DE1791124B2

DE1791124B2 - Device for the study of lung function

Info

Publication number: DE1791124B2
Application number: DE19681791124
Authority: DE
Inventors: Hansjoachim Dr.Med. Woitowitz; Roland Woitowitz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-09-18
Filing date: 1968-09-18
Publication date: 1974-05-16
Also published as: NL6914048A; CH511015A; DE1791124C3; DE1791124A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät für die Untersuchung der Lungenfunktion, insbesondere mil einer Kabine für die Ganzkörperplethysmographie mit Meßgeräten für die Ermittlung der Kammerdruckschwankungen l'_k (piezo- oder mechanisch-elektrischer Wandler) und für die Ermittlung der Atemstromstärke V (Pneumotachograph) während der Atmung.The present invention relates to a device for the investigation of the lung function, in particular with a cabin for whole-body plethysmography with measuring devices for the determination of the chamber pressure fluctuations l' _k (piezo or mechanical-electrical transducer) and for the determination of the respiratory flow strength V (pneumotachograph) while breathing.

Hei derartigen Gtraten (z. B. niederländische Offenlegungsschrift 6 512 487) werden die den gemessenen Größen 1\ und V entsprechenden elektrischen Größen (Spannungen) einem Koordinatenschreiber zugeführt, der sogenannte Druck/Atemsiromstärke-Kurven aufzeichnet, die bei einer gesunden Versuchsperson im wesentlichen die in F i g. 2 durgestellte Form besitzen, die jedoch in pathologischen — d h medizinisch interessanten — Fällen zu sogenannter Keulenform (F i g. 3). Schlägertorm (F i g. 4). Blasenform (Fig.5) od. dgl. entarten. Die Abweichung pathologischer Kurven von der Normalform ergibt sich z. B. daraus, daß trotz Anwachsens des Atmungsdruckes (und damit von P_K) keine entsprechende" Zunahme der Atemstromstärke V erfolgt, wenn pathologische Veränderungen im Atemweg des Probanden vorhanden sind. d. h., l\ wächst bei gleichbleibendem P.In such quantities (e.g. Dutch laid-open specification 6 512 487), the electrical quantities (voltages) corresponding to the measured quantities 1 \ and V are fed to a coordinate recorder that records so-called pressure / respiratory strength curves, which in a healthy test person essentially have the in Fig. 2, which, however, in pathological - ie medically interesting - cases become so-called club-shape (Fig. 3). Racket norm (Fig. 4). Bubble shape (Fig. 5) or the like degenerate. The deviation of pathological curves from the normal form results e.g. B. fact that in spite of increase of the respiration pressure (and thus of P _K) there is no corresponding "increase in the respiratory flow rate V when pathological changes in the airway of the subject are available. Ie, l \ grows with constant P.

Die Auswertung der Kurven erfolgt derart, daß zur Feststellung des gesuchten Lungenwiderstandes in signifikanten Punkten (Extremwerte von l\) Hillslinien angelegt werden, deren (reziproke) Steilheit ein Maß für den Widerstand ist.The curves are evaluated in such a way that, in order to determine the lung resistance sought, hill lines are applied at significant points (extreme values of 1) , the (reciprocal) steepness of which is a measure of the resistance.

Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus. daß die bisher aufgezeichneten Druck Atemstromstärke-Kurven zwar die interessierenden Informationen enthalten, daß diese Informationen jedoch nur mit Schwierigkeiten, d.h. von Fachkrälkn mit großem Zeitaufwand, aus diesen Kurven entnommen werden können und daß ein Vergleich verschiedener Kurven (z. B. zur Verfolgung eines Heilungspiwesses) nur möglich ist, wenn die MeSapparatur unter bleichen Bedingungen arbeitet bzw. wenn die Kurven ^z. B. bei verschiedenen Maßapparaturen) mit pichen Aufzeichnungsmaßstäben arbeiten. Diese Voraussetzungen sind jedoch meist nicht gegeben. Der Erfindung liegt daher die Aulgabe zugrunde. ei,i Gerät dei eingangs genannten Art derart auszubilden, daß statt der bisher verwendeten schwer uiswertbaren Druck Atemstromstärke-Kurven ohne \rbeitsaufwand gleich die gewünschten Angaben über den LuiiLenwiderstand R zu erhalten sind und außerdem eine weitere Größe abgegeben wird, die ein objektives Maß der Verformung der bisher gemessenen Kurven darstellt. Erfindungsgenuiß ist dies dadurch erreicht, daß zur Ermittlung der momentanen Größe des Lungenwiderstandes R , ein elektrisches Dividierglied vorhanden ist, dessen Eingänge die Meßgeräte für die Größen P_K und V. gegebenenfalls über Filter und Verstarker, angeschlossen sind. Gemäß weiterer Erfindung wird zur Ermittlung der momentanen Abweichung des zeitlichen Verlaufs von l\ und Γ während der Atmung ein Phasenmeßgerät verwendet, an dessen Eingänge ebenfalls die Meßgeräte für die Größen P_h und V. gegebenenfalls über Filter und Verstärker, angeschlossen sind.The present invention is based on the finding. that the pressure, respiratory flow rate curves recorded so far contain the information of interest, but that this information can only be extracted from these curves with difficulty, that is, by specialists with great expenditure of time, and that a comparison of different curves (e.g. for following a healing piss ) is only possible if the measuring apparatus works under pale conditions or if the curves ^ z. B. with different measuring devices) work with pichen recording scales. However, these prerequisites are usually not met. The invention is therefore based on the object. ei, i device of the type mentioned at the beginning in such a way that instead of the previously used pressure, which is difficult to evaluate, respiratory flow rate curves can be obtained without any effort, the desired information about the tube resistance R and also another variable is given which is an objective measure of the deformation of the curves measured so far. According to the invention, this is achieved in that an electrical dividing element is provided to determine the instantaneous magnitude of the lung resistance R , the inputs of which are connected to the measuring devices for the variables P _K and V, possibly via filters and amplifiers. According to a further invention, a phase measuring device is used to determine the instantaneous deviation of the temporal course of l \ and Γ during breathing, to whose inputs the measuring devices for the variables P _h and V are also connected via filters and amplifiers, if necessary.

Die Anzeige des Phasenwinkels zwischen Drucku η el Atemstromstärkeverlauf ergibt zusammen mit den Widerstandsmelkrgebnissen nicht nur ein Maß für die Art der Verformung der Kurven, d. h. der Größe der Lungeiiwegs-Obslruktion, sondern — ■/.. B. je nach Vorzeichen — auch ein Maß für die Art der Verformung. Durch die gleichzeitige Angabe dieser C-rölkii sind dem Arzt alle wichtigen aus /\ und V entnehmbaren Informationen direkt und ohne weiteren Arbeitsaufwand zugänglich. Außerdem ist durch die Erfindung der zeitliche Verlauf des Momentanwertes des Lungenwiderstandes mühelos erfaßt: der Verlauf des Lungcnvviderstandswertes während der Atmung ist aber medizinisch besondersThe display of the phase angle between the pressure and the respiratory flow rate, together with the resistance milking results, not only provides a measure of the type of deformation of the curves, i.e. the size of the lung obstruction, but - ■ / .. B. depending on the sign - also a measure for the type of deformation. By specifying this C-rölkii at the same time, the doctor has access to all important information that can be taken from / \ and V directly and without additional work. In addition, the invention enables the temporal course of the instantaneous value of the lung resistance to be recorded effortlessly: the course of the lung resistance value during breathing is, however, medically special

aufschlußreich, und er war bis jetzt wegen der meist stark verzitterten Form der Kurven nur ungefähr, d. h. zu ungenau, und nach aufwendiger Auswerlarbeit festzustellen.revealing, and up to now it has only been approximately d. H. too imprecise and to be determined after extensive evaluation work.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß durch die Erfindung ein weiterer Voneil erreichbar ist; das auf Grund der Erwärmung der Kammer oder auf Grund sich langsam ändernder Umgebungsbedingungen gegebene Auswandern der Kurven, kann nämlich gemäß weiterer Erfindung durch die Vorschaltung je eines Differenziergliedes vor die Eingänge aes die Größen P_K und V verarbeitenden Dividiergliedes.verhindert werden.In this connection it should be noted that a further Voneil can be achieved by the invention; the wandering of the curves due to the heating of the chamber or due to slowly changing ambient conditions can namely, according to a further invention, be prevented by connecting a differentiating element in front of the inputs aes, the variables P _K and V processing dividing element.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der Zeichnung, an Hand welcher ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in sechs Figuren erläutert wird. Es zeigtFurther advantages and details emerge from the drawing, which shows an exemplary embodiment the invention is explained in six figures. It shows

F i g. 1 eine Kabine für die Ganzkörperplcthysmographie im Schnitt,F i g. 1 a booth for whole-body plcthysmography on average,

F- i g. 2 eine Druck/Atemstromstärke-Kurve einer gesunden Versuchsperson,F- i g. 2 a pressure / respiratory flow rate curve a healthy test subject,

F i g. 3, 4 und 5 von kranken Versuchspersonen, F i g. ft ein Blockschaltbild der Erfindung. In der Fig. 1 ist mit 1 die Kabine, mit 2 der in ihr sitzende und in den Pneumotachograph«^ 3 atmende Patient und mit 4 das in der Kabine befindliche Druckvergleichsgefäß bezeichnet. Mittels bekannter und daher nicht beschriebener Druckmeßfühler wird über die Leitungen 5, 6 die den Kammerdruckschwankungen entsprechende elektrische Spannung gemessen (/\); am Pneumotachograph^ wird über die Leitungen 7, 8 die der Atemstromstärke (V) proportionale elektrische Spannung abgenommen.F i g. 3, 4 and 5 from sick test subjects, F i g. ft is a block diagram of the invention. In FIG. 1, 1 denotes the cabin, 2 denotes the patient sitting in it and breathing into the pneumotachograph, and 4 denotes the pressure comparison vessel located in the cabin. By means of known and therefore not described pressure sensors, the electrical voltage corresponding to the chamber pressure fluctuations is measured via the lines 5, 6 (/ \); on the pneumotachograph ^ the electrical voltage proportional to the respiratory flow strength (V) is taken via the lines 7, 8.

I« F i g. 6 ist mit 9 der Eingang der am Wert P_K entsprechenden elektrischen Spannung und mit 10 der Eingang der am Wert V entsprechenden elektrischen Spannung bezeichnet. 11 und 12 stellen Filter zur Unterdrückung hochfrequenter Störungen dar, 13 und 14 sind Verstärker für die am Eingang liegenden Spannungen. Mit i5 ist ein Phasenmeßgerät und mit 16 ein Anzeigegerät beziffert. Die Bezugszahlen 17 und 18 sind für Differenzierglieder verwendet. Das Dividierglicd ist mit 19, das ihm nachgcsrhaltete Integrationsglied mit 20 und das Anzeigegerät für die integrierte Oröße mit 21 bezeichnet. Der Ausgang 22, 22', 22" ist für den Anschluß eines Registriergerätes 23 gedacht. Ein Trigger 24 ist zwischen das Dilferenzierglicd 18 und das Dividierglied 19 eingeschaltet.I «F i g. 6, 9 denotes the input of the electrical voltage corresponding to the value P _K and 10 denotes the input of the electrical voltage corresponding to the value V. 11 and 12 represent filters for suppressing high-frequency interference, 13 and 14 are amplifiers for the voltages applied to the input. A phase measuring device is numbered with i5 and a display device with 16. The reference numerals 17 and 18 are used for differentiating elements. The dividing element is denoted by 19, the integration link that follows it is denoted by 20 and the display device for the integrated size is denoted by 21. The output 22, 22 ′, 22 ″ is intended for the connection of a recording device 23. A trigger 24 is connected between the diluting element 18 and the dividing element 19.

Die Funktion der einzelnen Schaltungscinheiten ist folgende:The function of the individual circuit units is as follows:

Nach Filterung II, 12 und Verstärkung 13, 14 der eingespeisten Größen P_K und V werden d.ese einerseits dem Phasenmeßgerät 15 und dem .hin nachgeirhilteten Anzeigegerät 16 und andererseits den bei- - den Srenz£|liedernl7 und 18 sowie dem Regi-After filtering II, 12 and amplification 13, 14 of the fed-in quantities P _K and V , these are transmitted to the phase measuring device 15 and the subsequent display device 16 on the one hand and to the two separate

° tL° St 23 (Aisgänge 22, 22') zugeführt. Nehmen Hi"heiden eingespeisten Größen nicht proportional zu od^r ab, so⁸wir^Pd am Anzeigegerät 16 der Phasenwinkel zwischen der Vor- oder Nacheilung der einen ° tL ° St 23 (outlets 22, 22 ') supplied. If the two quantities fed in do not decrease proportionally to od ^ r, then we ⁸ ^P d on the display device 16 the phase angle between the lead or lag of the one

Größe gegenüber der anderen als em von der O-Lage in positiver oder negativer R.chtung abweichender Ausschlag angezeigt. Dem Anzeigegerät 16 kann eine fmecrationsschaltung entsprechend dem spater genannten Integrator 20 vorgeschaltet sein, oder esSize versus the other than em from the O-location a deviating deflection is displayed in positive or negative direction. The display device 16 can have a fmecration circuit according to the later mentioned Integrator 20 be connected upstream, or it

TZ selbst als integrierendes Meßinstrument ausoebildet werden. Besonders vorteilhaft ist es zusaiz-Hch eine Schaltung für das Anzeigegerat 16 vorzusehen welche den zwischen den Zeitpunkten TZ itself can be trained as an integrating measuring instrument. In addition, it is particularly advantageous to provide a circuit for the display device 16 which provides the between the points in time

IP_x„„und ±Y_max IP _x "" and ± Y _max

ermittelten Phasenwinkel über den Rest eines Atemzyklus speichert.saves the determined phase angle over the remainder of a breathing cycle.

Die Differenzierglieder 17 und 18 bewirken, daß lediglich die (relativ raschen) Änderungen der einge-The differentiators 17 and 18 have the effect that only the (relatively rapid) changes in the

»5 speisten Größen weiterverarbeitet werden; dagegen werden den Meßsignalen überlagerte Gleichstromanteile sowie langsame Änderungen, wie sie z. B. durch die langsame Erwärmung (und damit Druckerhöhung) in der Kabine entstehen, unterdrückt.»5 fed sizes are further processed; against it are the measurement signals superimposed DC components and slow changes, such as. B. caused by the slow heating (and thus pressure increase) in the cabin, suppressed.

Die zeitlich veränderlichen Größen P_K und V werden dem Dividierglicd 19 zugeführt, welches daraus den momentanen Lungenwiderstandswert errechnet. Dieser errechnete Wert wird dem Ausgang 22" (dem Registriergerät 23) zugeführt. The variables P _K and V , which vary over time, are fed to the dividing element 19, which calculates the instantaneous lung resistance value therefrom. This calculated value is fed to the output 22 ″ (the recorder 23).

Die Atemstromstärke V ändert beim Übergang von Einatmung zu Ausatmung und umgekehrt ihre Richtung (ihr Vorzeichen). Beim Nulldurchgang des Stromes K=O wird der Trigger 24 angestoßen. Dieser Trigger steuert bei jedem zweiten Nulldurch-The respiratory flow strength V changes its direction (its sign) during the transition from inhalation to exhalation and vice versa. When the current K = O crosses zero, the trigger 24 is triggered. This trigger controls every second zero crossing

gang das Dividierglied 19 neu an, so daß der am Glied 19 nachgeschalteie Integrator jeweils über einen Atemzyklus (Ein- und Ausatmung) den errechneten Widerstandswert mitlelt. Am Anzeigegerät erscheint dann jeweils der Widerstandsmintelwert eines Atemzyklus.start the dividing member 19 again, so that the integrator downstream of the member 19 over a breathing cycle (inhalation and exhalation) averages the calculated resistance value. On the display device the average resistance value of a breathing cycle then appears.

Der Alveolardruck braucht nicht in einer Plethysmographenkammcr indirekt über die Messungen von P_K gewonnen zu werden; es kann vielmehr auch direkt mittels Oesophagussonde der interessierende Lungendruck gemessen und im erfindungsgemäßen Gerät verarbeitet werden.The alveolar pressure does not have to be obtained indirectly in a plethysmograph chamber via the measurements of P _K; rather, the lung pressure of interest can also be measured directly by means of an esophageal probe and processed in the device according to the invention.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for the examination of the lung function, in particular with a cabin for whole-body plethysmography with measuring devices for the determination of the chamber pressure fluctuations P _K (piezo or mechanical-electrical transducer) and for the determination of the respiratory stiom strength Ϋ (pneumotachograph) during breathing, because - ic characterized in that an electrical dividing element is available to determine the instantaneous magnitude of the lung resistance K. to whose inputs the Meßgerate for the sizes of P _K and P, gcgebenen ^r are alls connected via filter and amplifier.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that at the output of the dividing member a recording and / or recording device is connected.

3. Device according to claim 2, characterized in that that an integrating measuring instrument is used as the display device or the display device an integrator is connected upstream.

4. Apparatus according to one of claims 1 to 3, characterized in that the two inputs each of the dividing members is preceded by an electrical diluting member.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the DirTerenziergiied processing the A.emstrom strength ί 'is a trigger for controlling the dividing member nachgeschaha is !.

H. Device for the examination of the lung function, in particular with a cabin for the whole-body plethysmograplue with measuring devices for the determination of the Kanimerdruck'-fluctuations l \ (piezo- or mechanical-electrical wondler) and for the determination of the respiratory flow strength 1 "(pneumotachograph) during breathing, instiesondj.e according to one of the preceding claims, characterized in that to determine the instantaneous deviation of the temporal progression of P _K and P during breathing cm phase measuring devices are available, at whose inputs the measuring devices for the quantities P _K and P _{1 are} optionally connected via filter and amplifier.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that at the output of the phase measuring device a display and / or recording device is connected.

S device according to claim 7, characterized in that so that an integrating measuring instrument is used as the display device.

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