DE2415537C3

DE2415537C3 - Vorrichtung zum Erfassen der Lungenperfusion

Info

Publication number: DE2415537C3
Application number: DE19742415537
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.- Phys. Fluegel; Klaus Voll
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-30
Filing date: 1974-03-30
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE2415537B2; DE2415537A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen der Lungenperfusion, mit einer Ganzkörperplethysmographen-Kabine, in der ein Proband durch ein

65 V₁ =

N₂O

bestimmt werden, wobei

V_s die Lungenperfusion in (ml/sec) oder (ml/min), A^o = 0,47 den ^O-Löslichkeitsfaktor im Blut, Fa (N₂O) die alveoläre N₂0-Konzentration in

V 100 y'

K einen Korrekturfaktor für die Druckdifferenz P_k zwischen Kabinendruck und Referenzdruck

mit V_k = Kabinenvolumen und V_op = Körpervolumen der Versuchsperson) und F_NjO die N₂0-Aufnahme in (ml/sec) bedeutet.

Die alveoläre N₂O-Konzentration F/t(N₂o) läßt sich hierbei durch den in Volumenprozenten geeigneten N₂O-Messer erfassen. V_NiO ergibt sich hingegen graphisch aus dem gemessenen und z. B. mittels Tintenstrahlschreiber od. dgl. aufgezeichneten Druckverlauf Pk durch Ermittlung der Differenz der Steilheiten der Kammerdruckkurven während der Exspirationsphasen ohne N₂O-Atmung und mit N₂O-Atmung.

Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, daß jeweils während der Inspirationsphase das eingeatmete Gasvolumen sich von Kabinentemperatur auf Körpertemperatur erwärmt und zusätzlich noch mit Wasserdampf aufsättigt Durch diese Erwärmung und Anfeuchtung vergrößert sich das inspirierte Gasvolumen und bewirkt einen Kabinendruckanstieg. Dieser Druckanstieg wiederum verschiebt den Druckverlauf Pk auch in den exspiratorischen Phasen, so daß sich fehlerhafte Steilheitsverläufe und demnach bei deren Auswertung auch fehlerhafte Vn₂O-Werte ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil mit

geringstem technischen Aufwand zu beseitigen, d. h. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der dafür gesorgt ist, daß ein Druckanstieg in der Kabine aus den obengenannten Gründen während der Inspirationsphasen nicht auftreten kann. Geringster technischer Aufwand bedeutet dabei, daß das angestrebte Ziel ohne Zuhilfenahme z. B. eines zusätzlichen Atembeutel mit angewärmter Luft od. dgl. (z. B. deutsches Gebrauchsmuster 19 83 630) erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß als Kompensationsmittel ein Druckausgleichsystem vorhanden ist, welches durch den Atemstrom im Atemrohr gesteuert ist, in der Weise, daß es jeweils für die Dauer der inspiratorischen Phase den Kabinendruck auf den Referenzdruckwert setzt

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird durch Angleichung des Kabinendruckes an den Referenzdruck jeweils während der Inspirationsphasen ein Druckanstieg in der Kabine verhindert Somit können sich auch keine fehlerhaften Steilheitsverläufe in den Lxspirationsphasen und damit bei der Steilheitsauswertung keine fehlerhaften Vj^₀-Werte ergeben.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Prinzipaufbau,

F i g. 2 Diagramme von mit der Vorrichtung nach der F i g. 1 gewonnenen Meßkurven zur Erläuterung deren Funktionsweise.

Die F i g. 1 zeigt schematisch eine Kabine 1 eines Ganzkörperplethysmographen, in deren Innenraum ein Atemrohr 2 mit einem Mundanschluß 3, einem Shutter 4 (ζ. Β. elektromagnetisch betätigte Absperrvorrichtung gemäß DT-OS15 66 163) sowie einem Strömungswiderstand 5, vorzugsweise Fleischsche Düse, angeordnet ist. Am Atemrohr 2 ist ferner zwischen Absperrvorrichtung 4 sowie Strömungswiderstand 5 über ein Saugventil 6 ein Atembeutel 7 angeschaltet, der ein Gemisch aus etwa 79% N₂O und 21 % O₂ aufweist.

In der Kabine 1 befindet sich ferner ein Vergleichsgefäß 8 für einen vorgebbaren Referenzdruck. Mit 9 und 10 sind zwei Druckabnahmestutzen bezeichnet, die zur Abnahme des Kammerdruckes in der Plethysmographen'Kabine 1 gegen den Referenzdruck im Vergleichsgefäß 8 dienen. Zur Erfassung der Druckdifferenz P_k .dient ein Differenzdruckmanometer 11, das den gemessenen Differenzdruck Pk als entsprechendes elektrisches Signal nach Verstärkung in einem Verstärker 12 und gegebenenfalls nach Korrektur in einem Korrekturrechner 13 einem mehrspurigen Tintenstrahlschreiber 26 zur Aufzeichnung zuleitet. Der Korrekturrechner 13 dient zur rechnerischen Korrektur des Drucksignals im Hinblick auf die sich durch Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede zwischen der ein- und ausgeatmeten Luft ergebenden Signalunterschiede. Ein Korrekturrechner dieser Art ist beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 15 66 160 vorbekannt.

In der Wandung des Vergleichsgefäßes 8 im Innern der Kabine 1 sowie in der Wandung der Kabine 1 ist ferner je ein Magnetventil 14 bzw. 15 vorgesehen. Diese beiden Ventile werden in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal, das die Atemströmung im Atemrohr 2 bei Durchatmung wiedergibt, in der Weise gesteuert, daß jeweils während der Inspirationsphase beide Ventile 14 und 15 gleichzeitig offen und nur während der Exspirationsphase jeweils geschlossen sind. Das Atemstromsignal wird dabei in üblicher Weise durch Abnahme des Differenzdruckes über dem Strömungswiderstand 5 mittels der Druckleitungen 16 sowie Umwandlung des Differenzdruckes Ap in ein elektrisches Signal mittels eines Differenzdruckmanometers 17, welches als mechanisch-elektrischer Druckwandler arbeitet, gewonnen. Das so gewonnene elektrische Drucksignal, daß der Strömung im Atemrohr 2 proportional ist wird nach Verstärkung in einem

to Verstärker 18 sowie Einweggleichrichtung in einem Gleichrichter 19 (es wird nur die negative, d. h. die exspiratorische, Halbwelle des Atemsignals erfaßt) einem Ventilsteuerglied 20 zugeleitet das die Ventile 14, 15 während der Zeitdauer des Auftretens der negativen Halbwelle schließt und während der Signalnullzeiten öffnet Ober eine Absaugleitung 21 (mit Rückführleitung 2Y) ist ferner am Atemrohr 2 ein N₂O-MeSSCr 22 (Infrarotabsorptionsmesser) angeschlossen, der bei Einatmung von N₂O durch den Patienten aus dem Gasbeutel 7 die im Atemgas befindliche Menge N₂O in Volumenprozenten erfaßt und ein der erfaßten Menge entsprechendes elektrisches Signal F₁^₀ erzeugt Mit 23 sind schließlich 3 EKG-Elektroden bezeichnet die zur Abnahme des EKG vom Patienten innerhalb der Plethysmographen-Kabine 1 dienen (aus EKG kann über Herzschlagfolge das Herzschlagvolumen bzw. Herzminutenvolumen ermittelt werden). Die abgenommenen EKG-Signale werden von einem EKG-Verstärker 24 verstärkt und anschließend dem bereits erwähnten Tintenschreiber 26 zur Aufzeichnung zugeleitet Entsprechendes gilt auch für das verstärkte Atemstromsignal, dessen exspiratorische Volumenanteile nach Aufintegrierung (V_e«sp.) in einem Integrator 25 dem Tintenstrahlschreiber zur Aufzeichnung zugeleitet werden. Das Ausgangssignal des N₂O-Messers 22 wird ebenso einerseits auf dem Tintenstrahlschreiber 26 sowie andererseits im vergrößerten Maßstab auf einem X- V-Schreiber 27 registriert

Die Funktionsweise der Vorrichtung nach der F i g. I ergibt sich damit wie folgt:

Vor Beginn der Messung nimmt der Patient in der Kabine 1 Platz, wo ihm die EKG-Elektroden 23 angelegt werden. Nach Schließen der Kabinentür atmet er zunächst etwa drei Minuten bei geöffneten Ventilen 14 und 15, ohne an das Mundstück 3 des Atemrohres 2 angeschlossen zu sein. Danach wird er aufgefordert, sich an das Mundstück 3 anzuschließen, eine Nasenklemme aufzuschieben und möglichst gleichmäßig nach einem vorgegebenen Takt zu atmen. Der Kammerdruck wird fortlaufend gegen den Referenzdruck im Vergleichsgefäß 8 gemessen und das gemessene Signal Pk vom Tintenschreiber 26 registriert (s. Kurvenverlauf Pk in Abhängigkeit von der Zeit ί in Fig.2). Der Kammerdruck Pk ist, wie bei der Plethysmographie üblich, direkt in Volumen (ml) geeicht.

Da der Patient keine vorgewärmte Kabinenluft atmet wird das Inspirationsgas bei der Inspiration von Kabinentemperatur auf Körpertemperatur erwärmt und zu 100% mit Wasserdampf gesättigt. Durch diese Erwärmung und Anfeuchtung vergrößert sich das inspirierte Gasvolumen und würde nun bei vollständig abgeschlossener Kabine 1 in der Kabine einen Druckausstieg bewirken. Da jedoch mit Beginn der Inspirationsphase die Ventile 14 und 15 geöffnet werden und während der gesamten Inspirationsphase offen bleiben, werden Kabinendruck und Druck im Vergleichsgefäß 8 dem Umgebungsdruck angeglichen, d. h. der Druck Pk auf Null gestellt. Bei der Exspiration tritt

hingegen der umgekehrte Fall ein. Die Exspirationsluft kühlt sich am Atemrohr 2 wieder ab und verkleinert hierdurch ihr Volumen, so daß sich ein Kammerdruckabfall ergibt. Da während der Exspirationsphase beide Ventile 14 und 15 geschlossen sind, wird also exspiratorisch immer ein bestimmter Kammerdruckabfall registriert.

Nach etwa zehn Atemzügen der beschriebenen Art beginnt die eigentliche N2O-Messung. Hierzu wird am Ende der Exspiration die Absperrvorrichtung 4 geschlossen, so daß der Patient zwangläufig über das Ansaugventil 6 (Inspirationsventil) das N2O-Gemisch

aus dem Gasbeulel 7 einatmet. Bei der nun folgender Exspiralion ergibt sich ein zusätzlicher Volumenverlus durch die N^O-Aufnahmc im Blut. Der Kammerdruck P₁ wird also noch stärker abfallen als bei den vorangegan genen Atemzügen. Aus der Differenz der Steilheiten (z B. 27 bzw. 28 gemäß Fig. 2) der Kammerdruckkurver während der Exspiralionsphasen ohne N^O-Atrnunj und mit NiO-Atmung läßt sich die NjO-Aufnahme de: Blutes graphisch bestimmen. Als graphische Auswerte hilfe dient dabei eine Zeitskala 29, die einen bestimmtet Zeittakt, z. B. Sekundentakt, für die Kurvenaufzeich nung wiedergibt.

Hierzu 2 Blalt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1, Vorrichtung zum Erfassen der Lungenperfusion, mit einer Ganzkörperplethysmographen-Kabine, in der ein Proband durch ein Atemrohr Kabinenluft und zeitweise ein NaO-Gemisch aus einem Gasbehälter atmet, wobei dem Atemrohr Mittel zum Erfassen des Atemstromes im Atemrohr sowie ein N2O-Messer und der Kabine ein Druckmesser zum Messen des Kabinendruckes gegen einen Referenzdruck sowie Mittel zum Kompensieren von auf Grund Wärmeeffekten erzeugten Kabinendruckschwankungen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompensationsmittel ein Druckausgleichsystem (14, 15) vorhanden ist, welches durch den Atemstrom im Atemrohr (2) gesteuert ist, in der Weise, daß es jeweils für die Dauer der inspiratorischen Phase den Kabinendruck auf den Referenzdruckwert setzt

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausgleichsystem Ventile (14, 15) zur Verbindung der Kabine (1) mit einem Referenzdruckgefäß (8) während der Dauer der inspiratorischen Phase und zur Unterbrechung der Verbindung für die Dauer der expiratorischen Phase beinhaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Referenzdruckgefäß innerhalb der Kabine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ventile (14,15) vorhanden sind, von denen das erste Ventil (14) am Referenzdruckgefäß (8)' angeordnet ist und im geöffneten Zustand das Referenzdruckgefäß (8) mit der Kabine (1) verbindet und das zweite Ventil (15) an der Kabine (1) angebracht ist und im geöffneten Zustand das Kabineninnere mit Außenluft verbindet

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ventile (14, 15) jeweils gleichzeitig während der inspiratorischen Phase geöffnet und während der exspiratorischen Phase geschlossen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen vom Atemstrom beaufschlagten Grenzwertmelder (19) der das Einsaugen von Atemgas (Luft und/oder ^O-Gemisch) durch den Probanden erfaßt und während der Einsaugphase das Druckausgleichsystem (14, 15) im Sinne der Erzeugung des Druckausgleiches zwischen Kabinendruck und Referenzdruck steuert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, mit einem Differenzdruckwandler, der über einen im Atemrohr angeordneten Strömungswiderstand einen Differenzdruck abnimmt und ein dem Diffefenzdruck proportionales elektrisches Signal als Atemstromsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwertmelder ein Einweggleichrichter (19) ist, der bei entsprechend festgelegter Polarität der exspiratorischen Atemsignulanteile lediglich für diese Signalanteile, nicht jedoch für Signalanteile entgegengesetzter Polarität durchlässig ist.

Atemrohr Kabinenluft und zeitweise ein N₂O-Gemisch aus einem Gasbehälter atmet wobei dem Atemrohr wenigstens Mittel zum Erfassen des Atemstromes im Atemrohr sowie ein N₂O-Messer und der Kabine ein Druckmesser zum Messen des Kabinendruckes gegen einen Referenzdruck sowie Mittel zum Kompensieren von auf Grund Wärmeeffekten erzeugten Kabinenschwankungen zugeordnet sind.

Läßt man eine Versuchsperson in einer gasdichten Plethysmographen-Kabine ein N2O-Gemisch inhalieren, so wird durch die N2O-Aufnahme im Blut die Gesamtzahl der Gasmoleküle in diesem Raum kleiner, wodurch der Druck in der Kabine absinkt. Die Aufnahme des Gases ist abhängig von der N₂O-Spannung in den Alveolen und dem Löslichkeitsfaktor von N₂O im Blut. Er beträgt 0,47, d. h., 100 ml Blut können 47 ml N2O aufnehmen. In Anlehnung an das Ficksche Prinzip ist die Menge des in die Blutbahn eingetretenen Gases proportional der Blutmenge, die in der Zeiteinheit durch die Lungenkapillaren strömt. Mit dieser Methode kann deshalb die Lungenperfusion nach der Beziehung