DE2710783C2 - Vorrichtung zur Untersuchung der Lungenfunktion - Google Patents

Description

chend schnellen Arbeitszyklus verfügen.

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 Steuerimpulics 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 Ex.spiralionszyklus 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.

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 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung im Prinzipschaltbild,

F i g. 2 ein Diagramm der zeitlichen Verlaufe der wesentlichsten im Prinzipschaltbild der F i g. I auftretenden Signale.

In der F i g. I atmet ein Proband t in einem Atemstromrezeptor 2, der in der üblichen Weise ein Mundstück 3 und einen eingesetzten Strömungswiderstand 4 (ζ. B. l.amellendüse) aufweist. Über dem Strömungswiderstand wird mittels Druckleitungen 5 der Differenzdruck abgenommen, der beispielsweise an einem Diffcren/druckmanometer 6 direkt als Atemstromverlauf ^angezeigt wird. Der Aicmstromrczeptor weist ferner einen Anschluß 7 für eine .Saugleitung 8 auf, über die mittels Pumpen 9 b/w. 10 Gasproben des Atemgases zu einem CO.cAnalysator einerseits und einem ()>-Analysalor andererseits absaugbar sind. Am Anschluß 7 ist ferner über die Zuführleitung H im erfindungsgemaßen Sinne der Eichgasvolumengeber angeschlossen. Der Eichgasvolumengeber bestoht dubei aus einer Oberdriickgasfluschc 14 mit Eichgas (()>, vorzugsweise aber CO₂), das über eine Druckredu/iercinheit 15, ein Drosselventil 16 sowie ein Eingangsschaltventil 17 einem Eichprobengefäß 19 zuführbar ist. Das Eichprobengefäß 19 ist dabei das Zwischenleiumgsstück zwischen dem Eingangsschaltventil 17 und einem Ausgangsschaltventil 18. Das Innenvolumen des Zwischenleitungsstückes entspricht exakt jenem Volumen an Eichgas, das/ii Beginn der expiratorischen 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 STi 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

ίο 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 Eich Volumens 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 (ι) ist in F i g. 2 durch die Signalverläufe STi 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 τ angegeben. Im Verlauf V(t)sind die inspiratorischen Signalanteile mit V,,, und die exspiratorischen Signalanteile mit V_c% bezeichnet. Die .Signalverläufe Vu:(t) und Vt₄ (t) geben hingegen die Vorgänge beim Füllen des Eichprobengefäßes 19 sowie beim Entleeren desselben wieder. Der Entleerimpuls / des .Signalverlaufs V_LA (t) wird vom jeweiligen Gasanalysator 11 bzw. 12 erkannt und als elektrischer Impuls / zum Starten eines Rechners 23 verwendet. Im Falle der F i g. 2 zeigt der Signalverlauf Δ YV)₂ (l) für die ()„>-Differenzkonzentration, die mit dem Oj-Analysator

J5 12 ermittelt wird, den elektrischen Impuls / um die Transportzeit ii zum Analysator verzögert (die Zeit r? entspricht hingegen der Verzögerung der eigentlichen Aicmgasprobe durch physiologische Totraumventilation). Tritt dieser Impuls / auf, so wird er als Schaltsignal dem Rechner zugeleitet, der daraufhin aus den Ausgangssignalen für V, FCOj und Λ FOj, die über (nicht dargestellte) Analog-Digital-Wandler mit Multiplexer auf den Rechner 23 gegeben werden, die erwünschten Lungenfunktionsgrößen ermittelt. Mit Eintreffen des

⁴'5 initialen Konzentrationssprunges / beginnt also die zahlenmäßige Erfassung und zeitliche Bewertung, beispielsweise des Gaskonzentrjtionsverlaufes, 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 Ciasanalysatoren gegebenenfalls noch während der Inspirationsphase möglich.

^r>5 Im Prinzip lassen sich zur Erzeugung des Eichgasbo-Ins Eichgase mit beispielsweise beiden Komponenten O^ und COi verwenden. Der Einsatz lediglich einer Komponente ist jedoch vorteilhafter deshalb, weil hinsichtlich der Atemgasprobe beide Analysatoren ein ^fi|) 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 Eichgasimpiilses bewirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: und mit Beginn der exspiratorischen Phase einen Öffnungsimpuls für das Ausgangsventil (18) erzeugt

1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eichgasvolumengeber (13 bis 18) vorhanden ist, der mit Beginn jeder Exspiration dem Eingang der Saugleitung (8) am Atemstromrezeptor (2) ein bestimmtes vorgebbares kleines Volumen an Eichgas zuführt, das im Gasanaiysator(ll, 12) als solches erkannt und durch Abgabe eines Steuerimpulses (I) registriert wird, der mit seinem Auftreten den Beginn einer Verrechnung gemessener Atemgasgrößen in der elektrischen Verrecheneinheit (23) festlegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eichgasvolumengeber (13 bis 18) einen Vorratsbehälter (14) für ein größeres Volumen Eichgas umfaßt, dem eine Abzapfvorrichtung (17,18, 19) für das kleine Volumen an Eichgas zugeordnet ist, die während der inspiratorischen Phasen das kleine Volumen vom Vorratsbehälter abzapft und erst mit Beginn einer exspiratorischen Phase zum Eingang der Saugleitung (8) weilerleitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzapfvorrichtung zwei Gasventi-Ie (17, 18) mit dazwischengeschaltetem Eichprobengefäß für das kleine Volumen Eichgas umfaßt, wobei das eine Gasventil (17) das Eingangsventil für das Eichgas vom Vorratsbehälter (14) zum Eichprobengefäß (19) und das andere Ventil (18) das Ausgangsventil für die Weiterschaltung des kleinen Volumen Eichgases vom Eichprobengefäß zum Eingang der Saugleitung (8) darstellen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (14) eine Überdruckgasflasche 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 j oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichprobengefäß (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, 18), der in Abhängigkeit von den Nulldurchgängen des Atemstromes (V^während der inspiratorischen Phase jeweils einen Öffnungsimpuls für das Eingang ,ventil (17) zur Übernahme von Eichgas in das Eichprobengeläß (19) erzeugt, wobei gleichzeitig ein Schlicßimpuls des Steuerimptilsgeb'.'rs (22) das Ausgangsventil (18) geschlossen halt.

7. Vorrichtung nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpul.sgeber (22) spätestens bis Ende einer inspiratorischen Phase das Eingangsventil durch Abgabe eines Schließimpulses schließt Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Untersuchung der Lungenfunktion, insbesondeie im Hinblick auf den Gasstoffwechsel, mit einem Atem-Stromrezeptor 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, Herzzeitvolumenbestiminung od. dgl.), müssen die primären Meßgrößen Aiemstrom (V), 02-Differenzkonzentration (A FO₂) bzw. CCVKonzeniration (FCOj) in der Exspirationsluft jeweils zeitsynchron miteinander verrechnet (z. B. multipliziert) werden. Die zeillich exakte Zuordnung der Signale untereinander ist dabei unbedingte Voraussetzung, denn leichte Phasenverschiebungen führen bereits zu beträchtlichen Meßfehlern. Bei der Meßwertaufnahme wird das K-Signal über einen Atemslromrczeptor gemessen und steht unverzögerl als .Spannungssignal zur Verfügung. Die Messung der Ciasanteile (Gaskonzentration) erfolgt in geeigneten Gasanalysatorcn mit kurzer Einslellz.cit. z.B. Massenspektrometer od. dgl., die über eine Schlauch/.uführung von gegebener Länge mit der Absaugstelle am Mund verbunden sind. Die durch die Schlauchzuführung entstehende Transportzeit

■•ο der abgesaugten Gasprobe verursacht eine erhebliche Zeitverzögerung der Spunnungssignale aus den Gasanalysatoren gegenüber dem V-Signal. Ein aus der Zeitschrift F.leciromedica 4/74 bekanntes Verfahren zur schnellen Gasunulysc von O2 und CO2 in der Atemluft

4^r> (von U. Smidt) berücksichtigt die Transporizeii 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 Viskositätsänderungen 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 Übergang von inspirato lischer zu exspiratorischer Phase im nachhinein als gemeinsamer lie/ugspunkt für die Auswertung der Meßkurven herangezogen wird. Letzteres Verfahren ist

^h|> beispielsweise aus der Zeitschrift |oiirnal of Applied Physiology, Vol. 34, Nr. I, |anuary I¹IZi. Seiten 128 bis 132 durch den Aufsatz »On-line computer analysis and breath-by-breaih graphical display of exercise function tests« von William L. Beaver et. al. bekannt. Ein

"' solches Verfahren ist iciloch nur lur Datenverarbeitungsanlagen anwendbar, die über ausreichende Speicherkapazitäten (Umwandlungsrate für Analog-Digital-Wandler 25 Hz. besser 50 Hz) und einen ausrci-