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Gerät zur Messung des Atemwiderstandes Atemwiderstandsgeräte enthalten
im wesentlichen einen Meßkopf mit einem periodisch veränderlichen Strömungswiderstand,
der über eine Schlauchleitung mit einem Druckwandler verbunden ist. Der Druckwandler
liefert ein dem am Strömungswiderstand abfallenden Druck entsprechendes elektrisches
Signal, das nötigenfalls nach einer Verstärkung durch ein Registriergerät aufgezeichnet
wird.
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Der Meßkopf eines bekannten Atemwiderstandsmeßgerätes enthält zwei
im Strömungsweg hintereinanderliegende Strömungswiderstände, deren Verbindungsleitung
periodisch durch ein schnell arbeitendes Ventil zur Atmosphäre hin geöffnet wird.
Aus den sich bei geöffnetem und bei geschlossenem Ventil ergebenden Druckwerten
läßt sich der Atemwiderstand errechnen. Das Ventil besteht aus zwei koaxialen, mit
Längsschlitzen versehenen Zylindern, die durch eine elektromagnetische Vorrichtung
kurzzeitig gegeneinander verdreht werden. Das Gerät arbeitet an sich zufriedenstellend,
die Herstellung der koaxialen Zylinder, die das Ventil bilden, ist jedoch infolge
der engen Toleranzen verhältnismäßig teuer.
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Der Meßkopf eines anderen bekannten Atemwiderstandsmeßgerätes enthält
zwei durch ein sich gabelndes Rohr parallel geschaltete Strömungswiderstände. Einer
dieser Widerstände wird periodisch durch eine umlaufende Scheibe, bei der zwei gegenüberliegende
Sektoren von 900 ausgespart sind, verschlossen. Das Öffnen und Schließen des einen
Strömungswiderstandes führt jedoch leicht zu unstetigen und unreproduzierbaren Strömungsverhältnissen
an der Verzweigungsstelle, so daß die mit diesem Gerät erhaltenen Meßwerte hohen
Genauigkeitsansprüchen nicht genügen.
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Bei den bekannten Atemwiderstandsmeßgeräten sind Meßkopf und Druckwandler
durch biegsame Schläuche miteinander verbunden, mechanisch jedoch getrennt. Der
das Patientenmundstück tragende Meßkopf wird im Betrieb häufig stark bewegt, vor
allem bei Messungen mit körperlicher Belastung des Patienten. Bei Bewegungen des
Meßkopfes gegenüber dem Druckwandler sind die verbindenden Schläuche Deformationen
ausgesetzt, die unerwünschte Druckänderungen zur Folge haben, welche wiederum zu
sogenannten »Schleuderzacken« in der Registrierkurve führen.
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Durch die Erfindung sollen die Nachteile der bekannten Atemwiderstandsmeßgeräte
beseitigt werden.
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Insbesondere soll ein Atemwiderstandsmeßgerät angegeben werden, das
sehr genaue und reproduzierbare Werte liefert, in dem definierte Strömungsverhältnisse
herrschen, das leicht zerlegt und sterilisiert werden
kann, das auch bei größeren
Erschütterungen des Meßkopfes einwandfrei arbeitet und trotzdem betriebssicher und
einfach und billig in der Herstellung ist. Ein Atemwiderstandsmeßgerät mit zwei
parallel geschalteten Strömungswiderständen, deren einer kurzzeitig durch ein periodisch
arbeitendes Ventil verschließbar ist, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Strömungswiderstände koaxial zueinander angeordnet sind und daß das
Ventil in an sich bekannter Weise aus zwei gegeneinander um einen kleinen Winkel
verdrehbaren Scheiben besteht, die von einer Anzahl von in Umfangsrichtung schmalen
Öffnungen durchbrochen sind.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind Meßkopf und Druckwandler,
die durch Schläuche pneumatisch in Verbindung stehen, mechanisch starr miteinander
verbunden. Erschütterungen des Meßkopfes beeinträchtigen daher die Registrierung
nicht, da der ganze pneumatische Teil des Gerätes eine mechanisch starre Einheit
bildet. Der pneumatische Teil ist von dem elektrischen Teil, nämlich Verstärker
und Registriergerät, körperlich getrennt und nur durch Kabel verbunden, die natürlich
unempfindlich gegen Erschütterungen sind.
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Die Erfindung soll nun an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden, dabei bedeutet Fig. 1 eine
Schnittansicht durch den Meßkopf des Atemwiderstandsgerätes, Fig. 2 eine Ansicht
des in Fig. 1 dargestellten Meßkopfes in Richtung der Pfeile A-A bei abgenommener
hinterer Kappe, Fig. 3 eine teilweise im Schnitt gehaltene, stark schematisierte
Ansicht eines Atemwiderstandsgerätes von hinten und
Fig. 4 eine
stark schematisch dargestellte Vorrichtung zum Eichen eines Atemwiderstandsmeßgerätes.
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Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Meßkopf enthält einen ringförmigen
Rahmen 1, dessen Mittelöffnung sich nach hinten erweitert, so daß eine ringförmige
Schulter 4 entsteht. In dem durch diese Schulter 4 gebildeten Sitz liegt als erstes
eine etwa kegelstumpfförmige Kappe 2, die nach vorn in einen Anschlußstutzen 3 ausläuft,
an dem bei Benutzung ein nicht dargestelltes Mundstück für den Patienten angebracht
wird. Auf dem auf der Schulter 4 aufliegenden Außenrand der Kappe 2 ruht eine die
Strömungswiderstände enthaltende ringförmige Scheibe 5, die ebenso wie die Kappe
2 durch irgendwelche nicht dargestellte Mittel daran gehindert wird, sich gegeniiber
dem Ring 1 zu drehen. In der Mitte der Scheibe 5 befindet sich eine kreisförmige
Öffnung 6, die von einem als Strömungswiderstand dienenden Drahtnetz 7 überspannt
wird. Die Scheibe 5 wird außerdem von einer Anzahl von in Umfangsrichtung gesehen
schmalen Öffnungen durchsetzt, die auf einem koaxial zur Mittelöffnung6 gelegenen
Kreis angeordnet sind. Die Öffnungen8 können an sich eine beliebige Form haben,
z. B. rund oder schlitzförmig sein; vorzugsweise bestehen sie jedoch aus radial
verlaufenden Schlitzen, die sich nach außen etwas verbreitern, wie aus Fig. 2 ersichtlich
ist. Die Öffnungen 8 sind ebenfalls von einem Drahtnetz 9 über--spannt. Die Gesamtheit
der Öffnungen 8 mit der Drahtnetzbespannung bildet den zweiten Strömungswiderstand,
der dem durch das Drahtnetz7 gebildeten ersten Strömungswiderstand parallel liegt.
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Auf der Scheibe 5 liegt eine weitere, etwas kleinere Scheibe 10.
Sie ist gegenüber der Scheibe 5 um einen kleinen Winkel verdrehbar und besitzt dieselben
Öffnungen wie die Scheibe 5. Die Öffnungen sind jedoch nicht mit einem Drahtnetz
versehen. Die Mittelöffnung6' der ScheibelO deckt sich mit der Mittelöffnung 6 der
Scheibe 5. Die weiter außen gelegenen Öffnungen 8' der Scheibe 10 decken sich in
der einen Winkellage der Scheibe 10 genau mit den entsprechenden Öffnungen 8 der
Scheibe 5, während in der anderen Winkellage beide Scheiben so gegeneinander verdreht
sind, daß die Öffnungen 8 der Scheibe 5 von den Stegen 11 zwischen den Öffnungen
8' verschlossen werden. Die Verdrehung der Scheibe 10 gegenüber der Scheibe 5 wird
durch einen Stift 12 begrenzt, der in der Scheibe 5 befestigt ist und in eine Aussparung
13 der Scheibe 10 greift.
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Zur drehbaren Lagerung der Ventilscheibe 10 auf der feststehenden
Scheibe 5 sind zwei Dreibeine 14, 14' vorgesehen, die an den Mittelöffnungen 6 bzw.
6' der Scheiben 5 bzw. 10 ansetzen. Die Dreibeine 14 14' wölben sich nach hinten
über die Öffnungen 6, 6' und sind so angeordnet, daß sich ihre Stege genau decken,
wenn die Öffnungen 8, 8' übereinstimmen, das Ventil also geöffnet ist.
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Am Treffpunkt der drei Stege der Dreibeine befinden sich Naben 15,
15', in denen eine einsteckbare Achse 16 ruht. Das vordere Ende 16' der Achse, das
in der Nabe 15 ruht, ist rund, so daß sich die Achse gegenüber der Nabe 15 drehen
kann; das anschließende Stück 16" der Achse 16, das innerhalb der Nabe 15' des Dreibeins
14' der drehbaren Scheibe 10 liegt, ist so ausgebildet, daß sich Nabe und Achse
nicht gegeneinander verdrehen können, so daß das Dreibein 14 und damit die Scheibe
10 die Drehungen
der Achse mitmacht. Das Stück 16" der Welle 16 und die Nahe 15'
können beispielsweise, wie Fig. 2 zeigt, vierkantig ausgebildet sein.
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Am äußeren Ende der Wellel6 ist ein Verbindungsglied 17 angelenkt.
Am unteren Ende des Verbindungsgliedes 17 ist etwa im rechten Winkel zur Welle 16
und dem Verbindungsglied 17 eine Schubstange 21 angebracht, die mit einem in einer
Spule 19 einer elektromagnetischen Einrichtung 20 liegenden Tauchkolben 18 verbunden
ist. Um ein reibungsfreies Arbeiten der elektromagnetischen Einrichtung zu gewährleisten,
ist das Verbindungsglied 17 vorzugsweise elastisch ausgebildet. Es kann hierzu einfach
aus zwei Stäben 22, 23 bestehen, die durch ein Stück Schlauch 24 aus elastischem
Material verbunden sind.
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Zum Abschluß des Meßkopfes nach der Rückseite hin dient eine weitere,
ebenfalls etwa kegelstumpfförmige Kappe 25, die mit ihrem Rand auf der Peripherie
der feststehenden Scheibe 5 aufliegt und Abzugsöffnungen 26 aufweist. Die Kappe
25 kann an der Peripherie mit einer ringförmigen Sicke 28 versehen sein, die zur
Versteifung dient und eine Auflage für Befestigungsklammern 29 bildet. Die Befestigungsklammern
29 besitzen einen den Lagerring 1 axial durchsetzenden Schaft 29' und ein etwa rechtwinkelig
abgebogenes Ende 29" und stehen unter dem Druck von Federn 30. Die Befestigungsklammern29
können durch Rändelschrauben 31 von der in Fig. 1 dargestellten Stellung, bei der
die Kappe 25, die Scheibe 5 und die Kappe 2 fest gegen die Schulter 4 gedrückt werden,
um 900 in die in Fig. 2 dargestellte Stellung gedreht werden, bei der die Einrichtung
zum Reinigen und Sterilisieren zerlegt werden kann.
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An dem ringförmigen Teil der Scheibe 5 zwischen der Mittelöffnung
6 und den weiter außen liegenden Öffnungen 9 ist ein Heizring 32 angebracht, der
einen Heizwiderstand enthält. Der Heizring 32 verhindert, daß sich Feuchtigkeit
an den Drahtnetzen 7 und 9 niederschlägt, die die feinen Öffnungen verstopfen und
Meßfehler verursachen könnte.
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Die Kappe 2 ist mit einem Anschlußstutzen 33 versehen, auf den ein
Schlauch zur Verbindung mit einem Druckwandler aufgeschoben werden kann. Zur Messung
findet vorzugsweise ein Differentialdruckwandler Verwendung, der den Druckunterschied
zwischen zwei Meßkammern mißt; zu diesem Zweck ist die hintere Kappe 25 ebenfalls
mit einem Anschlußstutzen 34 versehen. Man schaltet dadurch Einflüsse von Außendruckänderungen
und von Verwirbelungen in der Kammer hinter den Strömungswiderständen aus.
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Wie Fig. 3 zeigt, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der
Meßkopf starr mit dem Druckwandler 35 verbunden, der seinerseits in einem Gehäuse36
angeordnet sein kann, welches über einen Steg oder Flansch37 mit dem Meßkopf verbunden
ist. Auf diese Weise werden Störungen ausgeschaltet, die ihre Ursache im Verbiegen
und Bewegen der Verbindungsschläuche 38 zwischen Meßkopf und Meßwandler haben können
und die sich nie vermeiden lassen, wenn der vom Patienten berührte Meßkopf mechanisch
unabhängig von dem den Meßwandler enthaltenden Teil des Gerätes gelagert ist.
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Setzt man die elektromagnetische Einrichtung20 außer Betrieb, so
daß die Scheibe 10 gegenüber der Scheibe 5 ruht, so kann das Gerät als Pneumotachograph
benutzt werden. Gemäß einer weiteren Weiterbildung
der Erfindung
sind nun Vorkehrungen getroffen, daß das Gerät sowohl mit offenem Parallelwiderstand
als auch mit geschlossenem Parallelwiderstand benutzt werden kann, so daß zwei Meßbereiche
zur Verfügung stehen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der durch eine nicht dargestellte
Feder nach außen gedrückte Tauchkolben 18 der magnetischen Einrichtung20 in der
in die Spule eingeschobenen Stellung durch einen Riegel 39, der in eine Aussparung
40 in der Schubstange 21 eingreift, verriegelt werden.
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Fig. 4 zeigt eine besonders einfache Einrichtung zum Eichen des Gerätes.
Bei den bekannten Eichvorrichtungen wird eine Eichspannung auf den Eingang des dem
Druckwandler nachgeschalteten Verstärkers gegeben, so daß durch die Eichung nur
der Verstärker und das Registriergerät erfaßt werden. Bei der Eichvorrichtung gemäß
der Erfindung wird dagegen auch der Druckwandler selbst mitgeeicht.
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Die in Fig. 4 dargestellte Eichvorrichtung besteht aus einem zylindrischen
Rohr 41, das an beiden Enden mit Anschlußstutzen 42, 43 versehen ist. Das Rohr 41
ist so angeordnet, daß es im allgemeinen etwas senkrecht steht und zum Messen um
1800 gestürzt werden kann, was durch die Welle 44 und den Doppelpfeil45 angedeutet
ist. Im Rohr 41 befindet sich ein frei beweglicher Kolben 46, der beispielsweise
aus einem Kunststoff, wie Polymethacrylsäureester, bestehen kann. In den Umfang
des Kolbens sind ringförmige Nuten 47 eingeschnitten, die eine Labyrinthdichtung
bilden. Wird das Rohr 41 gestürzt, so fällt der Kolben 46 in Richtung des Pfeiles
nach unten. Die dadurch entstehende definierte Druckdifferenz wird über die Anschlußstutzen
42, 43, Verbindungsleitungen 48, 49 zwei Dreiwegehähnen 50, 51 zugeführt, die mechanisch
gekuppelt sind, was durch die gestrichelte Linie 52 angedeutet ist. Die Dreiwegehähne
sind über weitere Leitungen 53, 54 mit einem Differentialdruckmesser55 verbunden,
der nur schematisch dargestellt ist und beispielsweise ein kapazitiver Wandler mit
beweglicher Membran sein kann, der in einer entsprechenden Brückenschaltung liegt.
Dieser Teil des Gerätes gehört jedoch nicht zur Erfindung und soll deshalb nicht
näher beschrieben werden. Die anderen Anschlüsse der Dreiwegehähne sind über die
Schläuche 38 mit den Anschlußstutzen 33, 34 des Meßkopfes verbunden.
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Zum Eichen werden die Dreiwegehähne in die in Fig. 4 dargestellte
Stellung gebracht, und das Rohr 41 wird gestürzt. Der fallende Kolben 46 erzeugt
eine ganz definierte Druckdifferenz und ermöglicht eine Eichung der gesamten Anordnung
einschließlich des Druckwandlers 55. Nach der Eichung werden die Hähne 50, 51 um
900 nach rechts in Richtung der Pfeile gedreht, so daß der Druckwandler nun mit
dem Meßkopf verbunden ist und die Messung des Atemwiderstandes eines Patienten vorgenommen
werden kann.