals. Die Strömungsrichtung bestimmt in dieser Anordnung einen richtungsabhängigen Frequenzbereich, innerhalb dessen eine geschwindigkeitsabhängige Feinstimmung erfolgt. Allein aus der Frequenzanalyse lässt sich somit eine Aussage über Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit am Ort der konischen Bohrung 20 treffen. 11 shows the manner of attachment of such a bending beam 19 in a channel for breathing gas flow, through the wall of Tubusrohres 1''' is formed. The bending beam 19 is unilaterally on the wall of Tubusrohres 1''' attached. The axis of the conical bore 20 runs in the relaxed state of the bending beam 19 parallel to the flow direction. Due to the different opening widths of the conical bore 20 Depending on the flow direction, acoustic signals with different frequencies occur. At the same time it causes the bending beam 19 acting flow a deformation of the bending beam 19 , where the deflection is determined by the flow velocity. This deflection makes the axis of the conical bore 20 pivoted differently strong against the flow direction, which also has an influence on the frequency of the signal generated. In addition, the flow rate affects the level of the generated signal. The flow direction in this arrangement determines a direction-dependent frequency range within which a speed-dependent fine tuning takes place. Alone from the frequency analysis can thus be a Statement about flow direction and flow velocity at the location of the conical bore 20 to meet.

Claims

Device for measuring ventilation parameters during the ventilation of a patient with a tube insertable into the respiratory tract of the patient ( 2 ), characterized in that in the flow path in the interior of the tube, a means for flow-induced sound generation ( 5 ) is integrated.

Device for measuring ventilation parameters according to claim 1, characterized in that the means for flow-induced sound generation ( 5 ) near the lung end of the tube ( 1 ) is arranged.

Device for measuring ventilation parameters after Claim 1 or 2, characterized in that means for measuring the frequency and / or the level of the generated during the flow to be measured Sounds are present.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized that the means for flow-induced Sound generation is designed so that it emits sound waves, their frequency from the flow direction depends.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the means for flow-induced Sound generation is designed so that it emits sound waves, whose amplitude is at least in an evaluable frequency range in clearly from the flow rate depends.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized that the means for flow-induced Sound generation is designed so that it emits sound waves, whose frequency depends on the flow velocity depends.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the means for flow-induced generation of sound acts as a flute hollow structure ( 10 ).

Device according to claim 7, characterized in that the hollow structure acting as a flute ( 10 ) Notches ( 12 . 12 ' ), which allow a dependent of the flow direction and the flow velocity of acoustic emission.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the means for flow-induced sound generation elastically deflectable tongues ( 14 . 14 ' ).

Device according to one of claims 1 to 6, characterized that the means for flow-induced Sound generation at least one to be rotated by the flowing gas in rotation Component, whose speed in a unique way from the flow velocity depends.

Device according to claim 10, characterized in that that means for detecting the direction of rotation of the flowing gas In rotation to be offset component are included.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized that the means for flow-induced Sound generation at least one provided for generating sound openings includes deformable component, depending on the flow direction occupies different positions, with different Alignment of the sound generating contributing openings different sound frequencies are emitted.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized that at least one means for flow-induced sound generation for one Sound generation in the ultrasonic range is designed.

Device according to one of claims 1 to 13, characterized that the means for measuring the generated sound at least one Microphone includes.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized that an evaluation unit is present, in which a determination the flow parameter to be measured by processing the measured acoustic parameters.