DE1908472C3 - Rheopneumometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rheopneumometer zur Überwachung der Atmungsfunktion durch Messen der durch den Atmungsvorgang verursachten Impcdan/änderungen des Brustkorbes.

Diese impedanzänderungen können gemessen werden, indem beispielsweise zwei Elektroden an den Brustkorb der Untersuchungsperson in gutem elektrischen Kontakt mit der Haut angeordnet und an eine Wechselstromquelle von hoher Impedanz angeschlossen werden. Die Schwankungen des Spannungsabfalls an den Elektroden stellen dann unmittelbar ein Maß für die Schwankungen der Impedanz des Brustkorbes dar. Zur Registrierung des Spannungsabfalls wird das an den Elektroden abgenommene Wechselstromspannungssignal demoduliert, wodurch ein Signal erhalten wird, das den Amplitudenschwankungen des an den Elektroden abgenommenen Spannungssignals entspricht. Aus diesem Signal müssen relativ schnelle, etwa durch die Herztätigkeit der Untersuchungsperson bedingte Schwankungen sowie Störungen mit Hilfe eines Tiefpaßfilters entfernt werden, um ein Signal zu erhalten, das ausschließlich die Atmungstätigkeit der Untersuchungsperson widerspiegelt. Ein derartiges Meßgerät ermöglicht es, ausgehend von der Messung der Änderungen der Impedanz des Brustkastens, die llauptparamctcr der Atmung, die Atmungsfrequenz, das laufende Luflvolumen, das Luftvolumen pro Minute usw. zu bestimmen.

Wie bei der Rhcoencephalographie werden die die Lungenflügel betreffenden Messungen durch ein voll-

ständig elektrisches Verführen ohne Verwendung von elektromechanischen Fühlern, d. h. durch Eingabe eines schwachen Wechselstromes /wischen zumindest zwei Elektroden durchgeführt.

Ein derartiges Pneumometer ist aus der US-PS ii 47 223 bekannt. Es weist einen Generator auf, der über eine hohe I mpedanz zwei Elekti öden versorgt. Das an den Elektrodenklemmen liegende Spannungssignal wird verstärkt, demoduliert und durchläuft einen nachgeschalteten Tiefpaßfilter.

Die Änderungen der Brustraumimpedanz JZist quasi proportional dem laufenden Luftvolumen A V. das die Lungenalveolen während jedes Atmungszyklus füllen, der aus einer Einatmung und einer Ausatmung besteht.

Ausgehend von der Messung von AZ ist es möglich, einerseits die Atmungsfrequenz und andererseits das laufende Luftvolumen und durch Integration das Luftvolumen pro M inute zu bestimmen.

Dennoch ergeben sich zwei Hauptschwiprigkeiten:

Für die Messung der Atmungsfrequenz dürfen als Atmungszyklus nicht die plötzlichen Änderungen der Impedanz berücksichtigt werden, die auf übermäßige Bewegungen des untersuchten Objekts oder auf schlechte Kontakle der Elektroden auf der Haut zurückzuführen sein können. Diese plötzlichen Änderungen können außerdem eine lange allgemeine Blockierung der \. : richtung hervorrufen unc! so noch mehr die Messung verfälschen.

Die genaue Bestimmung des Proportionalitätskoeffizienten AVund .IZist schwierig. Dieser Koeffizient ist hauptsächlich bestimmend für die absolute Volumenmessung, wie die Messung des laufenden l.uftvolumens in Millilitern und vor allem des Volumens pro Minute (in Litern).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rheopneumometer der eingangs genannten Art zu schaffen, das unier Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile in sicherer Weise das in einem längeren Zeitraum, z. B. 24 Stunden, geatmete Volumen bestimmen und die Atmungsfrequenz in diesem Zeitraum zählen läßt. Diese Aulgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine mit das Luftvolumen in elektrische Spannung umformenden Wandlern versehene elektronische Eichvorrichtiing, einen das in einem längeren Zeitraum geatmete Luftvolumen feststellenden Zähler, einen das Luftvolumen einer Minute angebenden Anzeiger, einen die Atmungsfrequenz über einen längeren Zeitraum feststellenden Zähler und ferner durch einen nach Frequenz und Amplitude ausgelösten selektiven Schalter, eine Schaltung zur Messung der Atmungsstillstandsvcrzögerung und schließlich durch cmc Vorrichtung zur Auslösung der Lungenradiographie in der gewünschten Atmungsphase.

Das erfindungsgemäße Rheopneumometer ennoglicht es, Störsignale zu beseitigen. Alarmsignale für einen Atmungsstillstand auszulösen, der eine vorher festgelegte Atmungsstillstandsverzögerung überschreitet, und eine Lungenradiographie in der gewünschten Atmungsphase auszulösen.

Line vorteilhafte Ausführungsforni des erfindungsgemäßen Rheopneumometers besteht darin, daß die elektronische Eichvorrichiung einen Volumen-Span Ntingswandler aufweist, der ein erstes (.lurch eine unabhängige Quelle gespeistes Potentiometer, dessen Schleifer mit dem beweglichen Teil eines Spiromeiers verbunden ist und einen Verstärker umfaß!, dessen Eingang an dem Schleifer liegt und dessen Ausgang an Masse über ein zweites Potentiometer liegt, bei dem die Stellung dessen Schleifer die für die Eichung verwendete genaue Spannung (Aiii) \n Millivolt pro Volumeneinheit bestimmt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfiiidungsgemäßen Rheopneumometers besteht darin, daß die elektronische Eichvorriehtung einen Volumen-Spannungswandler aufweist, der eine veränderliche Impedanz besitzt, die einerseits mit dem beweglichen

ίο Teil eines Spirometers und andererseits mit einem Eichrheometer verbunden ist, dessen Ausgang an Masse über ein Potentiometer liegt, bei dem die Stellung dessen Schleifer die für die Eichung verwendete genaue Spannung (AUi) in Millivolt pro Volumeneinheit bestimmt.

Line weitere vorteilhafte Ausführungsforni des erfindungsgemäßen Rheopneumometers besieht darin, daß die elektronische Eichvorrichtung miniaturisiert ist, und einen Volumen-Spannungswandler aufweist, der aus einem Gehäuse mit zwei Abteilen und zw.-i Ventilen besieht, von denen eins auf der beiden Abteilen gemeinsamen Trennwand sitzt, daß ferner ein Abteil zumindest eine Photozelle, eine Lichtquelle und dazwischen zwei drehbare Teile, wie Flügclschraubcn.

umfaßt und daß schließlich die Pholozelle mit einem Impulsgenerator verbunden ist, dessen Impulse in einer Integriersclialtung integriert werden, die mit einem Verstärker verbunden ist. dessen Ausgang an Masse über ein Potentiometer liegt, bei dem die Stellung dessen Schleifer die für die Eichung verwendete genaue Spannung in Millivolt pro Volumeneinheit bestimmt.

Line weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rheopneumometers besieht darin, daß die Auslösevorrichtung der Lungenradiographie einen beweglichen und über den Lauf des Galvanometerzeigers des das laufende l.ufivolumen anzeigenden Anzeigers regelbaren Kontakt aufweist, der mit der Steuerschaltung eines zugehörigen Röntgenstrahlengenerators verbunden ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rheopneumometers besieht darin, daß der das pro Minute geatmete Luftvolumen feststellende Zähler Schaltungen mit Feldeffekttransistoren zur Errichtung langer Zeitkonstanten umfaßt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rheopneumometers besteht darin, daß der die Atmungsfrequenz feststellende Zähler die Kombination einer selbsttätigen Schaltung zur Verringerung der Zeilkonstanten eines Niederfrequcnzverstärkers und des nach Frequenz und Amplitude ausgelösten selektiven Schallers umfaßt, der für einen gewählten Bereich der Atmungsfrequenz, z. B. 10 bis 120 Atmungen pro Minute, geregelt ist und an einen monostabilen Multivibrator zur Formgebung, der seinerseits mit einer Frequenzintegrierschaltung verbunden ist und die Schaltung zur Messung der Atmungsstillstandsverzögerung steuert, und an einen Anzeiger der Atmungsfrequenz angeschlossen ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsforni des

(χι erfindungsgemäßen Rheopneumometers besteht tiarin, daß der monostabile Multivibrator nur durch Umkehr der Atmtmgsphase durch den selektiven Schalter auslösbar ist.

L^:iie weitere vorteilhafte A'isführungsforni des

o-i erfindungsgemäßen Rheopneumometers bestellt dann, daß die Schaltung zur Messung tier Atmungssiillstandsver/ögerung eine /eilbasisschaltung. eine Schaltung zur Impedanzanpassung nut Feldelfekttransistoren und

einen gegengekoppelten Integrierverstärker aufweist, der mit einem Potentiometer verbunden ist, das einem Auslöser von Sieht- und/oder Tonalarm angesehlossen ist.

Weitere Merkmale und durch sie erzielte Vorteile gehen aus der Beschreibung der Zeichnung hervor, in der beispielsweise gewählte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rheopneumometers schemalisch veranschaulicht sind, Es zeigt

l^:ig. 1 ein Beispiel eines Spirogramms und des entsprechenden Rhcogramms mit plötzlichen Impedanzänderungen, die auf übermäßige Bewegungen des untersuchten Objekts zurückzuführen sind,

I"ig. 2 ein Übersichtsschema einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rheopneumometers mit einer elektronischen Eich vorrichtung.

Tig. 3 ein Schema der charakteristischen Schaltungen eines erfindungsgemäßen Rheopneumometers,

F ig. 4, 5 und 6 drei Ausführungsbeispielc von elektronischen Vorrichtungen zur volumetrischen Eichung.

In F" ig. I ist mit Kurve 1 ein Beispiel eines Spirogramms dargestellt. Die Zeit ist auf der Abszisse in Sekunden abgetragen. Die Änderung des Volumens Δ V befindet sich auf den Ordinaten in Millilitern. Das entsprechende Rhcogramm ist mit Kurve 2 ebenfalls in I" ig. I dargestellt. Die Brustraumimpedanz AZ ist auf der Ordinate in Ohm abgetragen. Als Beispiel wurden in dem Rheogramm auf eine Störwirkung zurückzuführende plötzliche Impedanzänderungen A und ßangegeben. In jeder Kurve 1 und 2 entsprechen die ansteigenden Hanken der Einaimungsphasc und die abfallenden Hanken der Ausatmungsphasc.

In !"ig. 2 ist ein vereinfachtes Schema eines erfindungsgemäßen Rheopneumomeicrs dargestellt. das als bedeutende Verbesserung eine elektronische lochvorrichtung aufweist, die unerläßlich für die genaue Messung des laufenden Luftvolumens und vor allem des Volumens pro Minute ist. Die bekannten Methoden des visuellen Vergleichs der Anzeigen eines Rheopneumometers und eines üblichen Spirometers sind viel zu ungenau, in F i g. 2 ist die Gesamtheit des Rheopneumometers mit der Bezugsziffer 3 und die Gesamtheit der Ziehvorrichtung mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet. Ein Generator 5, dessen Frequenz beispielsweise 40 kHz. beträgt, schickt einen dank der Widerstände 6 und 7 hohen Wertes, beispielsweise 10OkQ. konstanten Wechselstrom zu den Elektroden Ei und £2, die auf dem Brustkasten eines Untersuchungsobjekts S angeordnet sind. Die Spannung an den Klemmen dieser Elektroden ist einer geringen Amplitudenmodulation aufgrund der Impedanzänderung AZ der spezifischen Lungenzellen im Lauf der Atmungszyklen unterworfen.

Tatsächlich ändert sich das volumetrische Verhältnis Luft/Gewebe zwischen den beiden Elektroden Ei und Ei entsprechend dem Zustand der Füllung der Lungenalveolen. Es erhöht sich beim Einatmen und verringert sich beim Ausatmen. Der amplitudenmodulierte Träger wird in einem Hochfrequenzverstärker 8 verstärkt. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, die Verbindung zwischen den Elektroden Ei, Ez und dem Verstärker 8 durch einen Sender herzustellen, der auf dem Untersuchungsobjekt angeordnet ist und unmittelbar an eine mit dem Verstärker 8 verbundenen Empfänger sendet.

Der Verstärker 8 ist mit einem Detektor 9 verbunden, f>5 der ein Filter umfaßt. Der Detektor 9 stellt die auf die Atmung zurückzuführende langsame Komponente fest. Das Filter begrenzt die Frequenz, beispielsweise auf

3 Hz, d.h. 180 Atmungen pro Minute. Die langsam« Komponente wird dann durch einen Niederfrequenz verstärker 10 verstärkt.

Dieser Verstärker 10 hat die Aufgabe, die Nutzer scheiniingen — hier die Atmung — zu verstärken um jede mögliche Störung, die beispielsweise auf übermäßi gc Bewegungen des I Inlcrsuehungsobjekls 5 oder au schlechte Kontakte der Elektroden mit der Hau zurückzuführen sind, auf Null zu setzen. Er sperrt siel nicht und nimmt seinen Betrieb wieder auf unmittelba nach dem Verschwinden des .Störungsgrundes. Seim Aufgabe ist äußerst bedeutend, vor allem bei der Atmungsmessungen, bei denen die Frequenz de unterhalb 0,2 Hz abfallenden Erscheinungen sehr großi Zeitkonstanten — größer als 6 Sekunden — erfordert Unter uiesen Seuingurigcn ware die Blöckierungs/.ci nach jeder Störung eines gewöhnlichen Verstärkers zi lang. Im Lauf einer intensiven Überwachung wäret viele Nutinformationen, die das Volumen und di Atmungsfrequenz betreffen, verloren.

Der Verstärker 10 ist mit einer vorzugsweise ii integrierter Schaltweise gebildeten Ausgangsstufe 1 verbunden, die es ermöglicht, die Änderung dei Spannung Zl/7, die den Änderungen der Brustraumimpe danz ZlZentspricht.auf die sehr geringe Impedanz eine! mit Masse verbundenen Potentiometers 12 zu legen Das Potentiometer 12 hat beispielsweise einen Wer von 200 Ohm.

So ist unabhängig von der Stellung des Schleifers 1: des Potentiometers 12 der Bruchteil All\ der Spannung zli/stcts auf Null bezogen. Der Abgleich der Schaltung ist nicht gestört, selbst wenn ein bedeutender Stron geliefert werden muß. beispielsweise um einen Spiro graphcn 14 in Betrieb zu setzen. Die Stellung de; Schleifers 13 ist genau während der für jedei Anordnung der Elektroden Ei, Ej und für jede« Untersuchungsobjekt durchgeführten Eichung einge stellt, bevor dieses der Untersuchung des Rheopneumo meters 3 während einer intensiven Überwachung anvertraut wird.

Die Eichung des Rheopneumometers besteht in dei Bestimmung Proportionalitäts-Koeffizienten zwischer AZ und A V für jeden besonderen Fall. Bei den erfindungsgemäßen Rheopneumometer ist die Eichvor richtung 4 elektronisch. Während jeder Eichung atme das Objekt S während einiger Minuten in eine nich dehnbare Maske 15. die über einen nicht dehnbarer Luftleiter mit einem Volumen-Spannungswandler 1 verbunden ist, der in mehreren Ausführungsformen irr folgenden beschrieben werden wird und der das vor dem Untersuchungsobjekt empfangene Luftvolumer AVm eine Spannung Δ LJ\ umformt. Die Eichvorrichtuni

4 ist mit einer Ausgangsstufe geringer Impedan; gegenüber Masse versehen. Die Eichung wird mittel: eines Potentiometers 18 durchgeführt, um eine gegebe ne bekannte Spannung für eine gegebene Volumenein heit zu erhalten — beispielsweise 5 mV/ml. Diese Spannung AUi muß sich in umgekehrter Phasenlage gegenüber der an dem Schleifer 13 des Potentiometer· 12 abgenommenen Spannung A Uz befinden.

Die Ausgangseichspannung ΔΙΙ2 wird über die Verbindung 19—20 an das gleiche Meßgerät 21 wie die von dem Schleifer 13 des Rheopneumometers gelieferte Spannung gelegt. Das Meßgerät 21 zeigt das laufende Luftvolumen an. Indem der Schleifer 13 verschober wird, stabilisiert man den Zeiger des Meßgerätes 21 aul die Stellung 0. Dies ist die genaue Kompensation dei Spannung Δ Lh durch die Spannung Δ Uy Diese Method«

kann vollkommen automatisch sein, wenn eier Selileil'er I) durch einen Motor angetrieben wild, tier iliireli ilie Differenz Aiii-All; gesteuert wird. Diese heulen Spannungen können ebenlalls in einem ()s/illoskop oder jedem anderen Anzeiger verglichen werdc-n.

In ilem in Ii g. 2 dargestellten Heispiel sind die Werte der Widerstünde 22 und 2} gewühlt, um den \ollen Zeigerausschlag lies Meßgerätes 21 n;ieh links Im - 2."> V und iKieh rechts für I 2.5 V zu erhallen. Nach einmal beendeter Eichung entspricht die Gesamlahlen kling des Zeigers — links unil rechts — dein lautenden l.iiftvoliimen von K)(K) ml. d. h.. i 500 ml für Einatmung unil Ausatmung. Das Meßgerät 21 umlaßt einen beweglichen Kontakt 24. tier durch die Bewegung des Zeigers dieses Gerätes regelbar ist und an einen Röntgenstrahlengenerator angeschlossen das Auslosen einer radiographisehen I Intersuchung der l.imgcn in der gew ünsclilen Almungsphase ermöglicht.

Die Zwisehcnabstulung isi quasi linear. Wenn die l.ichiing des laufenden Volumens aiii dem (icsainlmaß stab mit einer guten Genauigkeit durchgeführt wurde, ergibt sich nach (ilcichrichtung in der Gleichrichter brücke 14 aul dem Anzeiger 2f> der genaue Wert des Volumens pro Minute. Der Anzeiger 2b ist bcispielsw ei se Min 0 liis 20 Liter eingeteilt oder bcsit/i noch besser eine numerische Λη/eige. Wenn die Integration iiher eine sein lange /eil. beispielsweise 3 Minuten, durchgeführt werden muH. umfaßt die Integrierschal lung 25 erfindimgsgemäß I eldellcktlransistorcn. die es ermöglichen, sehr lange Integralions/eitkonslanten /ii erhalten.

Durch die Erfindung wird eine weitere bedeutende Verbesserung !>ei der Zählung der Atmiingslreqiicnz durch gleich/eilige Anwendung der in dem Verstärker 10 enthaltene Schallung zur aulom.ilischen Verringerung der Zeitkonstanten, die im lall einer Störung aullriti. und eines Selektivschallers 27 herheigeliihrl. der nur in dem Atnnmgsfrequenzbereich. beispielsweise H) His 120 Atmungen pro Minute, und aul die Umkehrung der Atmiingsphasc in dem lall anspricht, dall die Störungen die Atmung überdecken.

Tatsächlich wird jede bedeutende Störung bei der Einatmungsphase unterhalb der Grundlinie durch ilen Verstärker 10 während einer sehr kur/en /eil. beispielsweise 40 ms. dank der Schaltung zur automati sehen Verringerung der Zeitkonstanten aul Null gesetzt und ergibt nur sehr kurze positive Impulse, deren Frequcnzspcktrum außerhalb des Ansprechbcreiches des Schalters 27 liegt. Dieser löst daher nicht den Formgcbungsmultivibrator 28 aus. an den er angeschlossen ist. und der einerseits einen Frequenzintegricrer 29 speist, der mit einem Anzeiger 30 der Atmungsfrcqiicnz verbunden ist. und andererseits die Steuerung der Schaltung 31 bildet, die die Verzögerung des Atmungsstillstandcs mißt.

Wenn die Störung in der Ausatmungsphase auftritt, gibt er ebenfalls nur sehr kurze negative Impulse ab. die ebenfalls nicht den Multivibrator 28 auslösen. Nur die Phasenumkehr lös! diesen Multivibrator aus. Selbst wenn das Untersuchungsobjekt 5 bewegt wird und Störungen häufig auftreten, zeigt so der Anzeiger 30 die reelle Frequenz, der Atmung an.

Aus vorhergehendem ergibt sich, daß für eine beliebige Erscheinung, die durch ein erfindungsgemäßes Gerät erfaßt wird, diese eine Dauer und eine Amplitude haben muß. die sich im Bereich der Atmung befinden. Beide Bedingungen werden kaum durch Störungen erfüllt

Fine weitere durch die l.rlindiing herbeigeführte Verbesserung besieht dann, in dein Rh;."opncuniometer i einen /ahler 32 vorzusehen, der die gesamte Anzahl der Atmungen während einer sein langen Zeil um beispielsweise 24 Stunden angibt. Dieser durch die übliche Spirometrie sein¹ schwer /n erhaltende Parameter bildet eine bedeutende Tagesanzeige.

Fine weitere durch die Erfindung hcrbeigcliihitc

Verbesserung besteht dann, in dem Klicopneumometer

ίο i einen /übler ii des täglich aufgenommenen l.ul'ivohimens vorzusehen, der \orteilhallerweise ein elektrochemischer Integrator ist.

Das eiTmdungsgemäße Kheopneuniomeier umfallt

außerdem einen Anzeiger 35 für die Verzögerung des Almungsslillsiaiules. der Sicht- und/oder Tonalarme im

I ali des Stillstehens der Atmung auslöst. Diese Messung wird mittels eines elektronischen Integrators 11 durchgeführt, der sich selbsttätig auf Null setzt, wenn die in I i g. 3 von Λ. V. / durch .7 kommenden Informationen an/eigen, daß eine wirksame Atmung — eine Folge von beispielsweise 10 Atmungen — stattgefunden hat. Diese Inlormalionen kommen von dem Seleklivschaller 27. der nur auslöst, wenn die Alinungsamplilude einen durch das Potentiometer ίβ gegebeii jn Schwellwert überschreitet (I' i g. 3).

In Fig. 3 sind charakteristische Schaltungen eines erfi ndu ngsgemä Ilen Rheopneumometers schema lisch dargestellt. In Übereinstimmung mit F i g. 2 besitzen die dort bereits bezeichneten Flemenie in Fig. J die gleichen Beziigsziffern.

Die Figenschailen des ciTindiingsgcmäßcn Rheopneiimiimclers sind hauptsächlich auf diese Schallungen sowohl bei der Überwachung als auch bei der fiiiiklionellen l.ungeiiuntersuchung zurückzulühren.

An erster Stelle wurde der Niederfrequenzverstärker 10 mil der Schaltung zur selbsttätigen Verringerung der Zeitkonsianlen den speziellen Erfordernissen der Aimtingsniessuiig durch llinzulügung eines monostabilen Multivibrators 37 angepaßt, der die vollständige Verringerung der Zeitkonsianlen R\. (Ί und R:. ('.· in einer gegebenen Zeil 1 ermöglicht, während die Aufhebung der Vorspannung der Feldeffekttransistoren Q\, Q; dem Abfall des Drain-Source-Widersiandes von beispielsweise 10"' Ohm bis auf einige hundert Ohm hervorruft. So setzt jede Störung, die den durch den Verslärkungsgrad des (jleichstromverstiirkers 38 bestimmten Pegel unterschreite!, die untersuchte Erscheinung — hier das Rheopncumogramm — auf die Grundlinie — beispielsweise Bezugslinie Null — wahrend einer gegenüber seiner Periode sehr kurzen Zeit 1 zurück, t kann in der Größenordnung von 40 ms für eine Atniungspcriodc von 4 Sekunden liegen.
Wenn die Störung andauert, w ird von dem Verstärker

II eine Reihe von Impulsen von beispielsweise 40 ms abgegeben: jedoch keiner dieser Impulse wird durch ein Atmungsfrequcnzanz.ciger 30 dank des Sclektivschalters 27 gezählt, der die Feldeffekttransistoren Q=- Qf und Q; umfaßt. Tatsächlich lösen diese kurzen Impulse den Selekiivschalter 27 nach Erreichen der durch das Potentiomcler 36 bestimmten Schwelle aus. wählen jedoch nicht durch die aus dem Widerstand Afn. dem Kondensator Q und der Diode Di gebildeten Schaltung integriert und lösen nicht den monostabilen Multivibrator 28 a'js.

Es ist zu bemerken, daß bei genauen Volumcnmessungen die Fläche dieser Impulse sieh von der Fläche abzieht, die durch die Atmungskurvc begrenzt ist. und einen Fehler in das laufende Volumen und vor allem das

Volumen pro Minute einl'iihri. Iu diesem l'all wird der rvliilii\ ibrator 57 ausgeschaltet, indem der Schalter K.< in die Stellung 2,7 geset/l wird. So arbeitet die Schaltung /ur automatischen Verringerung tier /eiikoiistanien einfach durch Hegren/ung dei Amplitude der Störungen. die sich der Aimimgskurve hin/iiftigen winden. Diese ist jedoch nicht gestört, hin Nachteil besteht nun darm, die Beständigkeit der (irundlinie zu verlieren. In gewissen lallen, beispielsweise bei tier liinktionellen I .ungeniintersiichiing. ist es günstig, die Kondensatoren ( ι. ( _·. die einen kontinuierlichen Verbindungskanal bilden, kurzzuschließen. In diesem l'all kann die sich aus der (ileichrichlung des Trägers ergebende Spannung durch hinl'ülirung einer (iegenspannung am hingang des Verstärkers /i/ kompensiert werden. '5

Die der Atmung einsprechenden Impulse losen den nionostabilen Multivibrator 28 aus. der sie umformt, um sie in dem Integrator 24 integrieren zu können und die mittlere hrei|uen/ in dem Anzeiger JO beispielsweise über J Minuten messen /u können. Unter diesen Bedingungen weist der Integrator 29 vorzugsweise I cldelfektiransisloren auf. Der hrequenzanzeiger 50 besitzt eine bewegliche Anzeige, die mit Ion- und Sichtalarmsvsleinen verbunden ist. welche in (iang gesetzt werden, sobald die vorher gewählte Schwelle — Minimum oder Maximum — überschritten wird. Bei tier Krankenhausüberwachung tritt häufig der I all auf. daß die mittlere Atniungslrequen/, die beispielsweise über 5 Minuten integriert wird, innerhalb der normalen Cirenzeii bleibt, während das llniersuchungsobjekt längere Almungsausfälle von I) Sekunden und selbst mehr erleidet. Um diese Almungsausfälle dem llberwachiingspersonal anzeigen zu können, umlaßt das erfindungsgemäße Rheopneumometer als zusätzliche Verbesserung eine Spezialschaltung 51, die es erinög licht, aiii dem Anzeiger oder Periodenmesser 55 die Dauer des Almungsstillslantles im lall eines Atmungsausfalls anzuzeigen. So ermöglicht der bewegliche Anzeiger 54, der sich auf dem in Sekunden unterteilten Zifferblatt ties Meßgerätes 35 befindet, vorher eine /eilschwelle für Ton- und Sichtalarm im hall eines Amniiigsstillstaniles einzustellen.

Die Schaltung 51 fur die Messung der Dauer des ■\1nu1ngsstillstandes verwendet vorteilhafterweise die ü ro Lie hingangsimpedanz und die durch die heldelfekttransistoren gebotenen Schaileigenschallen. Sie ist vor allem aus einer Zeiibasisschaltung gebildet, die einen sehr hohen Widerstand Wm von beispielsweise 100 MU und einen Kondensator C, von beispielsweise 3μΙ iiufweist. wodurch eine gute Linearität selbst über W) Sekunden gewährleistet isl. hin derart hoher Wert für den Widersland Rm konnte verwendet werden wegen der Schaltung zur Anpassung der Impedanz mit leldeffekltransistor Qk. beispielsweise den Kanal N. der als gesteuerte Quelle arbeitet und am Ausgang die Verwendung eines gegengekoppelten Integrationsverstärkers 40 ermöglicht, um den vollen Ausschlag des Periodenmesser» 35 in einer gewünschten Zeit, die durch die Widerstände /?r„ /?io und Ru bestimmt ist. beispielsweise in 15, 30 oder b0 Sekunden, zu erhalten. Zwischen dem Integrationsverslärker 40 und dem Periodenmesser 35 ist die Schaltung 41 zur Anpassung der Spannung angeordnet, die die am Ausgang des Verstärkers 40 abgenommene Spannung von -5 Volt derart :iuf Null zurückführt, daß der Zeiger des Periodenmessers 35 während der normalen Atmung auf Null bleibt.

Das Potentiometer 42 dient dazu, die Null-Stellung iles l'eriodeninessers einzustellen, die am Ausgang des Verstärkers 40 tier piiich-Spannung des LeldclTckllran sistors (,λ,, beispielsweise ~> Volt, entspricht. Dieser legt die Ausgangsspanming fur die hntladung des Kondensators (;, unabhängig von tier Almiingsfreqiicnz lest. Beim Auslall tier Atmung beginnt tier Zeiger ties Periodenmesser mit der Ciesehwiniligkeii auszuschlagen, die durch die Stellung ties Schallers K1 bestimmt ist. bis zum Auslosen der Alarme in dein durch ilen beweglichen Kontakt 54 angezeigten Augenblick. Wenn jedoch im haul ties Zeigerausschlags tlas Untcrsuclumgsohjckl seine normale Atmung wieder aufnimmt, erscheinen eine Reihe von positiven Impulsen vom Multivibrator 28. durchqueren die Diode 45 tiiitl w eitlen durch die aus dem Widerstand R_t> und dem Kondensator ( ι, gebildeten Schaltung integrier!, wodurch ein schrittweises Abfallen des Potentials am Ausgang ties Verstärkers 40 hervorgerufen wird, tlas die Rückkehr ties Zeigers ties Periodenmessers 55 nach Null zur I olge hat.

Unter diesen Bedingungen wird die (üttcrclcktrodc ties I ImsclialtT'eltleffektlraiisistors (,λ,, beispielsweise Kanal N. immer weniger negativ. In einem durch die Pinch-Spannimg beispielsweise -5 Voll, bestimmten Augenblick sinkt der Drain-Source-Widersland beispielsweise von K)¹¹¹U bis H)OU. Der Kondensator ('„ lädt sich nicht mehr auf und der Zeiger des Periodenmessers bleibt bei Null.

Wenn die normale Atmung anhält und wenn sich tier Schalter K, in tier Stellung 0 ohne Integrations» itler-Si.mti befindet, zeigt tier Periodenmesser 55 dann ilen augenblicklichen Wert der Periode jedes Atmungszyklus an. Die Möglichkeit, diese Messung durchzuführen, hat eine grolle Bedeutung, da tier I requenzmesser 50 nur die über 5 Minuten integrierte mittlere Lrequenz anzeigt.

Wenn der Schalter Ki geöffnet ist. findet tlas Rücksetzen auf Null stufenweise über mehrere Atmungen statt. So ist für längere Atmungsstillstaiulstlauern die Sicherheit, daß der Periodenmesser 35 durch eine Störung nicht auf Null zurückgesetzt wird, erhöht. Ls ist zu bemerken, daß die zu niedrige Atmungsfrequenz (beispielsweise weniger als 10 Atmungen pro Minute) sowie tlas hosen einer hlektrode auf dem IJntersuchungsobjekt oder die oberflächliche Atmung, tieren Amplitude durch das Potentiometer 58 bestimmt wird, tue Auslösung von Alarmen durch den Periodenmesser 55 durch das gleiche Verfahren zur l'olge hat. Tatsachlich treten in all diesen !"allen die Impulse V. V und / nicht auf. und die Schaltung 31 verhält sich, als wenn tlas Untersuchungsobjekt aufhörte zu almen, und alarmiert tlas Uberwachungspersonal. das leicht l'eststeUt, ob es sich um einen Aimiingsstillstantl oder tlas hosen einer Elektrode handelt.

Wie im vorhergehenden ausgeführt, kann das erfindungsgemäße Rheopneumometer für relative Volumenmessungen verwendet werden, beispielsweise zur Registrierung von Änderungen des Spirogramnis, das von dein Spirometer 14 während Atmungskrisen oder nach Verabreichung von Medikamenten, wie bronchienverengenden oder -erweiternden Mitteln usw., aufgezeichnet wird.

Die gleichzeitige Verwendung von 4, 8 oder selbst mehr Rheopncumomelern, die über mehrere auf dem Brustkasten angeordnete Elektroden angeschlossen sind, ergibt die Möglichkeit einer vergleichenden Atmungsuntersuchung der betreffenden hungenteile. Für absolute und gesamte Volumenniessungen des

laufenden l.iiil\iiliiinens. des Lultvohimcns pm Minute iisu .. w ui'ile leslgeslelll. dal! die I lekl 11 ulen /:Ί. /Λ anders als aiii dem Hruslkorper angeordnet scm müssen, um (irlliehe Lischem.iiigcn /u beseitigen und Λ/. /u messen, das die (icsanithcii des geatmeten l.ull\olunieiis .11 von niehl allein die Änderung ties l.ullvoluiiiciis in einem Teil der I .uiige. w ie in I ι g. 2 dargestellt. bclrilll.

Ls winden gute Lrgebnisse erzielt, indem eine L.lektrodc au! der reelilen I land und die andere aiiidem linken Bein angeordnet um tie. was der /weilen elektrokardiographischen Ableitung enlsprieht. Ks ist zu bemerken, dall «.he gleichen Llektroden ties Llekirokai diogramms und selbst der I lamoihnamik verwende! weitlen können für die Aufnahme tier Atmungserschci nungen. So dureht|iiert ^^v elektnsehe I lochlrcquenz strom die (iesamiheii der Lungen und die Änderung der Impedanz l/wird streng proportional tier Voliimcnan derung .11. Ls ist jedenfalls /u bemerken, dall die l.mpfindlichkcil dieser Methode groller ist als wenn man 4 I.leklrotlen beniil/le. beispielsweise ein l'a.ii \on mit dein (iener.itor 5 verbundenen Lleklrodcn aul letlem Hein iinil tlas andere nut dem umgang des Verstärkers 8 verbundene Paar auf jeder I land.

Unabhängig von dem verwendeten Verfahren /ur (jew mining der absoluten Voliimenwerle ist es stets nötig, vorher eine Lichung durchzuführen, um den Proportionalitätskoellizienlcn /wischen \/. und .11'/11 bestimmen.

In ilen I 1 g. 4. ^ri und h sind drei Ausluhruiigslormeii von Voluinen-Spannungswandlern tlargestelll. die ver wendet weiden, um eine genaue Volumeneichung nach dem im vorhergehenden beschriebenen Verfahren durchzuführen.

In tier in I' i g. -1 dargestellten Auslührungsl'oi m speis! die Spanniingsquelle 44 über ilen Widerstand 45 das l'olenliomeler 4b. dessen Schleifer 47 durch die durch the Änderung des hüllenden l.uflvoluincns .1V hervorgerufene Bewegung des beweglichen Teils 48 in Richtung tier Pfeile /-Ί. / j eines üblichen Spiroinetcrs 49 angelrieben wird. Der Seilleiter wird durch das Kabel 50 angetrieben, das in bekannter Weise mit dem beweglichen Zeiger 51 eines Ablesegerätes 52 verbunden ist. au! dem der Absolutwert von .1V in Millilitern abgelesen werden kann. Zwischen den Punkten 5$ und 54. d.h.. /wischen dem Schleifer ties Potentiometers und Masse. erscheint eine .11' proportionale Wechselkomponenic. Diese Komponente durchquert ilen kondensator 55 und wird durch den Verstarker 5b verstärkt. Am Ausgang theses Verstärkers ermöglicht das Potentiometer 57 genau die gewünschte Anzahl von Millivolt pro Volumeneinheit /wischen dem Seilleiter 58 des Polen liomelers und Masse einzustellen. Die so gebildete Spannung .1/'.· dient /ur !-!teilung des Rlieopneiimonie ters. indem sie in Punkt 20 der Schaltung nach I i g. 2 angelegt wird.

Kine weitere Ausführungsform eines Volume.n-.Spannungswandlcrs is! in Fig. 5 dargestellt. Lbenso wie bei der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsforin wird vorzugsweise ein übliches Spironieler 59 verwendet, bei dem die der Volumenänderuin· .1 V proportionalen Bewegungen des beweglichen Teils 60 die Änderung einer Impedanz 61. Potentiometers. Kondensators oder Spule hervorgerufen, die am Eingang eines Kichrheometers 62 angeordnet ist. das an der Basis des Rheopneumonieiers vorgesehen ist. Ks isl f>> so möglich, am Ausgang ties Rheomclers mn dem Potentiometer b2 die Λη/alil der pro Volutneneinheii gewünschten Millivolt /11 erhallen. Diese Spannung W '■ wird wie im vorhergehenden I all /um umgang 20 des Rheopneiimomeieis geführt (I : g. 2).

Line dritte Ausluhruiigsloi'ii eines Volumen-Span nungswandlers ist in I 1 g. h dargestellt. Die ilen !'eilen iles Khcopiicumomcicrs nach I 1 g. 2 entsprechenden Lleniente sind nut ilen gleichen Be/ugs/iffein be/cich net. Is handelt sich hier um eine mimaiurisieric Vorrichtung. Der Wandler besieht aus einer Rohre hi. die mit dem umgang de* l.uftstromcs verbunden ι ι Die Rohre b3 besii/l /wei Abteile b4 und b5 mn einer gemeinsamen Trennw and. I)as Abteil 64 weist ein Ventil bb auf, das sich bei jeder Linatmung öl'met. In tier gemeinsamen !'rennwand isl ein Ventil b7 vorgesehen, das sich beim Ausatmen öffnet und den Luftstrom in das Abteil b5 gelangen lallt, in dem cmc Llugelschraiibe b8 angeordnet ist. I )iese beginnt sich /u drehen. I )ie von ihr erreichte Umdrehungszahl ist proportional ileui VoIu men .1V ties l.uflsiiomes. Die Llügelschraube ist /wischen einer Lichtquelle M und einer photoelcklii scheu Zelle 70 angeordnet. )ede vollständige Unidre hung der Llügelschrauhe löst mittels du Photo/eile 70 t.\i:n Impulsgenerator 71 aus. Dabei ist /u bemerken, dal! mehrere Phoioelcmentc in dem Behälter 65 vorgesehen scm können.

Die von dem (ienerator 71 kommenden Impulse werden durch die aus dem Widerstand 72 iiiul dem kondensa'or 75 gebildete Schaltung integriert und ergeben nach Anpassung der Impedanz durch den I ransisior ί,λ, eine Spannung am Ausgang des Verst.ir kers 74. die proportional dem volumen der geatmeten LuIt ist. Diese Spannung . 1'.'.. nach Lichiing durch das Potentiometer 75 dient zur I icliung ties Rheopneiimo meters. In diesem I .ill schallet man in die Schaltung des An/eigers 21 des laut enden 1.11 It Volumens eine Diode 7b durch die Öffnung des Schalters K„ ein. um die durch das Rheopneuniomeler registrierte Linatmiingsphase /11 unterdrücken.

Durch tlas ei hndungsgemäUc Rheopneiimomctei werden insbesondere lolgende Vorteile erreich!:

Ls wird die mutiere Atmuiigslrequcn/ angezeigt, wobei die Möglichkeit bestell!. Minimal- und't.der Maximal Alarme auszulosen. Is kann die Veivoüeriuisj zwischen den Atmungsvorgangen angegeben werden. Ls können Alarme für Ainiiingsiinterbreehiingen gegeben w eitlen, die eine vorher eingestellte Stillstands verzögerung überschreiten. Ls isl möglich, ein Spun gramm aufzuzeichnen. Nach I ichung kann tlas laulende l.ultvolumen und das Volumen pro Minute ange/CL'i werden. Ls kann das während sehr langer Perioiie. beispielsweise innerhalb von 24 Stunden, jreatmei.· l.ultvolumen zusammengezählt werden. Ls kann die Anzahl der Atmungen in einer sehr langen Periode, beispielsweise 24 Stunden, gezählt werden. Ls ist möglich, eine radiologische Lungenprüfung in der gewünschten Atniungsphase durchzuführen.

Die verwendeten Schaltungen, wie die Schaltung zur automatischen Verringerung der Zeitkonstanlen. der Seleklivschalter. die Schaltung zur Messung der Zeil nach dem Stillstand eines Oszillators unabhängig von der Schwingungsfrequetiz können in tier medizinischen und der allgemeinen Llektronik Anwendung linden

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Rheopneumometer zur Überwachung der Atmungsfunktion durch Messen der durch den Atmungsvorgang verursachten Impedanzänderungen des Brustkorbes, gekennzeichnet durch eine mit das Luftvolumen in elektrische Spannung umformenden Wandlern (17) versehene elektronische Eichvorrichtung (4), einen das in einem längeren Zeitraum geatmete Luftvolumen feststellenden Zähler (33), einen das Luftvolumen einer Minute angebenden Anzeiger (26), einen die Atmungsfrequenz über einen längeren Zeitraum feststellenden Zähler (32) und ferner durch einen nach Frequenz und Amplitude ausgelösten selektiven Schalter (27), eine Schaltung (31) zur Messung der Atmungsstillstandsverzögeidng und schließlich durch eine Vorrichtung (24) zur Auslösung der Lungenradiographie in der gewünschien Atmungsphase.

2. Rheopneumometer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Eichvorrichtung einen Volumen-Spannungswandler aufweist, der ein erstes durch eine unabhängige Quelle (44) gespeistes Potentiometer (46), dessen Schleifer (47) mit dem beweglichen Teil (48) eines Spirometers (49) verbunden ist, und einen Verstärker (56) umfaßt, dessen Eingang an dem Schleifer liegt und dessen Ausgang an Masse über ein zweites Potentiometer (57) liegt, bei dem die Stellung dessen Schleifer (58) die für die Eichung verwendete genaue Spannung (AUiJin Millivolt pro Volumeneinheit bestimmt.

3. Rheopneumometer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Eichvorrichtung einen Volumcnspannungswandler aufweist, der eine veränderliche Impedanz (61) besitzt, die einerseits mit dem beweglichen Teil (60) eines Spirometers (59) und andererseits mit einem Eichrheometer (62) verbunden ist, dessen Ausgang an Masse über ein Potentiometer (62) liegt, bei dem die Stellung dessen Schleifer die für die Eichung verwendete genaue Spannung filtern Millivolt pro Volumeneinheit bestimmt.

4. Rheopneumometer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Eichvorrichtung miniaturisiert ist und einen Volumenspannungswandler aufweist, der aus einem Gehäuse (63) mit zwei Abteilen (64, 65) und zwei Ventilen (66, 67) besteht, von denen eins (67) auf der beiden Abteilen gemeinsamen Trennwand sitzt, daß ferner ein Abteil zumindest eine Photozelle (7Oj, eine Lichtquelle (69) und dazwischen zwei drehbare Teile, wie Flügelschrauben, umfaßt und daß schließlich die Photozelle mit einem Impulsgenerator (71) verbunden ist, dessen Impulse in einer Integrierschaltung (72, 73) integriert werden, die mit einem Verstärker (74) verbunden ist, dessen Ausgang an Masse über ein Potentiometer (75) liegt, bei dem die Stellung dessen Schleifer die für die Eichung verwendete genaue Spannung in Millivolt pro Volumeneinheit bestimmt.

5. Rheopneumometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß clic Auslösvorrichtiing der Lungenradiographie einen beweglichen und über den Lauf des Galvanometerzeigers des das laufende l.uftvoliimcn anzeigenden Anzeigers(2l) regelbaren Kontakt (24) aufweist, der mit der Steuerschaltung eines zugehörigen Röntgenstrahlengenerutors ver-

bunden ist.

6. Rheopneumometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das pro Minute geatmete Luftvolumen feststellende Zänler Schaltungen mit Feldeffekttransistoren zur Erreichung langer Zeitkonstanten umfaßt.

7. Rheopneumometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Almungsfrequenz feststellende Zähler die Kombination einer selbsttätigen Schaltung zur Verringerung der Zeitkonstanien eines Niederfrequenzverstärkers (10) und des nach Frequenz und Amplitude ausgelösten selektiven Schalters (27) umfaßt, der für einen gewählten Bereich der Atmungsfrequenz, z. B. 10 bis 120 Atmungen pro Minute, geregelt ist und an einen monostabilen Multivibrator (28) zur Formgebung, der seinerseits mit einer Frequenzintegrierschaltung (29) verbunden ist und die Schaltung (31) zur Messung der Atmungsstillstandsverzögerung steuert, und an einen Anzeiger (30) der Aimungsfrequenz angeschlossen ist.

8. Rheopneumometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der monostabile Multivibrator nur durch Umkehr der Atmungsphase durch den selektiven Schalter (27) auslösbar ist.

9. Rheopneumometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (31) zur Messung der Atniungsstillstandsverzögerung eine Zeitbasisschiltung (7?u, GJund eine Schaltung zur Impedanzanpassung mit Feldeffekttransistoren (Qn)ur\u einen gegengekoppclten Integrierverstärker (40) aufweist, der mit einem Potentiometer (35) verbunden ist, das an einen Auslöser von Sicht- und/oder Tonalarm angeschlossen ist.