DE1773950A1 - Verfahren und Vorrichtung zur fortlaufenden Bestimmung,Anzeige oder Registrierung der mit einem stroemenden Gasgemisch gefoerderten Menge eines bestimmten Gases,insbesondere der mit der Atmungsluft aufgenommenen Sauerstoffmenge und ausgeschiedenen Kohlendioxydmenge - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur fortlaufenden Bestimmung,Anzeige oder Registrierung der mit einem stroemenden Gasgemisch gefoerderten Menge eines bestimmten Gases,insbesondere der mit der Atmungsluft aufgenommenen Sauerstoffmenge und ausgeschiedenen KohlendioxydmengeInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur fortlaufenden Bestimmung,
Anzeige oder Registrierung der mit einem strömenden Gasgemisch geförderten Menge eines bestimmten Gases, insbesondere der mit der Atmungsluft aufgenommenen Säuerstoffmenge und ausgeschiedenen Kohlendioxydmenge.
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur fortlaufenden Bestimmung, Anzeige oder Registrierung der mit einem strömenden Gasgemisch geförderten Menge eines bestimmten Gases,
insbesondere der mit der Atmungsluft aufgenommenen Sauerstoffmenge
und ausgeschiedenen Kohlendioxydmenge.
Vor allem auf dem Gebiet der Lungenfunktionsdiagnostikdi?^^'. /
ging es dabei um die Aufgabenstellung, ohne nennenswerte Belästigung
des Probanden im offenen System die Atemgasefin Ruhe und unter Arbeitsbelastung kontinuierlich zu messen, bzw. zu registrieren.
Die von ihm zu tragende instrumenteile Last sollte gering sein, und allenfalls leichte Schlauchverbindungen geringen Durchmessers
zur Meßapparatur führen, so daß der Proband im wesentlichen im Räume frei beweglich ist und nicht dicke Luftschläuche hinter
sich herschleppen muß.
Das erfindungsgemäße Verfahren und zugehörige Vorrichtung arbeiten
im wesentlichen mit einer neuartigen Mischungskammer, in welcher der Strom des Trägergases, der das zu messende Gas enthält,
in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Gasstromes und in Abhängigkeit von der Konzentration des zu bestimmenden Gases
in Trägergas mit einem anderen, von dem zu bestimmenden Gas freien Luftstrom (Mischungsluft genannt) vermischt wird. Das dann
aus der Mischkammer abgeführte Gasgemisch (im folgenden Meßgas genannt) wird dann in einem zur Analyse der fraglibhen Gaskomponente
geeigneten Gerät-, untersucht und die Konzentration dieses Gases gemessen.
Letztere ist durch eine besondere Anordnung bzw. Ausbildung der Mischungskammer direkt proportional der Atemströmung und der betreffenden
Gaskonzentration. Sie ist damit direkt proportional
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-Λβ-
der pro Zeiteinheit im Trägergas geförderten Menge des zu bestimmenden
Gases.
In der besonders wiähtigen Anwendung zur Untersuchung des Stoff,
wechseis und der Lungenfunktion erhält man somit unmittelbar einen direkten Panneter der Sauerstoffaufnahme und der Kohlensäureabgabe
des Probanden.
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Das Verfahren läßt sich prinzipiell für die kontinuierliche quantitative
Strömungsbestimmung Jedes beliebigen Gases in strömenden Gasgemisch verwenden, soweit die Möglichkeit einer Konzentrationsmessung
besteht. Dies ist neben den bereits angeführten Gasen Sauerstoff und Kohlendioxyd bei den meisten Narkosegasen und
technischen Gasen der Fall. Ebenso ist die quantitative Registrierung radioaktiver Isotope in einem strömenden Gas oder Gasgemisch
mittels entsprechender Meßverfahren möglich.
Die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen näher umrissen. Anhand
von Figuren eines AusführungsbeispMs in der Anwendung auf
die Bestimmung der Kohlendioxydausscheidung in der Atemluft soll die Erfindung noch näher beschrieben werden.
Es zeigen schematisch Figur 1 eine Ausführungsform einer Mischung
skammer im Sinne der Erfindung, Figur 2 eine Meßanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,Figur 3
demJLinbau einer Mischungskammer in einen Atemgasaufnehmer und
schließlich die Figuren k und 5 zwei besonders bewährte Ausführung
sformen von Mischungskammern.
Beil einer erfindungsgemäßen Mischungskammer in der Ausführungsform gemäß Figur 1 besteht dieser aus einer in Richtung des
Atemstromes 8 beidseitig geöffnetei Kapsel 1, so daß der hier das
Trägergas darstellende Atemstrom an der Seite la eintritt und an der Seite 1 b wider austritt.Die Abmessungen können in dieser
Richtung zwischen 15mm und 20 mm betragen. In einer dazu senkrechten
Richtung etwa gleicher oder etwas kleinerer Abmessung der Kapsel wird Mischungsluft durchgeführt, die nicht das zu
bestimmende Gas enthalten darf, also im Falle der Lungenfunkt imsprüfung
vnn CO frei sein muß. Diese Mischungsluft 9 tritt an Einlaßstutzen 1 b ein und verläßt die Kapsel an einem Auslaßstutzen
Id nach der durch Diffusion bewirkten Vermischung mit der Atemluft 9 als Meßgas 10. Zu Unterhaltung dieses
Querstromes aus einströmender Mischungsluft 9 und abströmendem
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Meßgas 10 werden zweckmäßig eine vorgeschaltete Pumpe 9»
und eine nachschaltende Pumpe 10a benutzt, wie Figur 2 schematisch veranschaulicht, die durch geeignete Vergleichsmaßnahiaen auf gleiche Fördcrmengen pro Zeiteinheit eingestellt
sein müssen.
Aas Innere der Kapsel 1 und der Leitungskanal für die einströmende Mischungsluft und 4as abströmende Me3gas sind
zweckmäßig so eingerichtet, daß die gegenseitige Vermischung oder Diffusion zwischen Trägergas 8 und Mischungsluft 9 begünstigt wird. 2.D. kann der durch die Misdungskanmer 1 laufende Abschnitt 9b, 10b, der Schlauchleitung
für die edntrömende Mischungsluft und das abströmende
Meßgas mit Öffnungen versehen sein, die die Diffusion de* Trägergases in den Strom dor Mischungsluft fördern.
Oder das Innere der Kapsel 1 kann mit einem die gegenseitige Diffusion bzw. Vermischung der beiden durchgeleiteten Gasströme fördexmden Stroff in faserartiger, schwammiger,
filsartiger, netzartiger, niaschen-oder gitterartiger Struktur gefüllt 3oin, z.B. mit feiner geschichteter Stahlwolle,
wobei die Schichten möglichst in Sichtung des Stromes der
Kischungsluft verlaufen sollen. Auch Kombinationen solcher
Stoffe oder Strukturen sind gangbar und können z.B. zurc Verfaeidung einer Wirbelbildung zweckmäßig sein. Unter Umständen kann anstatt der gezeigten quaderförmigen Ausbildung des Meßköpfes auch eine andere prlasiatische oder'
eine zylindrische Ausbildung- treten«.
.._.«_
In deai bewährten Beispiel einer MiachungskaMer geaaß Figur h
werden Ein- und Auslafistvtsen lc, Id, Miteinander durch eine
Durchmischungsstrecke verbunden, in welcher die Durchaieehung
■ittela einer quer xur Strömungsrichtung dea TrMgerg·«·· annordneten in die Durchaiachungsatrecke hineinragenden Lasche Ig
erfolgt. In dee ebenfalls bewährten Beispiel einer Miachungakwwaer gemäß Figur 5 wird Ein- und Aualaüatutsen Mitteinander ·
durch eine Ourchmiachungsstrecke verbunden, die in des angeführten Bespiel eine Lunge von 10 bis 15 μ und eine licht·
Veite von 2 bis h mn hat. Die Durch«!schung erfolt durch eine
kreuzförmig angeordnete Diffusionsöffnung lh dieser D ujt ehe i-■chunjr β strecke. 209816/0325
In der einfachsten Meßanordnung wird der Auslaßstutzen Id
der Mischungskamtner an ein zur quantitativen Analyse des
fraglichen Gasanteile geeignetes Meßgerät angeschlossen, z.B. an ein C0o-Anilyse-Gerät, welches unter dem Warendeichen
"Urns" bekannt ist. Diese Möglichkeit ist durch die obere Verbindung leitung 2a in Figur 2 angedeutet,
indem die dort noch veranschaulichte Meßanordnung mit
einem Mischgefä£ 2 umgangen wird. Es wird somit unmittelbar
immer der augenblickliche Anteil des fraglichen Gases ifli Analysegerät 3 ermittelt und angezeigt
oder ir.i nachgeschalteten Registriergerät 3 auf einem
Band 4a aufgezeichnet.
Die Geschwindigkeit der quer zur Atemrichtung zuströmenden λ
Mischungsluft 9 kann mit Hilfe einer geeigneten Pumpe 9a
z.B. mittels einer Membranpumpe, oder einer kleinen Zentrifugalpumpe
eingestellt werden, ebenso die Geschwindigkeit des abgesaugten und dem Meßgerät 3 augeführten
Meißgases mittels der Pumpe lOa. Beide Pumpen sind auf
gleiche Fördermengen pro Zeiteinhereinzustellen. Z.B. kann die Geschwindigkeit auf 11 pro Minute eingestellt
werden. Die Auswaschzoit des Meßkopfes 1 beträgt bei einem Rauminhalt von 0,8 ml e-tva 0,05 Sekunden.
Die so beschriebene Anordnung erlaubt z.B. die Bestimmung der C02-Ausscheidung während eines einzelnen
Atemzuges.
Um jedoch eine Integrierung der Ausecheidungsvorte in Verbindung
mit der Bestimmung des Atem-Minutenvolumene zu erreichen,
wird erfindungsgemäßvnoch ein Mischgefäß 2
zwischen der Mischungskammer 1 und dem Analysegerät 3 zvischenseschaltet. Dieses kann die Form einer ImisgestrecXton
Flasche haben, u » ein· möglichst lange
Vegstrecko für die Diffusion und Vermischung der Meßluft zu schaffen. Das Volumen kann beipielsweise 250 ml
seil. Schließlich können die im Analysegerät 3 eruittolten
quantitativen Konzentrationswert· auf ein registriergerät k,*
ζ.O. auf ein übliches medizinisch-diagnostisches Registriergerät oder auch auf einen Kompensationsschreiber gegeben werden,
um dort festgehalten zu werden.
Um von' der einen auf die andere Meßvariante umstellen zu können,
ist zweckmäßig in das Verbindungsrohr Id am Verzweigungspun!;t
ein Dreiwegehaixn eingesetzt, so daß je nach dessen Stellung
entweder das·Meßgas unmittelbar durch die Loitung 2a in das
Analysegerät 3 geleitet wirö oder zunächst durch die Leitangen
2b, 2c in das Mischgefäß 2 und erst nach dessen Durchströmen in das Analysegerät 3 gefördert wird.
IchließIich ist im unteren Teil der Figur 2 noch eine direkt
vom At eras tr on 8 (vorn Atengasabnebxier oder Mundvoreatz) zum
Analysvgerät 3 führende Verbindungsleitung 8a gezeichnet,um
anzudeuten, daß eventuellc-eine unmittelbare Messung der Konzentration von GO in der Atemluft möglich ist, z.B. zwecks
Kontrolle.
Bei der Sichung der ließköpfe gemäß der Erfindung hat sich
ergeben, daß die Steilheit der Sichkurve, die durch die relative Atecigaszuniscteung im Meßkopf bestimmt ist, und die erwünschte Linearität entscheidend von der inneren-Ausbildung
also
der Mischungskammer 1 abhängt, von deu Abstand zwischen Einlaß- und Auslaßstutzen lc, Id, bzw. ναι Form und Querschnitt
der Diffusionsöffnung oder von der Dichte und Anordnung der Füllung, d.h. von den von ihr verursachten mechanischen
Strömungswiderstand und schließlich von der Geschwindigkeit des Atengases .. Demnach werden zweckmäßig die mechanischen Strömungswiderstände für das Atemgas und der Abstand
zwischen Einlaß- und Auslaßstutzen variabel gehalten, ersteres
beispielsweise durch Vorsatz von Maschengittorn oder durch Veränderung, Auflockerung oder Verdichtung der Struktur der JIischungskammerfüllung 7·
Vorteilhaft ist eine Kombination von Diffusions- und Turbulenzabschnitten in der Kischungskanuaer, Un die Temperatur im Mefitcopf
Λ Λ Λ Λ Λ y Λ A *% ί"
konstant zu halten und um vor allein Feuchtiskeitsniederschläge
zu verhindern, ist es zweckmäßig, die Temperatur der Mischun^sluft mittels eines Thermostates auf einen bestimmten Wert, z.B.
auf 37 Celsius, anzuheizen, und diesen Wert zu halten. Dadurch wird die Messung vereinfacht, veil der Temperaturparameter nicht berücksichtigt werden muß.
In einer.» geschlossenen Heizsystem Kann, wie Figur 3 zeigt, der
Meßkopf aufgrund seiner Abmessungen unmittelbar in dem Mundstückansatz des DreiLwegehahnes des Ateinabnehmcrs eingesetzt
werden. Dazu nuß dieser beidseitig eine Bohrung für die zum
Meßkopf führenden Stutzen Tür die Mischungsluft und das Meßgas erhalten.
Mittels einer Schaurastoffeinlage im Maskeninneren das Atem- ™
gasabnehnera wird zweckmäßig der apparative Totraum auf ein
unvermeidbares Minimum reduziert. Ein im AtetnansatzstücK vor
der Mischungskamuor eingesetztes dünnes Gitter kann verhindern, daß beim Übergang von Naeenatuung zu Mundatmung eine ungleichmäßige Strömung de· Atemgases die Meßwerte verzerrt.
- 7a-
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Claims (13)
1. Verfahren und Vorrichtung zur fortlaufenden Bestimmung,
Anzeige oder Registrierung der tr.it einem strömenden Gasgeniisch geförderten Menge eines bestimmten Gases, inabesondere
der mit der Atmungsluft* ausgeschiedenen Kohlendioxydrtiange,
dadurch gekennzeichnet, daß in den Strom (3) des Trägergases, das das zu messende Gas mit sich führt,
eine Mischungskammer (l) eingefügt wird, und der Trägergasstrom
darin mit einem als Mischungsluft (9) bezeichneten Gas gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit und Zusammensetzung
in Kontakt kommt, sodaß der in dieser Mischungsluft durch Diffusion eintretende Anteil des zu bestimmenden
Gases als Maß für seine geförderte Menge die,nt, indem
in einem nachgeschalteten, zur quantitativen Analyse geeigneten Gerät (3) die Konzentration des fraglichen Gases
in dein als Keßgas bezeichneten, aus der MiscmH&imner (l)
austretenden Gasstrom (10) bestimmt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in der llischungskaninier (l) die Ströme der Mischung »luft (9)
und des zu überwachenden Trägergases (8) sich kreuzen.
3* Vorrichtung nacn Ansprüche1, Haaurch gekennzeichnet, daß
in die Verbindungsleitung zwischen:d#r Auslassöffnung (Id) für
das austretende Meugas (10) der Mis dung skaauner und dem Gasanalysegerät
(3) ein Mischgefäß (2) eingefügt ist, um zwecks Integrierung über die Zeit eine homogene Verteilung
der Gaslcomponenten in dem zu analysierenden MelJgas zu erreichen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3« dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischungskammer (l) aus einer in Richtung des zu analysierenden Trägergasstromes (8) beidseitig
geöffneten Kapsel besteht, die in einer quer dazu verlaufenden Richtung einen Einlaßstutzen (ic) und einen
*m w ot
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In einem offenen Meiisystem könnrte der Meßkopf unmittelbar
in einem Pneumotachographen eingebaut werden, so daß mit einem
Meßgerät gleichzeitig Informationen über Atemzeitvolumen und
über effektive Atmung (Alveolaroventilation) möglich werden.
Das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung erlauben wesen tliche klinische Aussagen. So ist eine Bestimmung
des Ruhe- und Belastungsumsatzes iut geschlossenen und
im offenen Systeia für Lungenfunktionsprüfungon möglich. t)as
Verfahren ist Methoden ebenbürtig, die auf der Bestimmung des Sauerstoffverbrauches beruhen. Vom technischen her gesehen,
kann das Verfahren diesen sogar überlegen sein.
Weiterhin erlaubt die Registrierung der Kohlensäureataschei-
dung in Verbindung mit der Messung der findalveolaren CO0- λ
Konzentration die Bestimmung des effektiven Atenzeitvolumens.
Schließlich ergabt sich durch Kombination mit der Registrierung
hei* Aterazeitwerte eine zusätzliche Möglichkeit zur fort-1
aufendaxtrJTotraumbeStimmung im offenen und im geschlossenen
System.
209816/0326
/10
Auelaßstutzen (ld) für die Mischungsluft besitzt.
5>Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungsfcaramer (l) durch besondere Einrichtungen
oder Mapnahmen derart gestaltet ist, daB die gegenseitige
Vermischung oder Diffusion zwischen Trägergas (8) und Mischungsluft
(9j begünstigt.ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet,
da/i die Mi se hung ska miner (l) in ihrem Inneren mit einem
die Diffusion bzw. Vermischung der durchgeleiteten Gase fördernden
Stoff (7) in faeerartiger, schwammiger, -filsartiger,
netzartiger, raaschen- oder gitterartiger Struktur oder mit Kombinationen
solcher Stoffe oder Strukturen gefüllt ist, z.B. mit W feiner, geschichteter Stahlwollen.
7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5% dadurch gekennzeichnet,
daß der durch die Mischungskamroer (l) laufende Abschnitt
(9b, lOb) der Schlauchleitung für die einströmende Mischungsluft (9) und da« abströmende Moßgas (10) mit öffnungen
versehen ist, die die Eindiffusion des Träge- rgases (8) in die Mischungsluft (9) fördern.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß durch die .nessung der MischungsKamner (l),dcr Querschnitte
der Schlauchleitungen (9a und 10a) für die Mischunjsluft
(9) und das Mejjgas (10), sowie der Querschnitte der l)ik
ffusionsöffnungen in der Mischungskaauner gewährleistet ist,
daß da3 in die Mischungsluft (9) eindiffundierendc Träger gas (?)
mengenmäßig nur einen Bruchteil des herausgeforderten MoO-gases
(10) bildet.
9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche t bis S, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abmessungen der Kischungskammer (l) , insbesondere
bei der Verwendung für die Bestimmung der Kohlensäureau3scheidung
in der Ausatumunssluft in der Richtung des Stromes
des Trägergases (5) zwischen l^wua und 20nun, insbesondere bei
11mm, in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung zwischen 3 und
6mm, insbesondere bei knan liegen.
2 0 9 8 16/ 0325 ^0 original
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischgefäß (2) aus einer Flasche mit möglichst langer Wegstrecke für den zu homogenisierenden
Strom des Meßgases (10) besteht.
11. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet,
daß in der Anwendung zur LungenfunktionsprU-fung
die Kischun$sfca«iac£1) in dem Mundstückansatz (10) eines
Atemabnehmers für geschlossene Meßsysteme eingebaut ist, und zwar vorzugsweise derart, daß nur ein Bruchteil der Atemluft
; die hier das Trügorgas bildet, durch die Mischungskatnmer
(l) strömt..
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzcichiet,
daß die Mischungskammer (l) in den Pneunotachograplien
eines offenen Meßsystetns eingebaut ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungstnengen der in die Mischungskaruner
(l) geförderten Mischungsluft (9) und des aus ihr
abgeführten lleiigases (10) Mittels einer vorgeschalteten
und mittels einer nachgeschalteten Pumpe (9a und 10a) einander «jleichgehalten werden.
l-'i. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
im Mundstückansatz Maßnahnen zur Homogenisierung des Atemstromes
(δ) beim Übergang von der Nasenatmung zur Mund-13
vorgesehen sind, z.3. durch Vorsatz eines Gitters.
BAD
209816/0325
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Also Published As
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