DE2530474B1 - Medizinisches Geraet zur gasartunabhaengigen Messung des Atemstromes - Google Patents
Medizinisches Geraet zur gasartunabhaengigen Messung des AtemstromesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein medizinisches Gerät zur gasartunabhängigen Messung des Atemstromes
mit einem Atemrohr und einem darin untergebrachten Strömungsmeßfühler, z.B. Fleischscher
Pneumotachograph, Drossel, Hitzdraht od. dgl.
Bekannte Geräte für die Atemstrommessung arbeiten beispielsweise mit Fleischschen Pneumotachographen
als Atemstromrezeptor, die auf dem Prinzip beruhen, daß der Atemstrom über einen Wirkwiderstand
geleitet wird und an zwei Stellen — vor und nach dem Widerstand — der Strömungsdruck gemessen
wird. Dessen Differenz ist dem Volumstrom F proportional, wobei der Proportionalitätsfaktor geometrische
Apparatekonstanten und weiterhin von der Gassorte abhängige Parameter, z.B. die Viskosität η,
enthält. Verallgemeinert läßt sich die Signalstruktur der üblichen Strömungsmeßfühler als Produkt zweier
Funktionen — S = g(P;) -f (V) — ausdrücken, wo-
3 4
bei die P1 z.B. die Gasparameter Viskosität??, Dichteg von der Wechseldruckpumpe beaufschlagte Strömung
und Temperaturleitfähigkeit λ bedeuten. Es sind auch eine Sinuspulsation ist, deren Frequenz deutlich über
weitere Parameter möglich. der Atemfrequenz liegt.
Durch den Einfluß der Gasparameter wird der An- Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung
Wendungsbereich dieser Geräte eingeschränkt. Zwar 5 ergeben sich an Hand der nachfolgenden Figurenkönnen
die Atemstromrezeptoren durch Eichung mit beschreibung von verschiedenen Ausführungsbeispie-Standardströmungen
eines Gases oder auch eines len in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es
Gasgemisches bekannter Zusammensetzung, beispiels- zeigt
weise der Raumluft, zur Messung der Strömung der Fig. 1 die schematische Darstellung eines ersten
gleichen Atemgase mit bekannter Zusammensetzung io Ausführungsbeispiels für ein Gerät zur Atenistrom-
verwendet werden. Weniger geeignet sind derartige messung mit beliebigen strömenden Gasen mit kon-
Rezeptoren für die Atemstrommessung von Gasen tinuierlicher Korrektur des Einflusses der Viskosität
und Gasgemischen beliebiger oder variabler Zusam- des Atemgases,
mensetzung. Die Gasparameter müssen dann gege- Fig. 2 die schematische Darstellung eines zweiten
benenfalls in speziellen Geräten separat bestimmt 15 Ausführungsbeispiels,
werden oder nach einer quantitativen Gasanalyse für F i g. 3 die schematische Darstellung einer geeigdas
Atemgasgemisch errechnet werden, was sehr auf- neten Blende zur kontinuierlichen Korrektur des Einwendig
sein kann. Danach muß das Ergebnis der flusses der Dichte bei der Atemstrommessung.
Strömungsmessung entsprechend den ermittelten Gas- In Fig. 1 ist mit 1 ein Atemrohr bezeichnet. Dieparametern
korrigiert werden. Für die Messung des ao ses Atemrohr weist an seinem dem Mundstück ge-Atemstromes
in der Lungenfunktionstechnik sind genüberliegenden Ende einen Atemstromrezeptor 2
derartige Verfahren bei der geforderten Genauigkeit nach dem Prinzip des Fleischschen Pneumotacho-
und Schnelligkeit der Messung zu aufwendig. Aller- graphen auf. Der abgenommene Differenzdruck A ρ
dings wäre es wünschenswert, Atemstrommessungen wird in dem Wandler 3 in ein analoges elektrisches
mit verschiedenen Atemgasen bei variablen Tempe- 35 Signal S umgewandelt. Dieses Signal S ist dem Proraturen
und Partialdrücken durchzuführen. dukt aus der Viskosität η und dem zu messenden Vo-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, lumenstrom V proportional. An dem Atemrohr bediesen
Nachteil zu beseitigen. Es soll ein Gerät der findet sich weiterhin ein Ansatzstutzen 4 mit einer
eingangs genannten Art angegeben werden, das zur Wechseldruckpumpe 5 (Membranpumpe z. B. in Aus-Messung
des Atemstromes mit Gasen und Gasge- 30 bildung einer Lautsprechermembran oder Kolbenmischen
beliebiger oder variabler Zusammensetzung pumpe) und einem weiteren Atemstromrezeptor 6,
und Temperaturen verwendet werden kann, ohne daß der ebenfalls nach dem Prinzip des Fleischschen
dazu die obengenannten speziellen Geräte und Maß- Pneumotachographen arbeitet. MitderWechseldrucknahmen
erforderlich sind. pumpe 5 wird dem zu messenden Atemstrom V peri-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfin- 35 odisch, vorzugsweise sinusförmig, mit bekannter Fredungsgemäß
zur kontinuierlichen Korrektur der ge- quenz γ und definiertem Volumenstrom V1 eine Teilmessenen
Werte in Abhängigkeit von der Zusammen- probe bekannter Größen entnommen, über den Resetzung
und den Eigenschaften der Atemgase das zeptor 6 geleitet und wieder in den Atemstrom zu-Atemrohr
einen Ansatzstutzen mit einer Pumpe, vor- rückgeführt. Der Rezeptor 6 ist entsprechend der
zugsweise einer Wechseldruckpumpe, aufweist, die 4° dem Gasstrom V zu entnehmenden Teilprobe V1 gedem
Atemstrom eine Probe entnimmt und gegebe- genüber dem Atemstromrezeptor 2 nach strömungsnenfalls
wieder zurückführt und diese Probe über mechanischen Ähnlichkeitsgesetzen verkleinert. Der
einen von den gleichen Gasparametern abhängigen gemessene Differenzdruck Ap1 wird in dem Druck-Zusatzmeßfühler,
dessen Signal vorzugsweise den wandler 7 in ein analoges elektrisches SIgHaIS1 umgleichen
funktionalen Zusammenhang wie das des 45 gesetzt und in dem Gleichrichter 8 mit anschließen-Strömungsmeßfühlers
hat, leitet, wobei Mittel zur dem Tiefpaß 9 gleichgerichtet und geglättet. Das von
Quotientenbildung der auf Grund des Atemstromes dem Tiefpaß 9 abgegebene Signal ist dem Produkt
und des von der Pumpe erzeugten Gasstromes erhal- aus dem bekannten Volumenstrom V1 und der Viskotenen
Signale vorhanden sind. Dabei ist es vorteil- sität η proportional. In dem von den Signalen 5 und'
haft, den Zusatzmeßfühler entsprechend dem Ver- 50 S1 angesteuerten Dividierglied 10 wird der Quotient
hältnis Atemstrom/Strömung der Probe zu verklei- der Signale S und S1 gebildet. Durch die Quotientennern,
so daß beim Zusatzfühler die gleichen strö- bildung SZS1 wird die Viskosität q eliminiert und man
mungsmechanischen Gesetze wie beim Strömungs- erhält — da V1 bekannt ist — ein nur von dem zu
meßfühler für den gesamten Atemstrom gelten. Wei- messenden Volumenstrom V abhängiges Signal 5'.
terhin wird die Aufgabe dadurch erfindungsgemäß 55 In Fig. 2 ist mit 11 ein als Atemrohr ausgebildegelöst,
daß zur kontinuierlichen Korrektur der Meß- tes Strömungsrohr mit einem Probandenmundstück
werte in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und 12 am mundseitigen Ende für den Atemstrom V beden
Eigenschaften der Atemgase das Atemrohr einen zeichnet. Das Strömungsrohr weist wiederum einen
Ansatzstutzen mit einer Pumpe, vorzugsweise einer Ansatzstutzen 13 mit einer Wechseldruckpumpe 14
Wechseldruckpumpe, aufweist, die den Atemstrom 60 auf, die den Atemstrom V mit einer gegenüber der
mit einer definierten Strömung mit von der Atemfre- Atemfrequenz höherfrequenten, definierten Pulsation
quenz unterscheidbarer Frequenz beaufschlagt und V1 beaufschlagt. Zwischen Meßrohr 11 und Mundzusammen
mit dem Atemstrom über den Strömungs- stück 12 befindet sich ein längerer Schlauch 15 (z. B.
meßfühler leitet, wobei Mittel zur Trennung und 900 mm mit 12 mm 0), der einen näherungsweise
Quotientenbildung der nieder- und hochfrequenten 65 rein induktiven, genügend großen pneumatischen Wi-Komponenten
der auf Grund des Gemisches von , . , / „ Λ . mbar , . ,, „ .,, \ , A „x ,
Atemstrom und Zusatzströmung erhaltenen Signale derstand (z·B· 1^ ~yT ^1 V = °'51/S) darStellt Und
vorhanden sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die gewährleistet, daß die Pulsation definiert auf den
Strömungsmeßfühler einwirkt. Weiterhin verhindert Frequenz der Wechseldruckpumpe bei 15Hz, die
er Rückwirkungen der eingeprägten Wechselströmung Meßzeitkonstante bei jeweils 200 ms.
auf die Atmung. Am offenen Ende des Atemrohres Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten
befindet sich der Atemstromrezeptor 16 nach dem Meßgrößen 5( brauchen nicht notwendigerweise dem
Prinzip des Fleischschen Pneumotachographen. Auf 5 Produkt der Einflußgrößen, wie z.B. der Viskosität??,
diesen wirkt das Gemisch des zu messenden nieder- der Dichte ρ und der Temperaturleitfähigkeit λ und
frequenten Atemstromes F und der bekannten hoch- des Volumenstromes F direkt proportional zu sein,
frequenten Volumenpulsation F1 ein. Das in dem Es sind auch komplizierte funktionale Abhängigkei-
Druckwandler 17 gebildete analoge elektrische Signal ten entsprechend einer Signalstruktur S = g(P,·) · /(F)
S0 enthält daher nieder- und hochfrequente Kompo- io (wobei P1- einer der möglichen Gasparameter bedeu-
nenten. Durch Parallelschaltung eines der Atemfre- tet) möglich, was dann eine — entsprechend den be-
quenz angepaßten Tiefpasses 18 und eines auf die kannten Funktioneng(P1) und/(F)—Modifizierung
höherfrequente Pulsation abgestimmten Bandpasses der Auswerte- und Rechenglieder erfordert. Haben
19 wird eine Trennung der nieder- und hochfrequen- Strömungsmeßfühler und Zusatzmeßfühler verschie-
ten Komponenten5 und S1 erreicht. Die höherfre- 15 dene Gasparameterfunktionen ^1(P,) und g2(P,·),
quenten Komponenten S1 werden in einem Gleich- müssen diese zunächst ineinander überführt werden,
richter 20 mit anschließendem Tiefpaß 21 gleichge- Derartige Geräte sind allgemein in der Gasstrom-
richtet und geglättet. Das niederfrequente Signal S ist messung anwendbar, insbesondere aber bei der Atem-
dem Produkt aus Viskosität η und dem zu messenden strommessung mit den verschiedenen Testgasen der
Volumenstrom F proportional, während das geglät- 20 Lungenfunktionsmeßtechnik — wie etwa Ar, N2, O2,
tete hochfrequente Signal nur von der Viskosität ab- CO2, NO2, He sowie auch H2O und deren Gemische,
hängig ist, weil der Volumenstrom V1 bekannt ist und Die Pulsationsfrequenz der Wechseldruckpumpe soll
daher nur in Form eines Proportionalitätsüaktors in dabei immer kleiner als 15 Hz und im einzelnen auf
die Rechnung eingeht. Durch die Quotientenbildung die zu messenden Gase bzw. Gasgemische abgestimmt
SIS1 im Dividierglied 22 wird dann wiederum ein nur 25 sein. Sie muß aber technisch von der Atemfrequenz
von dem zu messenden Volumenstrom F abhängiges eindeutig trennbar sein. Die erzielbaren Meßgenauig-
Signal S' erhalten. Der Proportionalitätsfaktor ist von keiten liegen bei 2,5 %. Mit derartigen erfindungsge-
der Größe der Pulsation der Wechseldruckpumpe ab- mäßen Geräten können auch weiterhin Messungen
hängig und kann eingeeicht werden. an anderen Fluiden, beispielsweise strömenden Flüs-
Erfindungsgemäße Geräte zur um den Einfluß der 3° sigkeiten, durchgeführt werden. Dabei wirkt die Kor-
Dichte ρ und der Temperaturleitfähigkeit λ korrigier- rektur der Strömungsmessung durch Überlagern einer
ten Atemstrommessung sind sinngemäß entsprechend HilfsStrömung im Sinne einer kontinuierlichen Ei-
ausgebaut. Als Meßfühler werden dann Blenden oder chung.
Venturirohre bzw. Hitzdrähte oder Heißleiter ver- Neben den beschriebenen Atemstrom- und Gaswendet.
Die in der F i g. 3 in einem Ansatzstutzen 23 35 Strommessungen können mit den erfindungsgemäßen
(entsprechend den Stutzen4 nach Fig. 1 oder 13 Geräten auch die Gasparameter, deren Einfluß bei
nach F i g. 2) angeordnete Blende 24 muß bestimmte der kontinuierlichen Korrektur aus den Meßsignalen
Bedingungen in ihrer Dimensionierung erfüllen, um eliminiert wurde, selbst schnell und kontinuierlich
bei einer Messung des Druckabfalls Δ p ein der Dichte bestimmt werden. Durch Schaltung eines Umkehrdirekt proportionales Signal zu liefern. Untersuchun- 40 funktionsbildners hinter den Tiefpaß 9 aus Fig. 1
gen haben gezeigt, daß bei einem Durchmesser des bzw. den Tiefpaß 21 aus Fig. 2 kann die Viskosität»?
Pumpenstutzens 23 von D = 12 mm die Blende 24 direkt abgelesen werden. Dichte ρ und Temperaturmit
scharfen Kanten und einem Durchmesser von leitfähigkeit λ können bei Verwendung entsprechender
d = 2,2 mm diese Forderung erfüllt. Dabei liegt die Meßfühler ebenso gemessen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Medizinisches Gerät zur gasartunabhängigen Messung des Atemstromes mit einem Atemrohr
und einem darin untergebrachten Strömungsmeßfühler, z. B. Fleischscher Pneumotachograph,
Drossel, Hitzdraht od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Korrektur der gemessenen Werte in Abhängigkeit
von der Zusammensetzung und den Eigenschaften der Atemgase das Atemrohr (1) einen Ansatzstutzen
(4) mit einer Pumpe, vorzugsweise einer Wechseldruckpumpe (S), aufweist, die dem Atemstrom
(F) eine Probe (F1) entnimmt und gegebenenfalls wieder zurückführt und diese über einen
von dem gleichen Gasparameter (P1) abhängigen Zusatzmeßfühler (6), dessen Signal vorzugsweise
den gleichen funktionalen Zusammenhang wie das des Strömungsmeßfühlers (2) hat, leitet, wobei
Mittel (10) zur Quotientenbildung (SIS1) der
auf Grund des Atemstromes (F) und des von der Pumpe (5) erzeugten Gasstromes (F1) erhaltenen
Signale (S, S1) vorhanden sind.
2. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Pumpe (5)
entnommene Probe mit definierter Strömung (F1) klein gegenüber dem Atemstrom (F) ist und der
Zusatzmeßfühler (6) nach strömungsmechanisehen Ähnlichkeitsgesetzen entsprechend dem
Verhältnis Atemstrom/Strömung der Probe (VZV1)
verkleinert ist.
3. Medizinisches Gerät zur gasartunabhängigen Messung des Atemstromes mit einem Atemrohr
und einem darin untergebrachten Strömungsmeßfühler, z. B. Fleischscher Pneumotachograph,
Drossel, Hitzdraht od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Korrektur der Meßwerte
in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den Eigenschaften der Atemgase das Atemrohr
(11) einen Ansatzstutzen (13) mit einer Pumpe, vorzugsweise einer Wechseldruckpumpe
(14), aufweist, die den Atemstrom (F) mit einer definierten Strömung (F1) mit von der Atemfrequenz
unterscheidbarer Frequenz beaufschlagt und zusammen mit dem Atemstrom (F) über den
Strömungsmeßfühler (16) leitet, wobei Mittel (18, 19 und 22) zur Trennung und Quotientenbildung
(SiS1) der nieder- und hochfrequenten Komponenten
(S, S1) der auf Grund des Gemisches von Atemstrom (F) und Zusatzströmung (F1) erhaltenen
Signale (S0) vorhanden sind.
4. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Wechseldruckpumpe
(5, 14) beaufschlagte Strömung eine Sinuspulsation ist, deren Frequenz deutlich
über der Atemfrequenz, vorzugsweise zwischen 5 und 15 Hz, liegt.
5. Medizinisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Atemrohr
(11) und Patientenmundstück (12) ein ausreichend großer pneumatischer Widerstand, vorzugsweise
ein Schlauch (15), angeordnet ist.
6. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der
Meßgrößen je ein Meßwandler (3, 7,17), der die von den Meßfühlern (2, 6, 16) gelieferten Meßgrößen
in analoge elektrische Signale (5, S1, S0)
umsetzt, vorhanden ist.
7. Medizinisches Gerät nach Anspruch 3, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung
der hochfrequenten und der niederfrequenten Komponenten (S, S1) des elektrischen Mischsignals
(S0) elektronische Filter, vorzugsweise ein auf die Pulsationsfrequenz der Wechseldruckpumpe
abgestimmter Bandpaß (19) und ein der Frequenz des Atemstromes angepaßter Tiefpaß
(18), verwendet werden.
8. Medizinisches Gerät nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequenten
Signale (S1) durch einen Gleichrichter (8, 20) gleichgerichtet und in einem nachfolgenden Tiefpaß
(9, 21) geglättet werden.
9. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Quotientenbildung
durch elektronische Dividierglieder (10, 22) erfolgt.
10. Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der gemessenen
Werte gegebenenfalls elektronische Rechenglieder eine Überführung der Parameterfunktion
S1 (P1) des Zusatzmeßfühlers in die Parameterfunktion
S2 (P1) des Meßfühlers in der Weise vornehmen, daß durch die Quotientenbildung
der Einfluß der von der Zusammensetzung der Atemgase abhängigen Parameter (P1), z. B.
Viskosität η, Dichte ρ und Temperaturleitfähigkeit λ, eliminiert wird.
11. Medizinisches Gerät zur gasartunabhängigen Messung des Atemstromes mit einem Atemrohr
und einem darin untergebrachten Strömungsmeßfühler, z. B. Fleischscher Pneumotachograph,
Drossel, Hitzdraht od. dgl., insbesondere nach einem der Ansprüche 1, 3, 7 und 8, dadurch gekennzeicfinet,
daß zur schnellen und kontinuierlichen Messung und Anzeige der von der Zusammensetzung
abhängigen Parameter (P1) der Atemgase, z. B. Viskosität η, Dichte ρ und Temperaturleitfähigkeit
λ, Mittel zur Bildung der Umkehrfunktionen P; = G(S1) der gleichgerichteten
und geglätteten, hochfrequenten Signale (S1) vorhanden sind.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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LU31577D LU31577A1 (de) | 1951-11-08 | ||
US255448A US2669280A (en) | 1951-11-08 | 1951-11-08 | Method of makign v-belts |
DE19752530474 DE2530474C2 (de) | 1975-07-08 | Medizinisches Gerät zur gasartunabhängigen Messung des Atemstromes | |
CH638876A CH607913A5 (de) | 1975-07-08 | 1976-05-20 | |
NLAANVRAGE7605771,A NL170493C (nl) | 1951-11-08 | 1976-05-28 | Inrichting voor het onafhankelijk van het type gas meten van de ademstroom. |
US05/700,504 US4127115A (en) | 1975-07-08 | 1976-06-28 | Medical apparatus for the measurement of respiratory flow independent of gaseous composition |
US05/921,056 US4237904A (en) | 1975-07-08 | 1978-06-30 | Medical apparatus for the measurement of respiratory flow independent of gaseous composition |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752530474 DE2530474C2 (de) | 1975-07-08 | Medizinisches Gerät zur gasartunabhängigen Messung des Atemstromes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2530474B1 true DE2530474B1 (de) | 1976-08-05 |
DE2530474C2 DE2530474C2 (de) | 1977-04-07 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0670476A1 (de) * | 1994-02-24 | 1995-09-06 | Hewlett-Packard GmbH | Flüssigkeitsdetektor |
DE10057040A1 (de) * | 2000-11-17 | 2002-05-23 | Peter Ganshorn | Vorrichtung zur Entnahme von Gas aus der Atemluft bzw. Zufuhr von Gas zur Atemluft |
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DE10057040A1 (de) * | 2000-11-17 | 2002-05-23 | Peter Ganshorn | Vorrichtung zur Entnahme von Gas aus der Atemluft bzw. Zufuhr von Gas zur Atemluft |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4237904A (en) | 1980-12-09 |
CH607913A5 (de) | 1978-12-15 |
US4127115A (en) | 1978-11-28 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
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