DE102007012210B4

DE102007012210B4 - Transportabler Pneumotachograph zur Messung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens sowie ein Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE102007012210B4
Application number: DE102007012210A
Authority: DE
Inventors: Gunther Dr. Becher; Stefan Dietze; Rüdiger EICHLER; Werner STEINHÄUSSER
Original assignee: FILT LUNGEN und THORAXDIAGNOST; FILT LUNGEN- und THORAXDIAGNOSTIK GmbH
Current assignee: Circassia AB
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: DE102007012210A1

Abstract

Transportabler Pneumotachograph zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens aufweisend
– einen Prozessor (3),
– ein ausatemseitig am Pneumotachographen (1) angebrachtes PEEP-Ventil (4),
– einen einatemseitig am Pneumotachographen (1) angebrachten Filter (5) zum Entfernen des Anteils an zu bestimmendem Bestandteil in der Inspirationsluft,
– mindestens einen im oder am Pneumotachographenrohr (6). angebrachten Sensor (7), wobei bei einem am Pneumotachographenrohr (6) angeordneten Sensor (7) das Pneumotachographenrohr (6) sensorseitig eine Öffnung (8) aufweist und/oder mindestens ein im Pneumotachographenrohr (6) eingerichtetes Mittel zur Probennahme und ferner
– eine optische und/oder akustische Kontrolle (9) des Exspirationsstroms.

Description

Die Erfindung betrifft einen transportablen Pneumotachographen sowie ein Verfahren zur Messung von Bestandteilen, insbesondere von NO, des Exspirationsvolumens.
Stickoxide und andere gasförmige Verbindungen in der Ausatemluft werden zur Beurteilung des physischen Zustandes des Menschen herangezogen, denn sie sind Indikatoren für Stoffwechselprozesse im Organismus, Störungen und Erkrankungen des Menschen. Stationäre Geräte zur diagnostischen Gasanalyse der Ausatemluft sind bekannt und seit langer Zeit auf dem Markt erhältlich.
Ein transportabler Gasanalysator mit einem NO-Sensor ist in der EP 1 439 781 B1 beschrieben, bei dem der Patient bei einer vorgeschriebenen Strömungsgeschwindigkeit und einem vorgeschriebenen Druck ausatmet. Nachteilig an dem dort beschriebenen Gerät ist, dass keine spirometrischen Messdaten erfasst werden können, die eine Korrelation von erfasstem Messwert zu dem entsprechenden erkrankten Lungenbereich ermöglichen.
In der EP 0 973 444 B1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des NO-Gehaltes in der Ausatemluft mit einer Erstvorrichtung, um den Stickoxidanteil im zeitlichen Verlauf während der Exhalationsphase zu bestimmen, offenbart, wobei während der Anfangsphase die Exhalation gegen keinen oder nur einen geringen Gegendruck und danach gegen einen Widerstand oder Gegendruck erfolgt.
Auch sind Geräte zur Lungenfunktionsanalyse, der Spirometrie seit Jahren in der Praxis in der Verwendung.
Die Spirometrie ist ein Verfahren zur Lungen-Funktionsprüfung. Dabei werden Lungen- und Atemvolumina gemessen und graphisch im Spirogramm dargestellt. Zur Erfassung der Lungenvolumina wird ein Spirometer oder auch Pneumotachograph benötigt.
Der Patient atmet über ein Mundstück in ein Atemrohr, wobei die Nase mit einer Nasenklemme verschlossen wird. Dabei misst das Spirometer elektronisch über einen Flusssensor die Luftströmungsgeschwindigkeit, mit der ein- und ausgeatmet wird, und daraus wird die Menge der geatmeten Luft pro Zeit berechnet. Die Luftmengen, die bei diesen Atemzügen bewegt werden, bildet das Gerät grafisch ab. So kann auch ein direkter Vergleich der Messwerte aus verschiedenen Tests erfolgen.
Durch Messung der Luftströmungsgeschwindigkeit oder Ausatemgeschwindigkeiten und der Lungenvolumina ist es dem Arzt möglich, Erkrankungen der Lunge zu diagnostizieren und in ihrem Verlauf zu kontrollieren. Folgende Werte können mit Hilfe der Spirometrie gemessen werden:
Atemzugvolumen (AZV): Es entspricht dem ein- bzw. ausgeatmeten Volumen bei normalem Atemzug.
Inspiratorisches Reservevolumen (IRV): Dies ist das Volumen, das nach normaler Einatmung noch zusätzlich eingeatmet werden kann.
Expiratorisches Reservevolumen (ERV): Es ist das Volumen, das nach normaler Ausatmung noch zusätzlich ausgeatmet werden kann.
Inspiratorische Kapazität (IC): Sie ist definiert als das Volumen, das nach normalem Ausatmen maximal eingeatmet werden kann.
Vitalkapazität (VC) ist das Volumen, das nach maximaler Einatmung maximal ausgeatmet werden kann.
Einsekundenkapazität (FEV1, Tiffeneau-Test) ist das Volumen, das bei maximaler Einatmung in einer Sekunde maximal ausgeatmet werden kann.
Diese Messgrößen helfen beispielsweise, zwischen den beiden Hauptgruppen von Lungenerkrankungen zu unterscheiden:
Obstruktive Lungenerkrankungen: Sie werden durch eine Verengung der Atemwege verursacht, z. B. durch Asthma oder COPD.
Restriktive Lungenerkrankungen: Dabei sind Lunge und/oder Brustkorb vermindert dehnbar. Beispiele sind Lungenverhärtung (Lungenfibrose), Flüssigkeitsansammlung im Lungenspalt (Pleuraerguss) oder ein hoch stehendes Zwerchfell (Zwerchfellparese).
Bei der Spirometrie atmet der Patient über ein Mundstück ein bzw. aus. Das Mundstück ist mit einem Spirometer verbunden und in den meisten Fällen mit einem Bakterienfilter versehen. Zur Erfassung der verschiedenen Messgrößen muss der Patient die Anweisungen des Untersuchenden bezüglich Ein- und Ausatmung genau befolgen. Sonst werden falsche Werte gemessen, die wiederum zu falschen Rückschlüssen bei der Behandlung führen können. Die Untersuchung hängt somit von einer guten Mitarbeit des Patienten ab.
Ein weiteres Gerät zur Messung von NO im Ausatemvolumen ist in der US-Schrift 6 010 459 beschrieben. Hier erfolgt eine Spirometrie nach der Messwerterfassung. Der Patient atmet dort synthetische mit NO versetzte und nachträglich befeuchtete Luft ein. Bei Ausatmen muss der Patient einen definierten Druck im Messgerät erzeugen, vorgeblich, damit sich das Gaumen-Rachensegel beim Ausatmen schließt und keine, die Messung verfälschende Luft des Nasen-Rachenraums in den Ausatemstrom gerät, in welchem die NO-Konzentration das bis zu 100 fache im Vergleich zur Lungenausatemluft betragen kann. Nachteilig an diesem Gerät ist die Ortsgebundenheit, da zur Messung das synthetische Gas zum Einatmen verwendet werden muss.
Zudem liegt mit den 2005 veröffentlichten Guidelines der ATS/ERS (Exhaled breath condensate: methodological recommendations and unresolved questions. I. Horvath, J. Hunt and P. J. Barnes, On behalf of the ATS/ERS Task Force an Exhaled Breath Condensate, Eur Respir J 2005; 26: 523–548) erstmals eine Gesamtdarstellung der Methoden zur Atemkondensatdiagnostik vor. Guidelines zur NO-Messung sind in den Schriften: ”ATS Workshop Proceedings: Exhaled Nitric Oxide and Nitric Oxide Oxidative Metabolism in Exhaled Breath Condensate: Executive Summary. Am J Respir Crit Care Med. 2006 Apr 1;173(7):811–813” und ”American Thoracic Society Documents: ATS Workshop Proceedings: Exhaled Nitric Oxide and Nitric Oxide Oxidative Metabolism in Exhaled Breath Condensate. Proc Am Thorac Soc Vol 3. pp 131–145, 2006” dargelegt.
Es ist zu konstatieren, dass die Standardisierung der Probennahme, Probenlagerung und Analytik noch zu verbessern ist. Die Standardisierung der Probennahme muss zukünftig ebenfalls erfolgen. Speziell bei der Analytik ist daher den verwendeten Verfahren und deren Validierung mehr Aufmerksamkeit zu schenken.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zu Grunde, einen Pneumotachographen zum Messen von Bestandteilen des Ausatemvolumens anzugeben, der transportabel und handlich ist und eine Korrelation von erfassten Messdaten eines oder mehrerer Bestandteile des Ausatemstromes mit einer Lungenfunktionsprüfung erlaubt, wobei die Analytik unter Beachtung standardisierender Guidelines erfolgen kann und eine Lokalisierung des Krankheitsherdes ermöglicht.
Gelöst wird das technische Problem, indem die Erfindung einen transportablen Pneumotachographen zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens angibt, der einen Prozessor, ein ausatemseitig am Pneumotachographen angebrachtes PEEP-Ventil, einen einatemseitig am Pneumotachographen angebrachten Filter zum Entfernen des Anteils an zu bestimmendem Bestandteil in der Inspirationsluft, mindestens einen im oder am Pneumotachographenrohr angebrachtem Sensor, wobei bei einem am Pneumotachographenrohr angeordneten Sensor das Pneumotachographenrohr sensorseitig eine Öffnung aufweist und/oder mindestens ein im Pneumotachographenrohr eingerichtetes Mittel zur Probennahme und eine optische und/oder akustische Kontrolle des Exspirationsstroms.
Kernstück des transportablen Pneumotachographen zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens ist ein Pneumotachograph, vorzugsweise mit einem austauschbaren Mundstück, in dem ein Bakterienfilter eingesetzt ist. Durch den Pneumotachographen atmet der Patient ein und aus. Einatemseitig ist am Pneumotachographen ein Filter zum Herausfiltern des zu messenden Bestandteils aus der Umgebungsluft vorgesetzt. Im Pneumotachographen ist in Strömungsrichtung der Ausatmung hinter den im Pneumotachographenrohr zur Erzeugung eines Strömungswiderstandes befindlichen Lamellen oder Gitter im Rohr, beispielsweise in der Strömungsmitte, oder in der Rohrwand ein Sensor und/oder eine Probennahme, beispielsweise in Form einer Kanüle, die vorzugsweise in den Strömungskanal des Pneumotachographenrohres hineinragt, eingerichtet. Das bedeutet, dass bei der ersten Ausführung der Sensor oder die Sensoren oder deren empfindliche Schicht sich direkt im Mainstream befinden und vorzugsweise ein Anschalten und/oder Freigeben des Sensors zum gewünschten Messzeitpunkt erfolgt. Zum Schutz vor Verschmutzung durch Speichel oder andere Stoffe ist der Sensor oder die Probennahmeöffnung in Strömungsrichtung des Ausatemstromes ausgerichtet und so geformt, dass kein Speichel und kein möglicherweise entstehendes Kondenswasser in die Probennahmeöffnung hineingelangen kann. Die Ausatmung erfolgt gegen einen exspiratorischen Widerstand, der durch das ausatemseitig am Pneumotachographenrohr angebrachte PEEP-Ventil erzeugt wird. Der exspiratorische Widerstand beträgt vorzugsweise 490–1961 Pa (5 bis 20 cm H₂O) und bedingt, dass sich der Atemwegsmitteldruck und die funktionelle Residualkapazität erhöhen.
Mittels des PEEP-Ventils wird erreicht, dass die Entlüftung der Lunge bzw. Lungenbläschen auch bei einer Atemwegsverengung, Sekret in den Atemwegen oder andersartigen Belüftungsstörungen (Verteilungsstörung) gleichmäßiger erfolgt. Diese Maßnahme ist Voraussetzung für eine reproduzierbare Wiederholung der Atemmanöver und einer weitgehend ungestörten Emission der Bestandteile der Ausatemluft während des Messvorganges.
Um die Gefahr einer Fehlmessung durch Beimischung von Nasenluft zu vermindern können folgende Maßnahmen vorgesehen sein:

– Tragen einer Nasenklammer bei der Inspiration
– Ausatmung mit konstantem Flow bzw. Flow größer Null, denn ein Stopp des Flow während des Ausatemmanövers bringt Luft aus der Nase in den Rachen.

Ein konstanter Flow ist ein Flow mit einer maximalen Abweichung von +/– 10% vom Mittelwert.
Zur Kontrolle des Flows weist der transportable Pneumotachograph eine optische oder akustische Kontrolle auf, anhand derer der Patient seine Ausatmung kontrollieren und einstellen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem einatemseitig am Pneumotachographen angebrachten Filter, der austauschbar eingerichtet ist, und dem Pneumotachographenrohr ein Ventil oder eine Klappe eingerichtet, welches bei der Exspiration die Eintrittsöffnung des Pneumotachographen verschließt. Hiermit wird erreicht, dass der Patient nur gegen den durch das PEEP-Ventil bewirkten exspiratorischen Widerstand atmet. Vorzugsweise schließt das Ventil oder die Klappe selbsttätig. Ein solches Ventil kann ein Rückschlagventil, ein Sperrventil oder eine einfache Klappe, die sich in das Pneumotachographenrohr öffnet, sein. Aber es sind hier keine Begrenzungen bauteiletechnischer Art vorgesehen.
Der Sensor kann aus der Gruppe „elektrochemischer Sensor, Chemilumineszenzsensor, NO-Sensor, O₂-Sensor, H₂O₂-Sensor, CO₂-Sensor, CO-Sensor” und/oder einem Kombinationssensor aus den genannten Sensoren ausgewählt sein. Je nach zu analysierendem Bestandteil (NO, O₂) der Ausatemluft ist der entsprechende Sensor einsetzbar. Es können auch mehrere Sensoren zum gleichzeitigen Messen verschiedener Bestandteile eingerichtet sein.
In der Öffnung zwischen Sensor und Pneumotachographenrohr kann ein regelbares und/oder ansteuerbares Ventil, im weiteren sensorisches Ventil genannt, oder eine regelbare oder ansteuerbare Pumpe, im Weiteren sensorische Pumpe genannt, eingerichtet sein. Hierzu kann der Sensor außerhalb des Pneumotachographenrohres eingerichtet und mit dem Pneumotachographenrohr über eine Leitung und eine Probennahme verbunden sein. Das sensorische Ventil oder die sensorische Pumpe kann nach der Maßgabe des das Pneumotachographenrohr passierenden Inspirations- oder Exspirations- oder eines Teilinspirations- oder Teilexspirationsvolumens oder -stromes den Zustand „offen” oder „geschlossen” haben, wobei vorzugsweise das sensorische Ventil durch den Prozessor ansteuerbar ist. Hiermit wird erreicht, dass eine Probennahme bzw. Messung nur dann durchgeführt wird, wenn definierte Volumenströme oder Teilvolumenströme der Exspiration das Pneumotachographenrohr passieren. Der Zeitpunkt, wann eine Messung zu erfolgen hat, wird über die vom Pneumotachographen ermittelte Fluss-Volumen-Korrelation berechnet, welcher mit einem Prozessor verbunden ist, an welchem auch das sensorische Ventil angeschlossen und von diesem ansteuerbar ist. Da die Probennahme prozessorgesteuert direkt aus dem Pneumotachographen erfolgt, wird jede Zeitverzögerung oder Diskordanz zwischen Flowmessung und Probennahme primär ausgeschlossen
Die optische Kontrolle des Exspirationsstroms kann aus der Gruppe „y-t Graph, Balkengraphik, Leuchtdiodenanzeige mit einer oder mehreren Leuchtdioden” ausgewählt sein. Die akustische Kontrolle kann ein Piepton oder ein sich in der Lautstärke oder Frequenz ändernder Ton sein.
In einer besonderen Ausführungsform ist das PEEP-Ventil ein Doppelventil, welches den Flow zwischen einem Mindestflow und einem Maximalflow begrenzt. Anders ausgedrückt: Das Ventil öffnet bei Erreichen eines zum Mindestflow in Korrelation stehenden ersten Ausatemdrucks, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit im Pneumotachographenrohr sprunghaft vom Wert „Null” auf die Strömungsgeschwindigkeit des Mindestflow ansteigt. Der Patient kann nun bei einem definierten Flow ausatmen. Bei Überschreiten eines zweiten gegenüber dem ersten Ausatemdruck größeren zweiten Ausatemdrucks, der mit dem Maximalflow korreliert, schließt das Ventil wieder und der Wert der Strömungsgeschwindigkeit fällt sprunghaft auf den Wert „Null”. Der Patient ist nun an der Ausatmung gehindert. Ein Ausatmen ist nur zwischen dem Mindestflow und dem Maximalflow möglich. Ein solches PEEP-Dopelventil weist beispielsweise eingangsseitig (pneumotachographenseitig) ein federbelastetes Rückschlagventil und ausgangsseitig (Umgebung) ein Druckventil auf, wobei das federbelastete Rückschlagventil erst bei Erreichen bzw. Überschreiten eines eingangsseitig erzeugten ersten Druckes öffnet und das Druckventil ausgangsseitig bei Überschreiten eines eingangsseitig erzeugten höheren Staudruckes, der größer als der erste Druck (Öffnungsdruck) ist, schließt. In anderen Worten ausgedrückt: Das PEEP-Ventil öffnet an seiner Eingangsöffnung erst ab Überwindung eines ersten definierten Druckwiderstandes. Ab diesen Zeitpunkt ist dessen Ausgangsöffnung geöffnet. Bei Steigerung des Flows erhöht sich gleichzeitig der Druck auf das Rückschlagventil und die Rückschlagsfeder wird weiter zusammengedrückt und drückt gleichzeitig in Richtung der Ausgangsöffnung. Rückseitig zwischen Verschluss des Rückschlagsventils und der Feder ist beispielsweise ein Kegel angebracht, der beim Zusammendrücken der Feder in die Ausgangsöffnung einfasst und diese sukzessive verschließt. Mit dieser Art PEEP-Ventil kann der exspiratorische Flow und der exspiratorische Widerstand zwischen einem Mindestwert und einem Maximalwert, die jeweils einstellbar sind, begrenzt werden.
Der transportable Pneumotachograph kann einen oder mehrere gasundurchlässige Sammelbehälter zum Auffangen von Proben und/oder von Atemvolumina mehrerer Atemzüge aufweisen. Mit diesen können mehrere Atemzüge vereinigt oder Proben bis zur Analyse aufbewahrt werden.
Die Oberflächen der probeführenden Leitungen oder der Luftführungskanäle des erfindungsgemäßen Pneumotachographen können modifiziert und dergestalt sein, dass auf diesen Membranen flüssige Filme aufgetragen oder Einlage von porösen Schichten oder Membranen eingearbeitet sind, so dass bestimmte Bestandteile der Probengase zurückgehalten bzw. in den Schichten chemisch gebunden werden. Die Aufzählung ist beispielhaft und nicht begrenzend. So können beispielsweise der Wasserdampfanteil der Probe durch hygroskopische Substanzen oder wasserbindende Schichten vermindert werden oder die Analyse störende Substanzen bzw. Chemikalien aus dem Ausatemstrom oder Einatemstrom physikalisch oder chemisch gebunden werden, um eine störungsfreie Analyse gewährleisten zu können.
Die Abscheidung von Wasserdampf auf dem oder den Sensoren und/oder in den Zuleitungen zu dem oder den Sensoren kann auch durch Temperierung auf eine der Ausatemluft entsprechende Temperatur von 35 bis 40°C verhindert werden.
Andererseits können freie Radikale durch chemische Umsetzung in oder an den modifizierten Oberflächen deaktiviert und so die Probe stabilisiert werden. Des Weiteren können Bestandteile des Ausatemstromes, die in einer nicht analysierbaren oder durch Kreuzreaktionen überlagerten Form vorliegen, in eine selektiv nachweisbare Form überführt werden. Die Modifizierung der Oberflächen der probeführenden Leitungen oder der Luftführungskanäle kann auch ein biologisches Immobilisat, beispielsweise ein immobilisiertes Enzym sein, das organische Verbindungen spezifisch umsetzt oder Bestandteile spezifisch bindet.
Der transportable Pneumotachograph kann zusätzlich mit einer Spüleinrichtung ausgestattet sein, die es erlaubt, dass der Sensor und/oder die Probennahme mit einem Gas ausgewählt aus der Gruppe ”bestandteilsfreie Luft, synthetische Luft, zum Zwecke der Kalibrierung hergerichtete Gase” oder einer Kombination der genannten Gase gespült und damit von der Ausatemluft gereinigt wird, um die Genauigkeit der Messungen zu erhöhen. Hierzu kann eine Pumpe eingerichtet sein, die beispielsweise mit dem einatemseitig am Pneumotachographen angebrachten Filter über eine, vorzugsweise separate Leitung verbunden ist und Umgebungsluft durch den Filter in den Probennahme- oder Sensorbereich pumpt. Die Spülluft kann über das PEEP-Ventil an die Umgebung oder über eine separate Spülgasleitung entsorgt werden. Es kann aber auch ein oder mehrere Anschlüsse zum Anschließen einer unter Druck stehenden oder druckfreien Spülgasflasche eingerichtet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Kalibrierung des Sensors mit einem Gas, ausgewählt aus der Gruppe ”bestandteilsfreie Luft, synthetische, zum Zwecke der Kalibrierung hergerichtete Gase” oder einer Kombination der genannten Gase durchgeführt werden. Die Kalibrierwerte der genannten Gase sind individuell am Gerät einstellbar.
Des Weiteren lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens aufweisend die Verfahrensschritte:

a) Filtern des zu bestimmenden Bestandteils oder der zu bestimmenden Bestandteile aus der eingeatmeten Luft
b) Messen des Einatemvolumens
c) Ausbildung eines positiven Drucks in der Lunge gegen einen durch geschlossenes Druckventil erzeugten Druckwiderstand
d) Öffnen des Druckventils durch Überwinden des Druckwiderstandes
e) Ausbildung eines definierten exspiratorischen Flows auf einem Druckniveau höher als der vorgegebene Druckwiderstand
f) Verwerfen der Totraumluft des Mund- und Rachenraums,
g) Probennahme der exspiratorischen Luft und/oder sensorische Messung des zu bestimmenden oder der zu bestimmenden Bestandteile in der exspiratorischen Luft nach Verwerfen der Totraumluft.

In der Praxis sieht die Verfahrensweise dann, beispielsweise bei einer NO-Analyse, wie folgt aus: Der Patient wird aufgefordert, tief auszuatmen. Sofort danach muss der Patient über ein Filtermundstück durch den erfinderischen Pneumotachographen tief einatmen. Diese Einatmung erfolgt beispielsweise durch einen Aktivkohle-Luftfilter (Atemfilter) durch den Pneumotachographen in die Lunge.
Dieser Atemzug wird registriert und das zu erwartende Ausatemvolumen anhand des Einatemvolumens berechnet. Danach muss der Patient ohne vom Mundstück abzugehen langsam tief ausatmen.
Dieser Atemzug soll, vom Analysator vorgegeben, gegen einen exspiratorischen Widerstand, vorzugsweise im Bereich von 490–1961 Pa (5 bis 20 cm H₂O), induziert durch das PEEP-Ventil erfolgen. Mit einem Kontrollsystem (optische oder akustische Kontrolle) wird dem Patienten dabei der exspiratorische Flow angezeigt, vorzugsweise als y-t-Graph auf einem Screen. Ersatzweise können hier eine Balkengraphik oder verschiedenfarbige Leuchtdioden zur Anwendung kommen. Die akustische Kontrolle kann ein Piepton oder ein in der Lautstärke oder Frequenz sich ändernder Ton sein.
Der exspiratorische Fluss soll vorzugsweise 50 ml/s betragen. Dieser kann aber auch variiert werden. Der Flow von 50 ml/s sollte in einem Bereich von +/– 10 für 4 s bei Kindern unter 12 Jahren oder 6 s bei Kindern über 12 und Erwachsenen gehalten werden. Das entspricht bei einem Flow von 50 ml/s etwa 300 ml Luft insgesamt.
Die Anpassung an die für die Analyse eines oder mehrerer Bestandteile der Ausatemluft benötigten Flowraten und Drücke beispielsweise aufgrund geforderter Rahmenbedingungen durch gesetzliche Bestimmungen oder Richtlinien, erfolgt durch Auswahl und Einsatz eines den geforderten Flow und Druck maßgebenden PEEP-Ventils oder bei einem regelbaren PEEP-Ventil durch Einstellung dessen an die geforderten Parameter.
Während dieses Plateaus sollte der NO-Messwert in einem Bereich von +/– 10% bleiben.
Die Messung ist zu wiederholen. Eine Messung unterliegt den ATS/ERS-Richtlinien, wenn mindestens zwei Atemmanöver den Kriterien entsprechen.
Ein weiterer Verfahrensschritt kann sein, dass ein Teil- oder das Gesamtexspirationsvolumen in einem gasundurchlässigen Auffangbehältnis, vorzugsweise einem Gasbeutel, aufgefangen wird.
Die Probennahme und/oder der Sensor kann des Weiteren mit einem oder mehreren Gasen ausgewählt aus der Gruppe ”bestandteilsfreie Luft, synthetische, zum Zwecke der Kalibrierung hergerichtete Gase” oder einer Kombination der genannten Gase nach jeder Messeinheit gespült werden.
Eine Kalibrierung des Sensors kann mit einem oder mehreren Gasen ausgewählt aus der Gruppe ”bestandteilsfreie Luft, synthetische, zum Zwecke der Kalibrierung hergerichtete Gase” oder einer Kombination der genannten Gase nach einer oder einer Anzahl von Messeinheiten erfolgen.
Die bestandteilsfreie Luft kann erzeugt werden, indem Raumluft einatemseitig durch den am Pneumotachographen angebrachten Filter gepumpt wird. Diese gereinigte Luft wird anschließend über den Sensor geleitet.
Der konstante Flow der exspiratorischen Luft kann vorzugsweise 10–500 ml/s, insbesondere 45 bis 55 ml/s betragen.
Der exspiratorische Flow muss für eine Dauer von 1 bis 30 s, vorzugsweise von 2 bis 10 s, insbesondere von 4 bis 6 s, konstant gehalten werden.
Es kann anhand des Wertes des Einatemvolumens und einer entsprechenden mathematischen Korrelation zum zu erwartenden Ausatemvolumen eine Zuordnung der Messwerte zu zeitlich nacheinander ausgeatmeten Teilvolumenströme eines Exspirationsvolumens erfolgen, wobei diesen Teilvolumenströmen bestimmte Regionen und Zonen des Respirationstraktes zugewiesen werden können. Durch die Operation können Erkrankungen und Störungen des Respirationstraktes lokalisiert werden.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass eine Messung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nur dann erfolgt, wenn ein definiertes Teilexspirationsvolumen den Sensor passiert. Durch die spirometrische Messdatenerfassung kann über den Prozess berechnet werden, zu welchem Zeitpunkt ein Teilvolumenstrom x, der aus einem Bereich Y der Lunge stammt, in dem beispielsweise ein Krankheitsherd vermutet wird, den Sensor passiert. Eine Messung der Bestandteile nur dieses Teilvolumenstroms kann dann gestartet werden.
Unter den Bedingungen von Standards, beispielsweise der ATS/ERS-Richtlinien, sind nur Messwerte auswertbar und repräsentativ, die unter definierten Messbedingungen gewonnen wurden. Hierzu sieht das erfinderische Verfahren vor, dass eine Messung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nur bei Eintreten des oder der vorgegebenen Parameter des Exspirationsvolumens „Überwinden des exspiratorischen Widerstands” und/oder „konstanter exspiratorischer Flow” und/oder „Dauer des exspiratorischen Flows” erfolgt. Werden diese Parameter nicht erreicht oder nicht lange genug gehalten, wird kein Messwert aufgenommen, d. h. der Sensor bekommt kein Signal vom Prozessor, eine Messung einzuleiten. Insofern keine Steuerung des Sensors erfolgt oder eine Bedingung nach Einleitung der sensorischen Messung nicht eingehalten wurde, kann ein Messwert, der unter Nicht Standard-Bedingungen ermittelt wurde, als ein solcher gekennzeichnet und ausgegeben werden.
Vorzugsweise können die Werte der Parameter „Überwinden des exspiratorischen Widerstands” und/oder „konstanter exspiratorischer Flow” und/oder „Dauer des exspiratorischen Flows” individuell eingestellt und/oder diese in Abhängigkeit von der Patientengruppe und/oder dem Zustand des Exspirationstraktes des Patienten aus einem Speichermedium, vorzugsweise dem Prozessor, abgerufen werden.
In einer besonderen Ausführungsform ist das PEEP-Ventil abnehmbar eingerichtet. Hierdurch kann der transportable Pneumotachograph auch zur Messung von spirometrischen Daten verwendet werden, ohne dass ein weiteres Spirometer bereitgestellt werden muss. Für die Zeit der Aufnahme der spirometrischen Messdaten ist der Messsensor vorzugsweise außer Betrieb gesetzt oder abgeschaltet.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert:
1 schematische Darstellung des transportablen Pneumotachographen
Die 1 zeigt einen transportablen Pneumotachographen zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumen mit einem Pneumotachographen 1 mit einem Mittel zur Druckmessung 2 und einem Prozessor 3, einem ausatemseitig am Pneumotachographen 1 angebrachten PEEP-Ventil 4, einem einatemseitig am Pneumotachographen 1 angebrachten Filter 5 zum Entfernen des Anteils an zu bestimmendem Bestandteil in der Inspirationsluft, einem am Pneumotachographenrohr 6 angebrachten Sensor 7, wobei das Pneumotachographenrohr 6 sensorseitig eine Öffnung 8, in der ein Flowcontroller 10 eingerichtet ist, aufweist, und einer optischen Kontrolle 9 des Exspirationsstroms. Das Mundstück 11 ist mit feinem Bakterienfilter 12 ausgestattet. Zum Spülen des Sensors 7 pumpt die Pumpe 13 (mit einem zusätzlichen Anschluss 14 zum Anschließen eines Spülgasbehälters) das Spülgas, hier vom zu bestimmenden Bestandteil gereinigte Umgebungsluft, durch den Filter 5 in die Sensorkammer 15. Der Pneumotachograph weist standardgemäß ein elektrisches Manometer 16 auf, welches den Druckunterschied vor und hinter den Lamellen 17 misst.
Zwischen dem einatemseitig am Pneumotachographen 1 angebrachten Filter 5 und dem Pneumotachographenrohr 6 ist eine inspiratorisch wirksame Klappe 18 eingerichtet, welche bei der Exspiration die Eintrittsöffnung des Pneumotachographen verschließt.

1: Pneumotachograph
2: Mittel zur Druckmessung
3: Prozessor
4: PEEP-Ventil
5: Filter zum Entfernen des Anteils an zu bestimmendem Bestandteil in der Inspirationsluft
6: Pneumotachographenrohr
7: Sensor
8: Öffnung
9: optische Kontrolle
10: Flowcontroller
11: Mundstück
12: Bakterienfilter
13: Pumpe
14: Anschluss
15: Sensorkammer
16: elektrisches Manometer
17: Lamellen
18: Klappe

Claims

Transportabler Pneumotachograph zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens aufweisend – einen Prozessor (3), – ein ausatemseitig am Pneumotachographen (1) angebrachtes PEEP-Ventil (4), – einen einatemseitig am Pneumotachographen (1) angebrachten Filter (5) zum Entfernen des Anteils an zu bestimmendem Bestandteil in der Inspirationsluft, – mindestens einen im oder am Pneumotachographenrohr (6). angebrachten Sensor (7), wobei bei einem am Pneumotachographenrohr (6) angeordneten Sensor (7) das Pneumotachographenrohr (6) sensorseitig eine Öffnung (8) aufweist und/oder mindestens ein im Pneumotachographenrohr (6) eingerichtetes Mittel zur Probennahme und ferner – eine optische und/oder akustische Kontrolle (9) des Exspirationsstroms.
Transportabler Pneumotachograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem einatemseitig am Pneumotachographen (1) angebrachten Filter (5) und dem Pneumotachographenrohr (6) ein Ventil (18) eingerichtet ist, welches bei der Exspiration die Eintrittsöffnung des Pneumotachographen (1) verschließt.
Transportabler Pneumotachograph nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) ausgewählt ist aus der Gruppe „elektrochemischer Sensor, Chemilumineszenzsensor, NO-Sensor, O₂-Sensor, H₂O₂-Sensor, CO₂-Sensor, CO Sensor, Sensor für Biomarker” und/oder eine Kombinationssensorik aus den genannten Sensoren ist.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung (8) zwischen Sensor (7) und Pneumotachographenrohr (6) ein regelbares und/oder ansteuerbares Ventil eingerichtet ist.
Transportabler Pneumotachograph nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen Sensor (7) und Pneumotachographenrohr (6) eingerichtete Ventil nach der Maßgabe des das Pneumotachographenrohr (6) passierenden Inspirations- oder Exspirations- oder eines Teilexspirationsvolumens den Zustand „offen” oder „geschlossen” hat, wobei vorzugsweise das Ventil durch den Prozessor (3) ansteuerbar ist.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) oder die empfindliche Schicht des Sensors (7) direkt im Pneumotachographenrohr (6) angeordnet ist.
Transportabler Pneumotachograph nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) über eine Ansteuerung verfügt, die zum gewünschten Messzeitpunkt ein Ausschalten und/oder Freigeben des Sensors (7) gestattet.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kontrolle (9) des Exspirationsstroms ausgewählt ist aus der Gruppe „y-t-Graph, Balkengraphik, Leuchtdiodenanzeige mit einer oder mehreren Leuchtdioden”.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das PEEP-Ventil (4) ein exspiratorischer Widerstand, vorzugsweise von 490 bis 1961 Pa einstellbar und erzeugbar ist.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das PEEP-Ventil (4) eingangsseitig ein federbelastetes Rückschlagventil und ausgangsseitig ein Druckventil aufweist, wobei das federbelastete Rückschlagventil bei Überschreiten eines eingangsseitig erzeugten ersten Drucks öffnet und das Druckventil ausgangsseitig bei Überschreiten eines eingangsseitig erzeugten zweiten Druckes, wobei der zweite Druck größer als der erste Druck ist, schließt und wobei mittels einer ausgangsseitig eingerichteten Regeleinrichtung der exspiratorische Flow weitgehend konstant gehalten wird.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sammelbehälter zum Auffangen von Proben und/oder von Atemvolumina mehrerer Atemzüge eingerichtet ist.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) und/oder die Probennahme mit einem Gas ausgewählt aus der Gruppe ”bestandteilsfreie Luft, synthetische, zum Zwecke der Kalibrierung hergerichtete Gase” oder einer Kombination der genannten Gase spülbar sind.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) mit einem Gas ausgewählt aus der Gruppe ”blestandteilsfreie Luft, synthetische, zum Zwecke der Kalibrierung hergerichtete Gase” oder einer Kombination der genannten Gase kalibrierbar ist.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das PEEP-Ventil abnehmbar ist.
Transportabler Pneumotachograph nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der probeführenden Leitungen oder der Luftführungskanäle des Pneumotachographen derart zur Umsetzung und/oder Bindung von Bestandteilen der Ausatemluft modifiziert sind, dass die Oberfläche selbst physikalisch und/oder chemisch aktiv ist oder auf und/oder in den Oberflächen einzeln oder in Kombination physikalisch und/oder chemisch aktive Membranen, flüssige Filme, poröse Schichten, biologische Immobilisate aufgetragen und/oder eingearbeitet sind.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens mittels eines transportablen Pneumotachographen nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweisend die Verfahrensschritte a) Filtern des zu bestimmenden Bestandteils oder der zu bestimmenden Bestandteile, aus dem Einatemstrom, b) Messen des Einatemvolumens, c) Ausbildung eines positiven Drucks in der Lunge gegen einen durch ein geschlossenes Druckventil erzeugten Druckwiderstand, d) Öffnen des Druckventils durch Überwinden des Druckwiderstandes, e) Ausbildung eines definierten exspiratorischen Flows auf einem Druckniveau höher als der vorgegebene Druckwiderstand, f) Verwerfen der Totraumluft des Mund- und Rachenraums, g) Probennahme der exspiratorischen Luft und/oder sensorische Messung des oder der Bestandteile in der exspiratorischen Luft nach Verwerfen der Totraumluft.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bestimmende Bestandteil oder die zu bestimmenden Bestandteile ausgewählt sind aus der Gruppe „NO, Stickstoff, Sauerstoff, freie Radikale, CO₃ H₂O₂ und sonstiger Biomarker”.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Einatemstrom Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe „feste Partikel, Staubpartikel, Aerosole, Wasserdampf” herausgefiltert werden.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil- oder das Gesamtexspirationsvolumen in einem gasundurchlässigen Auffangbehältnis, vorzugsweise einem Gasbeutel, aufgefangen wird.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Probennahme und/oder der Sensor (7) mit einem oder mehreren Gasen ausgewählt aus der Gruppe ”bestandteilsfreie Luft, synthetische, zum Zwecke der Kalibrierung hergerichtete Gase” oder einer Kombination der genannten Gase nach jeder Messeinheit gespült werden.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) mit einem oder mehreren Gasen ausgewählt aus der Gruppe ”bestandteilsfreie Luft, synthetische, zum Zwecke der Kalibrierung hergerichtete Gase” oder einer Kombination der genannten Gase nach einer oder einer Anzahl von Messeinheiten kalibriert wird.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die bestandteilsfreie Luft erzeugt wird, indem Raumluft einatemseitig durch den am Pneumotachographen angebrachten Filter (5) gesaugt wird.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante Flow der exspiratorischen Luft 10–500 ml/s, insbesondere 45 bis 55 ml/s beträgt.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der exspiratorische Widerstand im Pneumotachographen 490–1961 Pa beträgt.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der exspiratorische Flow für eine Dauer von 1 bis 30 s, vorzugsweise von 2 bis 10 s, insbesondere von 4 bis 6 s, konstant gehalten wird.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Einatemvolumens eine Zuordnung von zeitlich nacheinander ausgeatmeten Teilvolumenströmen eines Exspirationsvolumens erfolgt, wobei diesen Teilvolumenströmen bestimmte Regionen und Zonen des Respirationstraktes zugewiesen werden.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nur dann erfolgt, wenn ein definiertes Teilexspirationsvolumen den Sensor (7) passiert.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nur bei Erreichen des oder der Parameter des Exspirationsvolumens „Überwinden des exspiratorischen Widerstands” und/oder „konstanter exspiratorischer Flow” und/oder „Dauer des exspiratorischen Flows” erfolgt.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Parameter „Überwinden des exspiratorischen Widerstands” und/oder „konstanter exspiratorischer Flow” und/oder „Dauer des exspiratorischen Flows” individuell eingestellt und/oder in Abhängigkeit von der Patientengruppe oder dem Zustand des Exspirationstraktes aus einem Speichermedium, vorzugsweise einem Prozessor (3), abgerufen werden.
Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden von Wasserdampf auf dem oder den Sensoren (7) und/oder in den Zuleitungen zu dem oder den Sensoren (7) durch Temperierung der Ausatemluft verhindert wird, vorzugsweise durch Temperierung auf 35 bis 40°C.