DE1766801A1

DE1766801A1 - Einrichtung zur Atmungsueberwachung und -anzeige

Info

Publication number: DE1766801A1
Application number: DE19681766801
Authority: DE
Inventors: Helge Broedner; Klaus Heller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-07-20
Filing date: 1968-07-20
Publication date: 1972-03-16
Also published as: DE1766801B2; DE1766801C3; GB1215904A; FR2013385A1

Description

Prof. Dr. Oskar Vierling " ■ l8. Juli 1968

Einrichtung zur Atmungsüberwachung und -anzeige

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Atmungsüberwachung und -anzeige, die insbesondere zur Erfassung von Atemstillständen bei Frühgeborenen bestimmt ist und bei weltgehender Entlastung des Pflegepersonals eine lückenlose Kontrolle über die Atemtätigkeit der zu überwachenden Kinder gewährleistet.

Die Einrichtung der Erfindimg ist dadurch gekennzeichnet, daß eine in die Nase einzuführende Sonde an eine Meßkammer mit einem oder mehreren Meßwertaufnehmern zur Umwandlung der beim Atmen entstehenden Luftströmungsschwankungen in elektrische Signale (Strom- oder SpannungsSchwankungen) angeschlossen ist und die elektrischen Signale, evtl. verstärkt, einer Schwellenwertschaltung zugeführt werden, die bei Unterschreitung ihres Schwellenwerts einen Tongenerator einschaltet, der über einen Lautsprecher ein akustisches Signal abgibt.

Als Meßwertaufnehmer kommen vor allem temperaturempfindliche Bauelemente, wie NTC-Widerstände u. ä., in Betracht. Da sie durch den Luftstrom beim Atmen nur wenig abgekühlt werden, sind die von ihnen gelieferten elektrischen Signale auch entsprechend klein. Deshalb ist eine Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oder den Meßwertaufnehmern und der Schwellenwertschaltung ein oder mehrere Verstärker vorgesehen sind.

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Die Schwellenwertschaltung läßt sich zweckmäßig in bekannter Weise als Schmitt-Trigger o. ä. ausbilden, der bei Unterschreiten einer Potentialschwelle ein elektrisches Dauersignal· abgibt, das den Tongenerator einschaltet, und bei Überschreiten dieser Potentialschwelle kein Signal mehr liefert, so daß der Tongenerator wieder ausgeschaltet wird. Da zum Ansteuern einer solchen Schwellenwertschaltung Signale von nur einer Polarität notwendig sind, ist in einer Ausführung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen dem oder den Meßwertaufnehmern und der Schwellenwertschaltung eine Oleichrichterschaltung angeordnet ist.

Da bei Frühgeborenen häufig Atempausen begrenzter Dauer auftreten, die unschädlich sind und deshalb kein Alarmsignal auslösen sollen, darf die Schwellenwertschaltung i. a. erst ansprechen, wenn Atemstillstände diese Dauer überschreiten. Dies wird in einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß zwischen dem oder den Meßwertaufnehmern und der Schwellenwertschaltung ein Verzögerungsglied vorgesehen ist·

Die Zeit, die eine Atempause dauern kann, ohne zu Schädigungen zu führen, ist individuell verschieden. Diesem Umstand wird in einer Ausführung der Erfindung dadurch Rechnung getragen, daß die Verzögerungszeit des Verzögerungsglieds einstellbar 1st.

Auch die Atemstärke ist unterschiedlich und unterliegt außerdem zeitlichen Schwankungen. Da aber nach kräftigem Atmen eine längere Pause statthaft ist als nach flachem Atmen, ist es wünschenswert, die zulässige Atempause auf eine für das betreffende Kind normale Atemstärke zu beziehen und so bei Rückgang der Atemstärke nach kürzerer

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Zeit als ursprünglich eingestellt ein Alarmsignal zu erhalten. In einer Ausführung der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers einstellbar ist und dadurch jedem Kind ein individueller Wert als Bezugswert für die Verzögerungszeit zugeordnet werden kann.

Damit die genannten Einstellungen jeweils nach objektiven Richtwerten erfolgen können, ist in einer Weiterbildung der Erfindung ferner vorgesehen, daß im Weg zwischen den Meßwertaufnehmern und der Schwellenwertschaltung Mittel zur Anzeige der Atemfrequenz und/oder der Atemstärke vorgesehen sind.

Da ein akustisches Warnsignal überhört werden kann, wenn kein Pflegepersonal in der Nähe ist, sieht eine Ausführung der Erfindung eine Erweiterung der Art vor, daß parallel zum Tongenerator ein Relais am Ausgang der Schwellenwertschaltung angeordnet ist, das bei Unterschreitung des Schwellenwerts der Schwellenwertschaltung einen Kontakt betätigt, durch den weitere Alarmmaßnahmen ausgelöst werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und in ihrer Wirkungsweise erläutert.

Die Figur zeigt eine am einen Ende hakenförmig gebogene Sonde 1, die aus einem Kunststoffschlauch von etwa 1,5 mm Durchmesser geformt ist. Das gebogene Ende dieser Sonde wird in ein Nasenloch des zu überwachenden Kindes eingeführt und mit einem Klebestreifen oder ähnlichem am Nasenrücken befestigt. Das andere Ende der Sonde 1 führt zu einer Meßkammer 2, in der zwei NTC-Widerstände (Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten) hintereinander angeordnet sind. Diese Widerstände ändern sieh bei Temperaturänderungen, und zwar werden sie bei Abkühlung hochohmiger.

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Wenn das Kind atmet, geht beim Einatmen jeweils ein Teil des Atemluftstroms in Pfeilrichtung durch die Meßkammer 2 hindurch und kühlt den Widerstand 5 stärker ab als den von diesem Luftstrom später erreichten Widerstand 4. Beim Ausatmen gelten die entgegengesetzten Verhältnisse. Die Widerstände 4 und 5 bilden einen Spannungsteiler parallel zur Spannungsquelle 3. Infolge der unterschiedlichen Abkühlung ändert sich ihr Spannungsteilerverhältnis im Atemrhythmus, und am Mittelabgriff des Spannungsteilers entsteht,eine etwa sinusförmige Wechselspannung, deren Amplitude von der Atemstärke (d. h. dem pro Zeiteinheit durch die Kammer 2 beförderten Luftvolumen) abhängt. Diese Wechselspannung wird durch einen Verstärker 6 verstärkt und anschließend durch eine Gleichrichterschaltung in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt.

Am Ausgang der Gleichrichterschaltung 8 ist ein Spannungsmesser 9 angeordnet, der mechanisch oder elektrisch ao bedämpft ist, daß er eine stehende Anzeige von etwa dem Mittelwert der Amplitude der pulsierenden.Gleichspannung liefert. Die Skala des Instruments 9 ist zweckmäßig in Prozentwerten, etwa von O...3OO %, geeicht. Der Arzt oder das Pflegepersonal haben nun beim Anschalten der Überwachungseinrichtung zu entscheiden, ob das Kind normal, stärker als normal oder flacher als normal atmet. Entsprechend ist dann die vom Instrument 9 angezeigte Spannung am Ausgang der Gleichrichterschaltung 8 ' durch Ändern des Verstärkungsgrades des einstellbaren .Verstärkers 6 bei normaler Atmung auf einen Anzeigewert von 100 %, bei stärkerer Atmung auf einen Anzeigewert von z. B. 150 % oder bei schwächerer Atmung af einen Wert von z. B. 70 % einzustellen. Auf diese Weise ist eine individuelle Anpassung der Überwachungseinrichtung an die bei jedem Kind vorliegenden Gegebenheiten möglich. Am Instrument 9 läßt sich ferner später jederzeit ablesen, ob die Atemstärke

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zu- oder abgenommen hat. Um auch die Atemfrequenz kontrollieren zu können, ist an den Ausgang des Verstärkers 6 ein Frequenzmesser 7 bekannter Bauart angeschlossen. Er zeigt die Anzahl der Atemzüge pro Sekunde an. Außerdem läßt sich an den Verstärkerausgang ein Schreiber anschließen, der den Verlauf der vom Verstärker. 6 gelieferten Weehselspannungen registriert und somit Aufschluß über die Atemfrequenz und -amplitude während der gesamten Überwachungszeit gibt.

Am Ausgang der Gleichrichterschaltung 8 ist ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 10 und einem Kondensator 11, an-, geschlossen. Seine Zeitkonstante ist mittels des einstellbaren Widerstandes 10 in einem weiten Bereich veränderbar* Am Kondensator 11 liegt über einen Vorwiderstand 12 die Schwellenwertschaltung 13* zum Beispiel ein Schmitt-Trigger bekannter Bauart. Er vergleicht die Spannung am Kondensator 11 mit einem fest eingestellten Schwellenwert und geht, wenn die Spannung am Kondensator diesen Schwellenwert unterschreitet, in seine Arbeitslage über, in der er den Tongenerator Ik einschaltet und das Relais 16 erregt. Der Tongenerator 14 gibt in diesem Fall über den Lautsprecher 15 ein Alarmsignal ab, und das Relais 16 schließt seinen Kontakt 17* der zur Fernübertragung des Alarmzustands oder zur Auslösung weiterer Alarmmaßnahmen dient.

Solange das Kind atmet, wird bei jedem Atemag über den Widerstand 10 der Kondensator 11 aufgeladen und entlädt sich während der Atempause über den Widerstand 10 und die im Verhältnis dazu sehr hochohmige und daher weitgehend vernachlässigbare_v Serienschaltung aus Widerstand 12 und Eingangswiderstand des Schmitt-Triggers 13. Da der Widerstand 10 einstellbar ist, kann damit bestimmt werden, ob die Entladung schnell (über einen kleinen Widerstand 10) oder langsam (über einen großen

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Widerstand 10) vor sich gehen soll. Bei langsamer Entladung dauert es nach Aussetzen der Atmung eine längere Zeit, bis die Spannung am Kondensator unter den Schwellenwert des Schmitt-Triggers XJ> abgesunken ist und wie oben beschrieben das Alarmsignal ausgelöst wird als bei schneller Entladung. Polglich ist mittels des Widerstandes 10 jeweils die Zeit einstellbar, die nach dem Atemstillstand verstreichen darf, bis das Alarmsignal ertönt. Bei einem kräftigen Kind wird man beispielsweise eine Atempause von 15 bis 30 Sekunden zulassen, während bei eiiem schwachen Kind schon nach 5 Sekunden gewarnt werden muß. Der von außen zugängliche Einstellknopf des Widerstandes 10 kann entsprechend mit einer Skala versehen werden, die in Zeiteinheiten unterteilt ist.

Da die Entäadezeit bis zu einem definierten Schwellenwert außer von der Zeitkonstanten des RC-Glieds 10, 11 auch von der Spannung, auf die der Kondensator 11 aufgeladen worden ist, und somit unmittelbar von der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 8 abhängt, gilt die mit dem Widerstand 10 eingestellte Verzögerungszeit nur für einen definierten Spannungswert, der zweckmäßig dem auf der Skala des Instruments 9 ablesbaren Anzeigewert "100 #" zugeordnet wird. Bei einer höheren Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 8 verlängert sich dagegen die Verzögerungszeit, und bei einer kleineren Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 8 wird sie kürz^er. Diese Abhängigkeit der Verzögerungszeit von der Spannung ist durchaus vorteilhaft. Da die Höhe der Spannung direkt ein Maß für die Atemstärke ist, wird erreicht, daß Schwankungen der Atemstärke selbsttätig regelnd auf die Verzögerungszeit bis zum Auftreten des Warnsignals einwirken. War beispielsweise die Verzögerungszeit bei normaler Atemstärke (Anzeige 100 %) auf 10 see einge-

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stellt worden, so ertönt das Warnsignal trotzdem schon nach z. B. 5 see, wenn die Atmung unmittelbar vor dem Stillstand bereits auf 50 % der normalen Stärke abgefallen war. Ging dem Stillstand dagegen ein sehr kräftiger Atemzug vom Dreifachen (500 %) der normalen Atemstärke voraus, wird der Alarm bei gleicher Einstellung wie oben erst nach beispielsweise 30 see ausgelöst. Diese Eigenschaft der beschriebenen Einrichtung entspricht den klinischen Erfordernissen, wonach bei schwacher Atmung ein Stillstand möglichst schnell zu ärztlichen Maßnahmen führen muß, während kräftige Atemzüge eine längere Pause zulassen, ehe diese Pause kritisch wird»

Es kann nun vorkommen, daß ein Kind nach längerer Atempause, in der Kondensator H bis unter den Schwellenwert entladen und demzufolge ein Warnsignal ausgelöst wurde, wieder von selbst zu atmen beginnt. In diesem Fall geht mit der neuerlichen Aufladung des Kondensators 11 über den Schwellenwert hinaus auch der Schmitt-Trigger 13 wieder in die Ruhelage zurück und schaltet den Tongenerator 14 selbsttätig ausj desgleichen fällt auch das Relais 16 wieder ab« Auf diese Weise wird das Pflegepersonal nicht unnötig durch Fehlalarm strapaziert, der vor allem anfänglich, wenn die richtige Einschätzung von Atemstärke und zugelassener Verzögerungszeit noch Schwierigkeiten bereitet, öfters auftreten kann.

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Claims

Prof. Dr. Oskar Vierling 18. Juli I968

Ansprüche

1. Einrichtung zur Atmungsüberwachung und -anzeige, dadurch gekennzeichnet, daß eine in die Nase einzuführende Sonde (1) an eine Meßkarnmer (2) mit einem oder mehreren Meßwertauf nehmern (4, 5) zur Umwandlung der beim Atmen entstehenden Luftströmungsschwankungen in elektrische Signale (Strom- oder Spannungsschwankungen) angeschlossen ist und die elektrischen Signale, evtl. verstärkt, einer Schwellenwertschaltung (13) zugeführt werden, die bei Unterschreitung ihres Schwellenwerts einen Tongenerator (14) einschaltet, der über einen Lautsprecher (15) ein akustisches Signal abgibt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oder den Meßwertaufnehmern (4, 5) und der Schwellenwertschaltung (13) ein oder mehrere Verstärker (6) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oder den Meßwertaufnehmern (4, 5) und der Schwellenwertschaltung (13) eine Gleichrichterschaltung (8) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oder den Meßwertaufnehmern (4, 5) und der Schwellenwertschaltung (14) ein Verzögerungsglied (10, 11) vorgesehen ist.

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"5· Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit desVerzögerungsglieds (10, 11) einstellbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2. bis Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers (6) einstellbar ist. . ,

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg zwischen den Meßwertaufnehmern (4, 5) und der Schwellenwertschaltung (I3) Mittel (J, 9) zur Anzeige der Atemfrequenz und/oder der Atemstärke vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Tongenerator (14) ein Relais (l6) am Ausgang der Schwellenwertschaltung (13) angeordnet ist, das bei Unterschreitung des Schwellenwerts der Schwellenwertschaltung (13) einen Kontakt (17) betätigt, durch den weitere Alarmmaßnahmen ausgelöst werden.

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