DE19541900C2 - Ganzkörperplethysmograph mit Kalibrierung der Manometer - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Ganzkörper­ plethysmographen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie in z. B. aus der US 3621833 bekannt ist.

Ein Plethysmograph ist bekanntlich ein Apparat zur Messung von Volumenänderungen eines Organs oder ei­ nes Körperteils. Die Ganzkörperplethysmographie dient im speziellen der Messung von Volumenänderun­ gen des Thorax-Lungensystems. Es sind verschiedene Untersuchungsmethoden bekannt, die meistens mitein­ ander kombiniert werden. Eine Methode besteht dar­ in, den Innendruck in der Kabine und die Atemstrom­ stärke zu messen, wodurch Rückschlüsse auf den Al­ veolardruck und den bronchialen Strömungswiderstand gezogen werden können. Eine andere Methode besteht darin, bei verschlossenem Atemstrom sowohl den Druck im Thorax-Lungensystem als auch in der Kabine zu messen. Der Patient atmet gegen den Verschluß willkürlich an und verändert dadurch sein Lungenvo­ lumen. Mit Hilfe der Gasgesetze lassen sich aus den gemessenen Druckschwankungen wichtige Ergebnisse ermitteln. So kann das Restvolumen der Lunge (Thorakales Gasvolumen TGV) bestimmt werden.

Ein Hauptproblem bei der Plethysmographie besteht darin, den Druckaufnehmer sowohl am Mund des Pro­ banden als auch in der Kammer präzise zu kalibrie­ ren. Eine exakte Kalibrierung und Justierung ist deswegen notwendig, weil die relativen Druckunter­ schiede sehr gering sind und deshalb mögliche Stör­ einflüsse eliminiert werden müssen. So ist es zum Beispiel möglich, daß die Manometer eine gewisse Frequenzabhängigkeit aufweisen. Die bisher für die Kalibrierung eingesetzten Methoden und Verfahren waren ungenau, umständlich und kompliziert und konnten durch das ärztliche Bedienungspersonal häu­ fig nicht in zufriedenstellender Weise durchgeführt werden. Dabei erfolgte die Kalibrierung des Ver­ schlußdruck-Manometers auf statische Weise durch einen konstanten vorgegebenen Druck und damit völ­ lig unabhängig von der Kabinendruckkalibrierung.

Demgegenüber hat sich die Erfindung zur Aufgabe ge­ macht, einen Plethysmographen anzugeben, bei dem die Kalibrierung der Manometer einfach auch durch medizinisches Hilfspersonal erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben Aus­ führungsarten der Erfindung an.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht dabei darin, daß Tho­ rax-Lungensystem durch den Kasten nachzubilden. Da­ bei kann der formstabile Kasten entweder außensei­ tig über einen Flansch an die Kabine des Plethysmo­ graphen angeschlossen oder in sie eingestellt wer­ den. Die zur Kalibrierung erforderlichen Druck­ schwankungen werden von der Kolbenpumpe erzeugt. Der Bewegung des Kolbens von dem Kasten zur Kabine entspricht der Einatmung: Das Kastenvolumen wird vergrößert und das Kabinenvolumen wird verkleinert. Umgekehrt entspricht der Kolbenbewegung von der Ka­ bine zum Kasten dem Ausatemvorgang. Der Kasten be­ sitzt ein bekanntes Gasvolumen; ebenso besitzt die Kolbenpumpe einen bekannten Hubraum und läuft mit einer bekannten Frequenz. Aus diesen Größen lassen sich die Soll-Druckschwankungen berechnen und damit die Manometer eichen, wovon das eine den Druck in dem Kasten und das andere den Druck in der Kabine mißt. Der Apparat läßt sich so einstellen, daß beim Einschalten jedesmal selbsttätig der Kalibriervor­ gang läuft. Mit Beendigung des Kalibrierens wird das Verschlußdruck-Manometer vom Kasten abgetrennt und mit dem Mundstück verbunden. Das Abtrennen und Verbinden kann zum Beispiel durch ein einfaches Ab­ lösen und Ansetzen eines Schlauches oder kom­ fortabler durch das Umschalten eines Dreiwegeven­ tils geschehen.

Die Vorteile der Erfindung sind vor allen Dingen darin zu sehen, daß die Kalibrierung leicht durch­ führbar ist und daß die mit der Kalibrierung ver­ bundenen Bedienungsfehler ausgeschlossen sind. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist, daß auf beiden Seiten der Kolbenpumpe stets das gleiche Volumen gegenläufig beaufschlagt wird, was genau dem Atem­ vorgang unter Meßbedingungen entspricht. Diese Art der Kalibrierung ist somit als optimal anzusehen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Frequenz der Pumpe einstellbar. Da die üb­ liche Atemfrequenz zwischen 0,5 und 2 Hz liegt, ist die Pumpe zumindest in diesem Bereich regelbar. Es ist nunmehr möglich, eine Eichkurve in Abhängigkeit von der Frequenz zu erstellen. Auf diese Weise kön­ nen bei einer bestimmten Frequenz auftretende Ver­ luste oder Unlinearitäten der Manometer erfaßt und berücksichtigt werden.

Das thorakale Gasvolumen beträgt im Mittel etwa 3 bis 4 l. Um bei der Kalibrierung möglichst nahe an die Meßbedingungen heranzukommen, wird deshalb vor­ geschlagen, den Kasten so zu dimensionieren, daß er ein Gasvolumen von 3 bis 4 l enthält.

Aus dem gleichen Grund wird zweckmäßigerweise der Hubraum der Pumpe an die Körpervolumenschwankungen beim Atmen angepaßt.

Schließlich ist es noch sinnvoll, den Ganzkörper­ plethysmographen so auszugestalten, daß das Volumen der Kabine und vor allen Dingen des Kastens verän­ derbar ist, wodurch das Kastenvolumen dem Lungenvo­ lumen des Patienten angepaßt wird und somit die Ei­ chung weiter optimiert werden kann. Die Volumenän­ derungen wird durch Zuschalten bzw. Abkapseln von Zusatzvolumina erreicht. Ferner läßt sich auf diese Weise die Linearität der Meßanordnung über einen weiten Volumenbereich leicht überprüfen.

Da Plethysmographen aufwendige Geräte mit langer Lebensdauer sind, ist es zweckmäßig, die Kalibrationseinheit aus Kasten und Kol­ benpumpe als selbständiges Modul zu fertigen, das von der Kammer lösbar bzw. aus ihr entnehmbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, auch bestehende Ge­ räte durch die Einheit nachzurüsten oder sie zur Kalibrierung mehrerer Plethysmographen zu nutzen.

Speziell wenn eine Kalibrationseinheit frei in die Kammer eines Plethysmographen eingestellt wird, der nicht für eine entsprechende Nachrüstung vorgesehen ist, besteht dabei das Problem der Energieversor­ gung der Pumpe sowie ihrer Bedienung, die von der Außenseite der luftdicht zu verschließenden Kammer vorzunehmen ist. Um die aufwendige Verlegung und Abdichtung entsprechender Kabel zu vermeiden, ist es von Vorteil, einen Akkumulator zur Energiever­ sorgung zu verwenden sowie die Kolbenpumpe mittels einer Fernbedienung steuern zu können.

Insbesondere eine selbständig funktionsfähige Kali­ brationseinheit ist geeignet, zur realitätsnahen Simulation eines thorakalen Gasvolumens zu dienen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Innenraum des Ka­ stens nicht unmittelbar mit dem Verschlußdruck-Ma­ nometer verbunden ist, sondern gasdicht an das Mundstück angeschlossen ist, dessen Innendruck sei­ nerseits durch das Verschlußdruck-Manometer gemes­ sen wird. Bei in Betrieb befindlicher Pumpe läßt sich damit die Kalibrierung vornehmen, indem das gewöhnliche Meßprogramm durchgeführt wird, wie es auch bei den zu untersuchenden Patienten Anwendung findet. Im Fall einer korrekten Kalibrierung muß das im Meßprogramm ermittelte Volumen dem Kastenvo­ lumen entsprechen. Ferner läßt sich auf diese Weise die fehlerfreie Funktion aller Komponenten des Plethysmographen überprüfen, einschließlich des Ventiles im Mundstück sowie eines ggf. in das Mund­ stück integrierten Pneumotachographen.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird.

Die Zeichnung zeigt einen Ganz­ körperplethysmographen, der im wesentlichen aus ei­ ner luftdicht verschließbaren Kabine (7) besteht. An die Kabine (7) ist ein luftdichter Kasten (2) angesetzt, der eine zylinderförmige Öffnung zur Ka­ bine (7) aufweist, in der ein Kolben angeordnet ist, welcher von einem in dem Kasten (2) befindli­ chen Antrieb entlang der Zylinderachse bewegt wird. Der aus einer rotierenden Seheide und einem Über­ setzungsgestänge bestehende Antrieb bildet mit dem Kolben eine harmonisch oszillierende Kolbenpumpe (1). Der Kasten (2) dient zur Nachbildung des Tho­ rax-Lungensystems und weist demnach ungefähr das gleiche Gasvolumen wie die Lunge auf. Er ist wäh­ rend des Kalibriervorgangs über ein Dreiwegeventil (3) mit einem Verschlußdruck-Manometer (11) verbun­ den. Während des Meßvorgangs ist das Dreiwegeventil (3) so geschalten, daß das Verschlußdruck-Manometer (11) mit dem Mundstück in Verbindung steht und den Druck im Thorax-Lungensystem mißt. Während der Ver­ schlußdruckmessung ist außerdem ein (in der Zeich­ nung geöffnetes) Ventil (4) im Mundstück geschlos­ sen. Das Thorax-Lungensystem ist in der Zeichnung durch ein schematisiertes Lungenmodell (8) reprä­ sentiert. Das Mundstück besitzt weiterhin einen in Ausatemrichtung hinter dem Ventil (4) befindlichen und mit einem Strömungsdruck-Manometer (10) verbun­ denen Pneumotachographen (5) auf, der zur Ver­ schlußdruckmessung zwar nicht nötig ist, aber für die meist in Kombination mit der Verschlußdruckmes­ sung vorgenommene Messung des Strömungswiderstandes benötigt wird. Die Kabine (7) weist ferner ein Ver­ schlußventil (6) und eine Verbindung zu einem Kabi­ nendruck-Manometer (9) auf. Alle Manometer (9, 10, 11) sind an eine Auswerteeinheit (nicht gezeichnet) angeschlossen.

Claims (9)

1. Ganzkörperplethysmograph mit Kalibrierung der Manometer bestehend aus einer luftdicht verschließ­ baren Kabine (7) zur Aufnahme einer zu untersuchen­ den Person, einem auf den Innendruck der Kabine (7) ansprechenden Kabinendruck-Manometer (9), einem Mundstück mit einem Ventil (4), durch das der Atem­ strom verschließbar ist und einem mit dem Mundstück verbundenen Verschlußdruck-Manometer (11) zur Mes­ sung des Drucks im Mund der Person sowie einer mit den beiden Manometern (9, 11) verbundenen Auswerte­ einheit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kolben­ pumpe (1), die ihrerseits von einem luftdichten Ka­ sten (2) umgeben ist, an den das Verschlußdruck- Manometer (11) zur Kalibrierung zeitweise ange­ schlossen ist, luftdicht an die Kabine (7) ange­ schlossen oder in sie eingebracht ist, und die durch die Kolbenpumpe (1) erzeugten Druckschwankun­ gen zur Kalibrierung der Manometer (9, 11) genutzt werden.

2. Plethysmograph nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Messung des Munddrucks nach dem Einschalten des Geräts zunächst das Verschlußdruck- Manometer (11) zur Kalibrierung an den Kasten (2) angeschlossen wird und mit Beendigung der Kali­ brierung auf das Mundstück umschaltet.

3. Plethysmograph nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Pumpe (1) zumindest im Bereich von 0,5 bis 2 Hz einstellbar ist.

4. Plethysmograph nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasvolumen des Kastens (2) 3 bis 4 l beträgt.

5. Plethysmograph nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubraum der Pumpe (1) etwa den durchschnittlichen Körpervo­ lumenschwankungen beim Atmen entspricht.

6. Plethysmograph nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Kabine (7) und/oder des Kastens (2) durch zu­ schaltbare Zusatzvolumina veränderbar ist.

7. Plethysmograph nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (2) mit Kolbenpumpe (1) von dem Plethysmographen lösbar oder aus ihm entnehmbar ist.

8. Plethysmograph nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben­ pumpe (1) durch eine Fernbedienung bedienbar ist und/oder einen Akkumulator zur Energieversorgung aufweist.

9. Plethysmograph nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Kastens (2) gasdicht mit dem Mundstück verbind­ bar ist.