DE2418910B2 - Atemmonitor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Atemmonitor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Atemmonitoren werden zur Patientenüberwachung, insbesondere auf Intensivstationen eingesetzt und dienen dazu, die Atemfrequenz des Patienten zu messen, die Atemkurve aufzuzeichnen und Unregelmäßigkeiten der Atmung, insbesondere Atemstilistand (Apnoe) anzuzeigen. Den durch die Atemtätigkeit hervorgerufenen Impedanzänderungen im Thoraxbereich sind Störeinflüsse überlagert, die in erster Linie von der Herztätigkeit herrühren. Die Herztätigken führt wie die Atemtätigkeit zu einer periodischen Thorax-Impedanz-Änderung, deren Amplitude normalerweise aber erheblich kleiner als die der Impedanzänderung durch die Atemtätigkeit ist. Die Her/frequen/ ist dngej,en im allgemeinen höher als die Atemfrequen/.

Um die Störeinflüsse zu unterdrücken, wird bei den bekannten Atemmonitoren das aus der Thorax-Impedanzänderung erhaltene elektrische Signal einer Triggerschaltung zugeführt, welche nur dann ein Aubgaugisigna! abgibt, wenn die Amplitude des zugeführten Eingangssignals einen bestimmten Min destwert überschreitet. Der Mindestwert ist von Hand einstellbar und wird zweckmäßigerweise so gewählt. daß er niedriger als die von der Atemtätigkeii und höher a's die von der Herztätigkeit herrührenden Signale ist. Der Nachteil solcher Atemmonitoren besteht darin, daß der genannte Mindestwert häufig nachgestellt werden muß. denn die Amplitude der Atemsignale ist nicht nur von Patient zu Patient verschieden, sondern kann sich auch bei demselben Patienten mit der Zeit verändern.

Um eine solche Nachstellung zu vermeiden, sind Atemmonitoren mit automatischer Triggerpegelregelung bekanntgeworden, bei denen der genannte Mindestwert selbsttätig auf einen bestimmten Bruchteil, z. B. zwei Drittel der jeweiligen Amplitude des Atemsignals eingestellt wird. Die Nachstellung erfolgt mit einer gewissen Verzögerung, so daß sie sich an den Atemsignalen mit großer Amplitude orientiert und durch dazwischenliegende Störsignale nicht beeinflußt wird. Die automatische Nachstellung versagt jedoch, wenn ein Atemstillstand (Apnoe) eintritt oder wenn die Amplitude der Atemsignale nicht wesentlich größer als die der Herzsignale ist. In diesen Fällen stellt sich ein Mindestwert ein, der kleiner als die Amplitude der Herzsignale ist. so daß die Triggerschaltung Ausgangssignale abgibt, die von den Herzsignalen herrühren und daher zu falschen Aussagen über die Atemtätigkeit führen. Insbesondere kann bei Atemsiiüsianu eine Atemtätigkeit vorgetäuscht werden.

Es ist weiterhin bekannt, zwischen den Thorax-Impedanzsignalen und den Herzsignaien einen Phasenvergleich durchzuführen, um festzustellen, ob die Thorax-Impedanzsignale nicht von der Atem- sondern von der Herztätigkeit herrühren. Bei Phasengleichheit wird ein Alarmsignal abgegeben. Dabei kann es vorkommen, daß ein Alarmsignal abgegeben wird, ohne daß die Aterrtätigkeit aufgehört hat, z. B. bei relativ kleiner Amplitude der Thorax-Impedanzsignale.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Atemmonitor zu schaffen, der nur dann einen Atemstillstand anzeigt, wenn die Atmung tatsächlich ausgesetzt hat oder so schwach geworden ist, daß praktisch ein Atemstillstand angenommen werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Anspruch 1 gekennzeichnet.

Bei einem Atemmonitor gemäß der Erfindung wird ausgeschlossen, daß auf Herztätigkeit beruhende Störsignale irrtümlich als Atemsignale gedeutet werden, selbst wenn überhaupt keine Atemsignale vorhanden sind. Die ersieren Sig.iale sind nämlich mit den aus der Herztätigkeit gewonnenen Signalen zumindestens annähernd penodengleich. Durch die Anhebung des Mindestwertes wird die Anzeige bzw. Aufzeichnung von Störsignalen verhindert, so daß ein Atemstillstand mit Sicherheit erkannt werden kann. Andererseits wird ein solcher nur angezeigt, wenn die Atmung auch wirklich ausgesetzt hat.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich- zo nung erläutert, in der ein Blockschaltbild eines Atemmonitors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.

Der dargestellte Atemmonitor weist einen Eingang 10 auf. der mit zwei nicht näher dargestellten Elektroden verbunden werden kann, welche mit Abstand voneinander am Thorax des Patienten befestigt werden. Der Eingang 10 ist mit einem Impedan/messer 12 verbunden, der ein Ausgangssignal 13 abgibt, weiches der Thorax-Impedanz zwischen den Elektroden proportional ist. Dieses Signal ändert sich mit der Ein- und Ausatmung und stellt somit ein Maß für die Atemtätigkeit des Patienten dar. Der Impedanzmesser 12 kann zum Beispiel aus einer mit Hochfrequenz von zum Beispiel 65 kHz gespeisten Impedanzmeßbrücke mit naehgesehaitetem Demodulator und Verstärker bestehen. Die Grundimpedanz des Thorax bleibt unberücksichtigt. Gemessen wird nur die Schwankung der Impedanz um den Grundwert.

Das Ausgangssignal 13 des Impedanzmessers 12 wird einem Atemtrigger 14 zugeführt, der jedesmal bei Überschreiten eines bestimmten Amplitudenwertes einen Ausgangsimpuls 15 abgibt. Die Ausgangsimpulse 15 werden einerseits unmittelbar einem Ausgang 25 zugeführt, der ^um Beispiel mit einer Kontrolleuchte verbunden werden kann, die dann bei jedem Atemzug aufleuchtet. An den Ausgang 25 kann auch eine Überwachungseinrichtung angeschlossen werden, die ein Alarmsignal abgibt, wenn nach einem Atemimpuls 15 eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ;3t, ohne daß ein weiterer Impuls 15 nachfolgt, wenn also ein Atemstillstand eingetreten ist.

Die Ausgangsimpulse 15 des Atemtriggers 14 werden außerdem einem Pulsfrequenzmesser 18 zugeführt, der an einem Ausgang 20 ein Signal abgibt, das der Atemfrequenz proportional ist. Für Aufz.eichnungszwecke ist noch ein weiterer Ausgang 23 vorgesehen, an "wc'ichciTi unmittelbar das Ausgar.gssignal des Impedanzmessers 12 abgegriffen werden kann.

Die Mindestamplitude, bei welcher der Atemtrigger 14 einen Ausgangsimpuls 15 abgibt, wird durch das dem Atemtrigger 14 zugeführte Ausgangssignal 17 eines Triggerpegelreglers 16 bestimmt. Dem Triggerpegelregler 16 wird als Eingangssignal das Ausgangssignal 13 des Impedanzmessers 12 zugeführt. Der Mittelwert des Signals 17 ist der Amplitude des Signals 13 proportional, jedoch folgt das Signal 17 dem Signal 13 mit einer gewissen Verzögerung. Bei steigender Amplitude des Signals 13 liegt die Zeitkonstante ri dieser Verzögerung in der Größenordnung der Periodendauer des Signals 13, während die Zeitkonstante Γ2 bei fallender Amplitude des Signals 13 ein Mehrfaches der Periodendauer des Signals 13 beträgt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Mindestamplitude dadurch jeweils auf zwei Drittel der Amplitude des Signals 13 einzustellen.

Ein Referenztrigger 32, der im wesentlichen identisch mit dem Atemtrigger 14 ist, wird ebenfalls mit dem Ausgangssignal 13 des Impedanzmessers 12 gespeist, und gibt Impulse 33 ab, wenn die Amplitude des Signals 13 einen bestimmten mindestwert überschreitet. Dieser Mindestwert wird ebenfalls durch das Ausgangssignal 17 des I nggerpegelreglers iö bestimmt, ist jedoch um einen Faktor K kleiner als der Mindestwen des Atemtriggers 14. Dies wird dadurch erreicht, daß das Signal 17 dem Referenztrigger 32 über einen Abschwächer 30 zugeführt wird, der das Signal 17 durch K dividiert. Die Ausgangsimpulse ??des Referenztriggers 32 werden einem Periodenvergleichei 28 zugeführt. Dem Periodenvergleichcr 28 wird gleichzeitig über einen weiteren Eingang 26 des Atemmonitors ein Puls zugeführt, dessen Impulsabstand gleich dem QRS-Intervall des EKG des Patienten i*t. Dieses dem Eingang 26 zuzuführende Signal kann zum Beispiel einem üblichen EKG-Monitor entnommen werden, der mit dem Patienten verbunden ist.

Der Periodenvergleicher 28 vergleicht die Periodendauer der beiden ihm zugeführten Pulse und gibt ein Ausgangssignal 29 an den Triggerpegelregler 16 ab. wenn die Penodendauern gleich oder nahezu gleich sind. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Periodenvergleicher 28 so aufzubauen, daß er ein Ausgangssignal 29 abgibt, wenn die beiden Periodendauern um nicht mehr als 15% voneinander abweichen. Der Triggcrpcgclregler 16 erhöht bei Vorhandensein des Signals 29 sein Ausgangssignal 17 um einen festen Betrag. Damit werden der Atemtrigger 14 und der Referenztrigger 32 entsprechend unempfindlicher. Tritt das Signal 29 anschließend noch einmal auf. so erfolgt eine weitere Anhebung des Signals 17. Dies geschieht so lange, bis kein Impuls 33 und damit auch kein Signal 29 mehr auftritt. Das Signal 17 fällt dann entsprechend der Zeitkonstanten ^₂ wieder ab, und zwar so weit, bis der Referenztrigger 32 wieder anspricht und der Periodenverglcicher 28 bei noch vorhandener Periodcngleichheit wieder ein Signal 29 zum Anheben des Signals 17 abgibt. Während der Periodengleichheit stellt sich das durch K dividierte Signal 17 im Mittel auf einen Wert ein, der der Amplitude des Signals 13 entspricht. Damit ist garantiert, daß der Atemtrigger 14, der K-miü unempfindlicher als der Referenztrigger 32 ist, wahrend der Periodengleichheit keine Impulse 15 abgibt.

Die Beaufschlagung des Referenziriggers 32 mit einem durch K dividierten Signal 17 führt dazu, daß der Referenzlrigger 32 bereits auf entsprechend niedrigere Amplituden des Signals 13 als der Atemtrigger 14 anspricht Dadurch ist gewährleistet, daß der Periodenvergleieher 28 frühzeitig anspricht und ein Ausgangssignal 29 zur Anhebung des Ausgangssignals 17 des Triggerpegelreglers 16 abgibt, bevor das Signal 17 bei kleiner Amplitude des Ausgangssignals 13 des Impedanzmessers 12 auf einen Wert abgefallen ist, bei welchem der Atemtrigger 14 be cits auf Störsignale anspricht. Der Faktor K muß einerseits groß genug sein, um ein Ansprechen des Atemtriggers 14 auf Störsignale wirksam zu verhindern, andererseits darf er aber auch nicht so groß sein, daß der Referenztrigger 32 bereits

auf das den Atem- und Herzsignalen überlagerte Rauschen anspricht. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, für K einen Wert zwischen 2 und 10 zu wählen. Der optimale Wert von K hängt außerdem auch noch von der Zeitkonstante τι ab. Je kleiner diese ist, je schneller also das Signal 17 einem Amplitudenabfall des Signals 13 folgt, desto größer muß K sein, damit auf jeden Fall ein Periodenvergleich durchgeführt werden kann, ehe der Atemtrigger 14 so empfindlch geworden ist, daß er auf Störsignale anspricht.

Der Triggerniveauregler 16 weist zweckmäßigerweise eine Begrenzerschaltung auf, die das Ausgangssignal 17 sowohl nach oben als auch nach unten begrenzt. Für diese Praxis hat es sich als günstig erwiesen, diese Begrenzung so zu wählen, daß die Empfindlichkeit des Atemtriggers 14 sich nur in einem Bereich verändert, der einer Impedanzamplitude des Signals 13 von 0,1 Ω bis etwa 1.5 Ω entspricht. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß Amplituden unter 0,1 Ω im Rauschbereich liegen, während Amplituden über 1,5 Ω von keinen Störsignalen erreicht werden. Amplituden unter 0,1 Ω führen in keinem Fall zu einem Ausgangsimpuls 15. während Amplituden über 1,5 Ll in jedem Fall zu einem Ausgargsimpuls 15 führen.

Der Periodenvergleicher 28 kan nur arbeiten, solange ihm über den Eingang 26 ein Herzfrequenzsignal zugeführt wird. Fällt dieses Signal aus irgendeinem Grunde aus. so kann kein Ausgangssignal 29 abgegeben werden, selbst wenn Periodengleichheit /.wischen dem Ausjjangssignal 13 des Impedanzmessers 12 und der Herztätigkeit besteht. In diesem Falle würde auch das Ausgangssignal 17 des Triggerpegelreglers 16 nicht angehoben und die Empfindlichkeit des Atemtriggers würde so weit gesenkt, daß er auch auf Störsignale hin Ausgangsimpulse 15 abgeben würde. Ein Atemstillsiand könnte dann unerkannt bleiben. Um eine solche Fehlanzeige zu vermeiden, ist ein Signal-Ausfalldetektor 34 vorgesehen, der bei Signalausfall am Eingang 26 an den Triggerpegelregler 16 ein Signal abgibt, bei dessen Vorhandensein die untere Begrenzung von 0.1 Ω auf einen höheren Wert, z. B. 1 Ω angehoben wird. wodurch verhindert wird, daß der Atemtrigger 14 auf übliche Störsignale anspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Atemmonitor, bei welchem die Atemtätigkeit durch Messung der durch diese verursachten Änderungen der Thoraximpedanz des Patienten überwacht wird, mit einer Einrichtung, die die gemessenen Signale unterhalb eines bestimmten Amplitudenschweliwertes unterdrückt sowie mit einer Einrichtung zum gesonderten Erfassen von die Herzfrequenz enthaltenden Störsignalen, wobei bei Freq'.ien^gleichheit von Atem- und Störsignalen ein Signal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Atemmonitor eine Periodenvergleichsschahung (28) enthält, die die Periodendauer von Herz- und Atemfrequenz miteinander vergleicht und bei Gleichheit oder annähernder Gleichheit der Periodendauern ein Signal (29) an die Einrichtung (14, 16) zum Erfassen der Steuersignale abgibt, die den Amplitudenschwellwert um einen bestimmten Betrag anhebt.

2. Atemmonitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Penodenvergleichsseha!- tung (28) ein Signal abgibt, wenn die Periodendauern von Herz- und Atemfrequenz um nicht mehr als 15% voneinander abweichen.

3. Atemmonitor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14,16) zum Unterdrücken von Störsignalen eine Atem-Triggerschaltung (14) enthält, die jeweils einen Impuls (15) abgibt, wenn die Amplitude des Thorax-Impedanzsignals (13) einen bestimmten Mindestwert überschreitet, sowie einen Triggerpegelregler (16) enthält, der in Abhängigkeit von der Amplitude des I horax-impedan/signals unter Ver zögerung an die Atem-Triggerschaltung ein der Aplitude des Thorax-Impedanzsignals proportionales Ausgangssignal (17) zur Steuerung des Mindestwertes abgibt.

4. Atciviirioniior nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Triggerniveauregler (16) eine Begrenzerschaltung enthält, mittels welcher die Veränderbarkeit des Mindestwertes auf einen Bereich beschränkt wird, dessen Untergrenze oberhalb der Amplitude der Rauschsignale des Systems liegt und dessen Obergrenze oberhalb der größtmöglichen von der Herztätigkeit herrührenden Störsignalamplituden liegt.

5. Atemmonitor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der Verzögerung bei steigender Amplitude des Thoraxlmpedanzsignals (13) in der Größenordnung der Periodendauer der von der Atemtätigkeit herrührenden Signale liegt, während sie bei fallender Amplitude des Thorax-Impedanzsignals ein Mehrfaches der Periodendauer der von der Atemtätigkeit herrührenden Signale ueii ägt.

6. Atemmonitor nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Thorax-Impedanztignal (13) der Periodenvcrgleichsschaltung (28) in Form von Impulsen (33) über eine Referenztriggcrlchaltung (32) zugeführt wird, welche empfindlicher ils die Atem-Triggerschaltung (14) ist.

7. Atemmonitor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Triggerpegelregler (16) mit einem Signal-Ausfalldetektor (34) Verbunden ist. welcher an den Triggerpegelregler llf>\ bei Ausfall des der Herzfrequenz entsprechenden oder diese enthaltenden Signals ein Signal abgibt, bei dessen Empfang der Triggerpegelregler den Mindestwert auf einen Wert anhebt, der oberhalb der größtmöglichen normalerweise auftretenden Störsignalamplitude liegt.