DE102006011900A1

DE102006011900A1 - IOS-Messplatz und IOS-Messverfahren

Info

Publication number: DE102006011900A1
Application number: DE200610011900
Authority: DE
Inventors: Eckard Glaser; Jürgen Dr. Reinstädtler
Original assignee: Viasys Healthcare GmbH
Current assignee: Vyaire Medical GmbH
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-09-20
Also published as: WO2007104291A1; DE112007001192A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen IOS-Messplatz mit einer Flussröhre (2) und einem Druck-Fluss-Messkopf (4), der mit der Flussröhre pneumatisch verbunden ist. Ein Ventil (9) verbindet die Flussröhre (2) mit einer Druckluftquelle (14) oder trennt die Flussröhre (2) von der Druckluftquelle (10, 14), um Luftdruckschwankungen in der Flussröhre zu erzeugen.

Description

Das technische Gebiet der Erfindung sind Impuls-Oszillometrie-Messplätze (IOS-Messplätze) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie IOS-Messverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 6. IOS-Messplätze und IOS-Messverfahren dienen der Bestimmung von Atemwegswiderständen.
IOS-Messplätze werden beispielsweise unter dem Produktnamen MasterScreen IOS durch die VIASYS Healthcare GmbH (http://www.jaeger-toennies.com/german/PRODUKTE/Pneumologie/Impulsoszillometrie/IOS/ios.htm) vertrieben.

Ein IOS-Messplatz gemäß dem Stand der Technik ist beispielhaft in 2 dargestellt. Das Herzstück des Messplatzes ist eine Flussröhre 2, die wiederum einen Druck-Fluss-Messkopf 4, ein Mundstück 3, ein Y-Stück 8 sowie einen Abschlusswiderstand 20 umfasst. An der Flussröhre 2 ist ferner ein Lautsprecher 18 zur Erzeugung von Luftdruckschwankungen angeschlossen. Der Abschlusswiderstand 20 verhindert einen akustischen Kurzschluss und sorgt dafür, dass ein nennenswerter Anteil der vom Lautsprecher 18 erzeugten Schallenergie durch die Flussröhre 2 in die Atemwege des Patienten 23 gelangt und für eine Messung zur Verfügung steht.

Der Druck-Fluss-Messkopf 4 erfasst sowohl den Differenzdruck zwischen dem Inneren der Flussröhre 2 und der Umgebung als auch vorzeichenrichtig den Luftfluss vom und zum Patienten 23. In der in 1 dargestellten, bekannten Ausführungsform erfolgt die Luftflussmessung mittelbar über die Messung des Druckabfalls an einer porösen Scheibe 7. Der Druckabfall wird über den Differenzdrucksensor 5 erfasst.

Bei Bedarf kann ein Aerosol-Provokationssystem (APS) 16 angeschlossen werden, das ebenfalls durch die VIASYS Healthcare GmbH vertrieben wird. Der Messplatz wird durch einen Computer 13 gesteuert. Es steht eine komfortable Auswertungs- und Darstellungssoftware zur Verfügung.

Der Lautsprecher gibt einen Schallimpuls einer Länge von 45 ms mit einem Frequenzspektrum von 0-100 Hz ab. Der Impuls wird nach 0,1 bis 10 Sekunden wiederholt. Der Luftflussmessbereich beträgt ±20l/s. Im Bereich zwischen 0,2 bis 12 l/s beträgt die Genauigkeit ±2%. Die Munddruckmessung erfolgt im Bereich von ±2 kPa mit einer Genauigkeit von weniger als ±2%.

Mit einem solchen IOS-Messplatz können unter anderem der Betrag der respiratorischen Impedanz Z5, der totale Atemwiderstand R5, der proximale Atemwiderstand R20, die distale kapazitive Reaktanz X5 sowie die Resonanzfrequenz Fres bestimmt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen kompakteren IOS-Messplatz sowie ein entsprechendes IOS-Messverfahren anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorteilhaft an einem Ventil verglichen mit einem Lautsprecher ist die kleinere Bauform. Dies führt dazu, dass die Druckschwankungen näher am Mund des Patienten erzeugt werden können und deshalb auch die Flussröhre kürzer ausgeführt sein kann. Somit beeinflusst das Flussmessgerät den Atemvorgang weniger stark und liefert aussagekräftigere Messwerte.

Vorteilhaft an einem Tank oder Reservoir, der bzw. das mit dem Einlass des Ventils verbunden ist, ist, dass so stärkere Luftdruckschwankungen erzeugt werden können. Der Tank speichert nämlich Luft unter Überdruck und kompensiert so den Flusswiderstand eines Zuleitungsschlauchs z. B. zwischen der Druckluftversorgung eines Krankenhauses und dem IOS-Messplatz, wenn das Ventil nur kurzzeitig geöffnet wird.

Die ideale Impulsform einer Luftdruckschwankung ist eine Dirac'sche Delta-Funktion. Die Luftdruckschwankung, die eine Öffnung des Ventils für 10 ms erzeugt, kommt dieser idealen Impulsform näher als die mit einem Lautsprecher erzeugte Impulsform.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen IOS-Messplatz; und
2 einen bekannten IOS-Messplatz.
Der wesentliche Unterschied zwischen dem in 2 dargestellten, herkömmlichen IOS-Messplatz und dem in 1 dargestellten, erfindungsgemäßen IOS-Messplatz besteht darin, dass der Lautsprecher durch ein Ventil 9 ersetzt wurde. Das Ventil 9 verbindet die Flussröhre 2 über einen Tank 10, einen Anschluss 15 mit einer Druckluftquelle 14. Bei der Druckluftquelle 14 kann es sich beispielsweise um die Druckluftversorgung einer Klinik oder um eine Gasflasche oder Gaspatrone handeln. Der Anschluss 15 stellt eine lösbare Verbindung zur Druckluftquelle 14 dar, um dem IOS-Messplatz eine gewisse Beweglichkeit zu geben.
Beim kurzzeitigen Öffnen des Ventils 9 entsteht in der Flussröhre 2 ein Druckimpuls, der zur Bestimmung verschiedener Parameter der Atemwege des Patienten verwendet wird. Die Öffnungszeit des Ventils zwischen Öffnen und Schließen kann beispielsweise 10 ms betragen. Unter der Annahme, dass während des Öffnens des Ventils ein konstanter Luftstrom fließt, ergibt sich ein Frequenzspektrum von A/f·sin(2π(10ms)f), wobei A die Amplitude und f die Frequenz ist. Die Nullstellen liegen bei k·100Hz, wobei k = 1, 2, 3... . Für die Diagnose sind vor allem Frequenzanteile bis 35Hz von Interesse. Ein Verkürzen der Öffnungszeit unter 10 ms bringt wenig. Es bewirkt, dass die Nullstellen im Frequenzspektrum zu höheren Frequenzen wandern und insgesamt ein breiteres Frequenzspektrum erzeugt wird. Eher wird umgekehrt ein Schuh daraus: Das Öffnungs- und Schließverhalten des Ventils und damit die Form der Druckwelle wird vorteilhafterweise so ausgelegt, dass die Frequenzanteile hauptsächlich unterhalb von 35Hz im Spektrum enthalten sind. Das Öffnen und Schließen des Ventils 9 wird über Computer 13 gesteuert.
Die Auswertung kann erfolgen, indem aus dem vom Druck-Fluss-Messkopf 4 gelieferten Druck- und Flusssignal bei 5 Hz und 20 Hz je ein komplexer Koeffizient berechnet wird. Aus den bei 5 Hz berechneten komplexen Koeffizienten wird dann die respiratorische Impedanz Z5, der totale Atemwiderstand R5 sowie die distale kapazitive Reaktanz X5 berechnet. Aus den bei 20 Hz berechneten komplexen Koeffizienten wird der proximale Atemwiderstand R20 berechnet.
Um die Diagnosequalität zu erhöhen, können sowohl das Druck- als auch das Flusssignal einer schnellen Fouriertransformation (FFT) unterworfen werden und Atmungsparameter wie die respiratorische Impedanz, der Atemwiderstand und die Reaktanz in Abhängigkeit von der Frequenz grafisch dargestellt werden.
Der Tank 10 dient als Druckreservoir und senkt so die Impedanz der Druckluftquelle 14 beim kurzzeitigen Öffnen des Ventils 9. Der Tank 10 kann wie in 1 dargestellt seriell zwischen dem Anschluss 15 und dem Ventil 9 hängen. Der Tank 10 kann im einfachsten Fall durch das Volumen eines Zuleitungsschlauchs mit ausreichend großem Radius zwischen dem Anschluss zur Druckluftversorgung einer Klinik und dem Ventil 9 gebildet werden, um den Flusswiderstand des Ventils im Anschluss zur Druckluftversorgung der Klinik zu kompensieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Rückschlagventil 21 vorgesehen, das verhindert, dass Luft aus dem Tank 10 durch den Anschluss 15 abgegeben wird, wenn der Anschluss 15 offen ist. Das Rückschlagventil kann – wie in 1 gezeigt – im Tank 10, im Verbindungsschlauch zwischen dem Tank 10 und dem Anschluss 15 oder im Anschluss 15 untergebracht sein. Wenn bei dieser Ausführungsform der Tank 10 ausreichend groß dimensioniert ist, kann der Tank 10 selbst für eine gewisse Zeit als Druckluftquelle dienen und so der IOS-Messplatz 1 eine gewisse Zeit unabhängig beispielsweise von der Druckluftversorgung einer Klinik betrieben werden, bevor der Tank 10 wieder nachgefüllt werden muss.
In einer anderen Ausführungsform weist der Tank 10 lediglich einen Anschluss auf, der über ein zweites Y-Stück sowohl mit dem Einlass des Ventils 9 als auch mit dem Anschluss 15 pneumatisch verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Rückschlagventil im Anschluss 15 oder im Verbindungsschlauch zwischen Y-Stück und Anschluss 15 untergebracht. Der eingesetzte Druck-Fluss-Messkopf 4 kann, wie in 2 dargestellt, eine poröse Scheibe 7 als Luftflusswiderstand und einen Differenzdrucksensor 5 zur Bestimmung des Luftflusses aus einem Differenzdruck sowie einen weiteren Differenzdrucksensor 19 zur Messung des Differenzdrucks zwischen dem Munddruck und dem Umgebungsdruck umfassen. Beide Differenzdrucksensoren sind lage- und temperaturkompensiert. Der Differenzdrucksensor 19 ist möglichst nahe am Mundstück angebracht, um den Druckabfall zwischen Mund und Differenzdrucksensor 19 gering zu halten. Die Differenzdrucksensoren 5 und 19 können durch drei Drucksensoren ersetzt werden, wobei letztere die Drücke links und rechts der porösen Scheibe 7 sowie den Umgebungsdruck messen, was aber im Augenblick zu höheren Kosten führt. In einer weiteren Ausführungsform können Differenzdrucksensor 5 oder Differenzdrucksensor 19 durch je zwei Drucksensoren ersetzt werden.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird ein Differenzdrucksensor 19 sowie ein Ultraschall-Spirometer 17 zur Erfassung des Munddrucks beziehungsweise des Luftflusses eingesetzt.
Bei bekanntem Luftfluss kann der mit dem Differenzdrucksensor 19 gemessene Druck um den Druckabfall an dem Stück der Flussröhre zwischen dem Differenzdrucksensor 19 und dem Mundstück 3 kompensiert werden.
In weiteren Ausführungsformen können andere Flusssensortypen, beispielsweise Rotationsfrequenzgeber (RFG) oder heizdrahtbasierte Flusssensoren eingesetzt werden.
Die Flussröhre 2 kann in einem Widerstandsrohr 11 enden, das einen geringeren Durchmesser als der Rest der Flussröhre 2 aufweist. Aufgrund des geringeren Durchmessers weist das Widerstandsrohr 11 einen nennenswerten Strömungswiderstand auf und dient damit als Abschlusswiderstand 20. Zusätzlich oder alternativ kann ein poröser Körper 12 als Abschlusswiderstand 20 dienen.
Wie in der 1 dargestellt, kann das Y-Stück 8 so geformt sein, dass die vom Ventil 9 kommende Druckwelle vor allem zum Patienten 23 und weniger zum Widerstandsrohr 11 gelenkt wird. Dies wird in 1 durch die als Spiegel wirkende diagonale Grenzfläche des Y-Stücks erreicht. In einer anderen Ausführungsform kann das Ventil 9 auf der durch die Flussröhre vorgegebenen Achse angebracht sein, wohingegen das Widerstandsrohr unter einem Winkel gegenüber dieser Achse angeordnet ist.
Auch bei der in 1 dargestellten Ausführungsform kann ein APS 16 eingesetzt werden. Da bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Anschluss an eine Druckluftquelle 14 nötig ist, kann die Druckluftquelle 14 auch zur Zerstäubung von Medizin oder Reizstoffen im APS 16 eingesetzt werden. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau des APS, weil lediglich ein Schlauch 22 zum Anschluss des APS beispielsweise über den Tank 10 an die Druckluftquelle 14, aber kein Kompressor mehr nötig ist. Der Tank 10 kann auch für das APS vorübergehend als Druckluftquelle dienen.
Die Erfindung wurde zuvor anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Für einen Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Deshalb wird der Schutzbereich durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre Äquivalente festgelegt.

1: IOS-Messplatz
2: Flussröhre
3: Mundstück
4: Druck-Fluss-Messkopf
5: Differenzdrucksensor
7: poröse Scheibe
8: Y-Stück
9: Ventil
10: Tank
11: Widerstandsrohr
12: poröse Körper
13: Computer
14: Druckluftquelle
15: Anschluss
16: APS
17: Ultraschall-Spirometer
18: Lautsprecher
19: Differenzdrucksensor
20: Abschlusswiderstand
21: Rückschlagventil
22: Schlauch
23: Patient

Claims

IOS-Messplatz mit: einer Flussröhre (2); einen Druck-Fluss-Messkopf (4), der mit der Flussröhre pneumatisch verbunden ist; einer Einrichtung zur Erzeugung von Luftdruckschwankungen in der Flussröhre (2); dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung von Luftdruckschwankungen ein Ventil (9) mit einem Einlass und einem Auslass umfasst, wobei der Auslass pneumatisch mit der Flussröhre (2) verbunden ist und der Einlass mit einer Druckluftquelle (10, 14) verbindbar ist.
IOS-Messplatz gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tank (10) mit dem Einlass des Ventils (9) pneumatisch verbunden ist.
IOS-Messplatz gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IOS-Messplatz ferner eine Steuerung (13) umfasst, die das Ventil (9) wiederholt für 10 Millisekunden öffnet.
IOS-Messplatz gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck-Fluss-Messkopf (4) ein Ultraschall-Spirometer (17) zur Messung des Luftflusses umfasst.
IOS-Messplatz gemäß einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IOS-Messplatz ein APS aufweist, das mit der Druckluftquelle (10, 14) pneumatisch (22) verbunden ist.
IOS-Messverfahren mit: Messen des Drucks und des Atemflusses in einer Flussröhre (2) mit einem Druck-Fluss-Messkopf (4); Erzeugen von Luftdruckschwankungen in der Flussröhre (2); dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdruckschwankungen durch das Öffnen und Schließen eines Ventils (9) erzeugt werden, wobei das Ventil (9) die Flussröhre (2) beim Öffnen mit einer Druckluftquelle (14) pneumatisch verbindet und beim Schließen die Flussröhre (2) von der Druckluftquelle (14) trennt.
IOS-Messverfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Luft bei geschlossenem Ventil (9) von der Druckluftquelle (14) in einen Tank (10) fließt und bei geöffneten Ventil (9) von dem Tank (10) in die Flussröhre (2) fließt.
IOS-Messverfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil für 10 ms geöffnet wird.
IOS-Messverfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Atemfluss mit einem Ultraschall-Spirometer (17) oder einem Rotationsfrequenzgeber gemessen wird.