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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratshehälter
(14) eine Überdruckgasfiasche ist, die vorzugsweise über ein Reduzierventil das
kleine Volumen Eichgas an das Eichprobengefäß (19) abgibt, wenn das Eingangsventil
(17) geöffnet ist 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eichprobengefiß (19) ein kurzes Zwischenleitungsstück mit einem Innenvolumen
ist, das dem weiterzuleitenden kleinen Volumen Eichgas entspricht 6. Vorrichtung
nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen Steuerimpulsgeber (22)
für die Gasventile (17, 181 der in Abhängigkeit von den Nulldurchgängen des Atemstromes
während der inspiratorischen Phase jeweils einen Öffnungsimpuls für das Eingangsventil
(17) zur Übernahme von Eichgas in das Eichprobengefäß (19) erzeugt, wobei gleichzeitig
ein sChließimpuls des Steuerimpulsgebers (22) das Ausgangsventil (18) geschlossen
hält 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpulsgeber
(22) spätestens bis Ende einer inspiratorischen Phase das Eingangsventil durch Abgabe
eines SchlieBimpulses schließt und mit Beginn der exspiratorischen Phase einen Öffnungsimpuls
für das Ausgangsventil (18) erzeugt Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Untersuchung der Lungenfunktion, insbesondere im Hinblick auf den Gasstoffwechsel,
mit einem Atemstromrezeptor zur Erfassung des Atemstromes und einer über eine Saugleitung
am Atemstromrezeptor angeschlossenen Absaugeinrichtung, die Gasproben vom Atemgas
absaugt und einem Gasanalysator zur Ermittlung bestimmter Gasanteile im Atemgas
zuführt, sowie mit einer elektrischen Verrechnungseinheit, die beispielsweise die
Atemstromstärke mit den Gasanteilen in vorgebbarer Weise verrechnet Bei Untersuchungen,
insbesondere des Gasstoffwechsels, z B. bei der Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs
oder bei Untersuchungsmethoden, denen der Verlauf der exspiratorischen Gaskonzentration
oder Partialdrucke zugrunde liegt (beispielsweise Totraumvolumenbestimmung, Herzzeitvolumenbestimmung
ocL dgL), müssen die primären Meßgrößen Atemstrom (q1 OrDifferenzkonzentration (3
FO2) bzw. CorKonzentration (FCO2) in der Exspirationsluft jeweils zeitsynchron miteinander
verrechnet (z. B. multipliziert) werden. Die zeitlich exakte Zuordnung der Signale
untereinander ist dabei unbedingte Voraussetzung, denn leichte Phasenverschiebungen
führen bereits zu beträchtlichen Meßfehlern. Bei der Meßwertaufnahme wird das V-Signal
über einen Atemstromrezeptor gemessen und steht unverzögert als Spannungssignal
zur Verfügung. Die Messung der Gasanteile (Gaskonzentration) erfolgt in geeigneten
Gasanalysatoren mit kurzer Einstellzeit, z. B. Massenspektrometer tod. dgl die über
eine Schlauchzuführung von gegebener Länge mit der Absaugstelle am Mund verbunden
sind. Die durch die Schlauchzuführung entstehende Transportzeit der abgesaugten
Gasprobe verursacht eine erhebliche Zeitverzögerung der Spannungssignale aus den
Gasanalysatoren gegenüber dem VSignal. Ein aus der Zeitschrift Electromedica 4/74
bekanntes Verfahren zur schnellen Gasanalyse von 02 und CO2 in der Atemluft (von
U. 5 m i d t) berücksichtigt die Transportzeit der Gasproben durch die Absaugleitung
bis zum Analysator über das Auswerteprogramm der Verrechnungseinheit Hierbei muß
jedoch eine bekannte und exakt gleichbleibende Transportzeit vorausgesetzt werden
Durch Viskositatsänderungen der abgesaugten Gasprobe infolge Temperatur- oder Konzentrationsänderung
und durch die mechanisch-pneumatischen Eigenschaften der Gasabsaugpumpen kann jedoch
die Transportzeit meist nicht exakt eingehalten werden. Sie muß von Hand nachgeregelt
oder per Programm in der Weise berücksichtigt werden, daß der Obergang von inspiratorischer
zu exspiratorischer Phase im nachhinein als gemeinsamer Bezugspunkt für die Auswertung
der Meßkurven herangezogen wird. Letzteres Verfahren ist beispielsweise aus der
Zeitschrift Journal of Applied Physiology, VoL 34, Nr. 1, January 1973, Seiten 128
bis 132 durch den Aufsatz »On-line computer analysis and breath-by-breath graphical
display of exercise function tests« von William L B e a v e r et al. bekannt Ein
solches Verfahren ist jedoch nur für Datenverarbeitungsanlagen anwendbar, die über
ausreichende Speicherkapazitäten (Umwandlungsrate für Analog-Digital-Wandler 25
Hz, besser 50 Hz) und einen ausrei-
chend schnellen Arbeitszyklus
verfügen.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben, die mit einfacheren Mitteln eine exakte Auswertung gemessener
Atemstromgrößen im gewünschten Sinne erlaubt Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß ein Eichgasvolumengeber vorhanden ist, der mit Beginn jeder Exspiration
dem Eingang der Saugleitung am Atemstromrezeptor ein bestimmtes vorgebbares kleines
Volumen an Eichgas zuführt, das im Gasanalysator als solches erkannt und durch Abgabe
eines Steuerimpulses registriert wird, der mit seinem Auftreten den Beginn einer
Verrechnung gemessener Atemgasgrößen in der elektrischen Verrecheneinheit festlegt
Das erfindungsgemäße Gerät ermöglicht die Markierung einer abgesaugten Gasprobe
durch Pilotmarken im Gasstrom genau zum Nulldurchgang des Atemstromsignals V von
der inspiratorischen zur exspiratorischen Phase. Die hierdurch auftretende und vom
Analysator erkannte impulsartige Konzentrationsänderung der Gasprobe wird als kurzzeitiger
sogenannter »Konzentrationsbolus« vom Rechner als Start für die Meßwertspeicherung
bzw. -verarbeitung erkannt, so daß eine eindeutige Zuordnung der miteinander zu
verrechnenden Größen gegeben ist, die dadurch prompt, d. h. noch während des laufenden
Exspirationszyklus ohne Zwischenspeicherungen, verrechnet werden können. Dadurch
ist es z. B. möglich, Anlagen zu Sauerstoffverbrauchsmessungen zu konzipieren, welche
lediglich aus V Manometer, Gasanalysegerät und beispielsweise festprogrammiertem
Mikroprozessor bestehen.
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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 Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der
Erfindung im Prinzipschaltbild, F i g. 2 ein Diagramm der zeitlichen Verläufe der
wesentlichsten im Prinzipschaltbild der F i g. 1 auftretenden Signale.
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In der F i g. 1 atmet ein Proband 1 in einem Atemstromrezeptor 2,
der in der üblichen Weise ein Mundstück 3 und einen eingesetzten Strömungswiderstand
4 (z. B. Lamellendüse) aufweist. Über dem Strömungswiderstand wird mittels Druckleitungen
5 der Differenzdruck abgenommen, der beispielsweise an einem Differenzdruckmanometer
6 direkt als Atemstromverlauf Vangezeigt wird. Der Atemstromrezeptor weist ferner
einen Anschluß 7 für eine Saugleitung 8 auf, über die mittels Pumpen 9 bzw. 10 Gasproben
des Atemgases zu einem CO2-Analysator einerseits und einem OrAnalysator andererseits
absaugbar sind. Am Anschluß 7 ist ferner über die Zuführleitung 13 im erfindungsgemäßen
Sinne der Eichgasvolumengeber angeschlossen. Der Eichgasvolumengeber besteht dabei
aus einer Überdruckgasflasche 14 mit Eichgas (O2, vorzugsweise aber CO2), das über
eine Druckreduziereinheit 15, ein Drosselventil 16 sowie ein Eingangsschaltventil
17 einem Eichprobengefäß 19 zuführbar ist.
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Das Eichprobengefäß 19 ist dabei das Zwischenleitungsstück zwischen
dem Eingangsschaltventil 17 und einem Ausgangsschaltventil 18 Das Innenvolumen des
Zwischenleitungsstückes entspricht exakt jenem Volumen an Eichgas, das zu Beginn
der exspiratorischen Phase als Pilotmarke dem Eingang der Saugleitung 8 zugeleitet
werden soll. Die Steuerung der Ventile 17 bzw. 18, die vorzugsweise als Magnetventile
ausgebildet sind, erfolgt über Steuerleitungen 20 bzw. 21 durch Steuerimpulse ST1
bzw. ST2 eines Steuerimpulsgebers 22 jeweils in Abhängigkeit von den Nulldurchgängen
des Atemstromsignals V in dem Sinne, daß in der inspiratorischen Phase das Ventil
18 immer geschlossen ist, während das Ventil 17 kurzzeitig zur Übernahme einer weiteren
Gasprobe vom Überdruckbehälter 14 zum Gasprobenbehälter 19 geöffnet wird. Spätestens
am Ende der inspiratorischen Phase ist jedoch das Ventil 17 durch den Steuerimpulsgeber
wieder geschlossen, so daß mit Beginn der exspiratorischen Phase das Ventil 18 zur
Weitergabe des Eichvolumens im Eichprobengefäß 19 an den Eingang 7 der Absaugleitung
geöffnet werden kann. Der geschilderte Schaltverlauf für die Ventile 17 und 18 in
Abhängigkeit vom Atemstromverlauf V (t) ist in F i g. 2 durch die Signalverläufe
ST1 und ST2 anschaulich dargestellt Jeder Steuerimpuls öffnet dabei das entsprechende
Schaltventil 17 oder 18, während im Nullinienverlauf die Ventile jeweils geschlossen
sind. Die Dauer eines jeden Schaltimpulses ist mit v angegeben. Im Verlauf V(t>
sind die inspiratorischen Signalanteile mit t und die exspiratorischen Signalanteile
mit V,, bezeichnet. Die Signalverläufe VEE (t) und VEA (t) geben hingegen die Vorgänge
beim Füllen des Eichprobengefäßes 19 sowie beim Entleeren desselben wieder. Der
Entleerimpuls I des Signalverlaufs Vu (t) wird vom jeweiligen Gasanalysator 11 bzw.
12 erkannt und als elektrischer Impuls I zum Starten eines Rechners 23 verwendet.
Im Falle der F i g. 2 zeigt der Signalverlauf j F02 (t) für die 02-Differenzkonzentration,
die mit dem 02-Analysator 12 ermittelt wird, den elektrischen Impuls I um die Transportzeit
tl zum Analysator verzögert (die Zeit t2 entspricht hingegen der Verzögerung der
eigentlichen Atemgasprobe durch physiologische Totraumventilationy Tritt dieser
Impuls lauf, so wird er als Schaltsignal dem Rechner zugeleitet, der daraufhin aus
den Ausgangssignalen für K FCO2 und j F02, die über (nicht dargestellte) Analog-Digital-Wandler
mit Multiplexer auf den Rechner 23 gegeben werden, die erwünschten Lungenfunktionsgrößen
ermittelt. Mit Eintreffen des initialen Konzentrationssprunges I beginnt also die
zahlenmäßige Erfassung und zeitliche Bewertung, beispielsweise des Gaskonzentrationsverlaufes,
mit Überschreiten der Nullinie des V-Signals hingegen die Erfassung und zeitliche
Bewertung des Exspirationsstromes. Werden die Ventile 17 und 18 gleichzeitig geöffnet,
dann ist bei geeigneter Einstellung des Drosselventils 16 eine sofortige Kalibrierung
der Gasanalysatoren gegebenenfalls noch während der Inspirationsphase möglich.
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Im Prinzip lassen sich zur Erzeugung des Eichgasbolus Eichgase mit
beispielsweise beiden Komponenten 02 und CO2 verwenden. Der Einsatz lediglich einer
Komponente ist jedoch vorteilhafter deshalb, weil hinsichtlich der Atemgasprobe
beide Analysatoren ein entsprechendes Ausgangssignal liefern; hinsichtlich des Eichgases
erfolgt jedoch Anzeige nur an einem der beiden Analysatoren, so daß ein Vergleich
der beiden unterschiedlichen Anzeigen eine deutlichere und damit störungssichere
Selektion des Eichgasimpulses bewirkt.