DE2739858A1

DE2739858A1 - Atemgasauswertung zur ermittlung der saettigungskonzentration

Info

Publication number: DE2739858A1
Application number: DE19772739858
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Ing Kirmaier; A Prof Dr Med Reis; Axel Dipl Ing Terveen
Original assignee: Institut fur Biomedizinische Technik
Current assignee: DR HELMUT LEGERLOTZ-STIFTUNG 8000 MUENCHEN DE
Priority date: 1977-09-05
Filing date: 1977-09-05
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2739858C2

Description

ATEMGASAUSWERTUNG ZUR ERMITTLUNG DER SXTTIGUNG
KONZENTRATION Die Erfindung betrifft die Auswertung von im Atem enthaltenen Gaskomponenten im Bereich der Sättigungskonzentration. Aus der Physiologie der Atmung ( GAUER, KRAMER, JUNG - PHYSIOLO-GIE ) ist bekannt, dat bei tiefer Lunqeluft (Alveolarluft eine Gaskonzentration bestimmter Atemgase entsteht, die in einem festen Verhältnis zu der Gaskonzentration jeweils desselben Gases im Blut in einem festen Verhältnis steht. Es handelt sich hierbei um die Sättigungskonzentration. Diese Sättigungskonzentration wird bei einer verlängerten tiefen Exspiration am Ende des Ausatemvorganges erreicht.
Bei einer Reihe von Untersuchungen ist die Ermittlung der Konzentration eines im Blut physikalisch gelösten Gases nötig.
Hierbei ist zum Beispiel die Ermittlung der Kohlendioxydkonzentrationßder Methylmerkaptan- oder der Acetonkonzentration und anderer Gaskomponenten zu nennen. In vielen Fällen scheidet aber die direkte Blutentnahme aus, entweder um den Probanden vor einem Blutverlust oder einem entsprechenden Risiko zu bewahren, oder weil die organisatorischen oder aesetzlichen Voraussetzungen fehlen, da beispielsweise kein Arzt zugegen ist.
In diesen Fällen ist die Atemqaskonzentrationsmessung ein qanqbarer Ausweg, um indirekt die Blutgaskonzentration zu ermitteln.
Bei bekannten Verfahren wurden Messeinrichtungen verwendet, z.B. DT P 22 18 166, die die Aecmrichtung und einen Minimalatemvolumenstrom überwachen, der eine bestimmte Zeit ( beispielsweise 3 Sekunden ) abgegeben werden muß. Der Nachteil ist, daß Probanden,die zu stark oder zu schnell ausatmen, das Zeitkriterium nicht erfijllen, obwohl sie die Sättiqunqskonzentration bereits erreicht hätten: wenn ein Proband jedoch nur wenig mehr als das Minimalatemvolumen abatmet, erfüllt er zwar die Messkrlterien, erreicht aber einen Gaskonzentrationswert, der unter dem Sättigungswert liegt.
Eine Verbesserung stellt die Anordnung nach DT P 24 28 352 dar, die neben der Atemrichtung das tatsächliche Ausatemvolumen als zusätzliches Messkriterium erfaßt. Jedoch ist auch hierbei nicht immer sicherzustellen, daß der Proband die Sättigungskonzentration erreicht, da dann sein Atemvolumen bekannt sein müßte.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mittels dessen auf einfache Art eine genaue Bestimmung von im Atem enthaltenen askomponenten im Bereich der SHttiqunqskonzentra-l tion möglich ist, sowie Fehlmessungen auszuschließen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in vorgegebenen Zeitabständen der Gaskonzentrationszuwachs bestimmt, mit einem vorgegebenen Wert verqlichen, und bei Unterschreitunq des Wertes der Messvorgang beendet wird.
Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, daß bei einem Ausatemvorspann die Gaskonzentration am Ende nur noch einen geringen Wertzuwachs aufweist. Ein Vorteil ist, daß das Lungenvolumen des Probanden nicht mehr bekannt sein muB. Es muß also nicht mehr die Atemrichtung gemessen werden, da beim Einatmen keine Gaskonzentrationszunahme entsteht. Ebenso kann eine Atemvolumen oder Atemzeitmindestvolumen-me..sung entfallen. Diese Messungen stellen zudem sehr schwierige technische Probleme dar, da die Messungen unter anderem nullpunktstabil durchgeführt werden müssen. Bekannte Halbleiter-Sensoren ( wie Kaltleiter, Heißleiter usw. ) sind genauso kritisch, wie mechanische Sensoren, die einer Beeinträchtigung durch Verschmutzung, Korrosion usw. durch den wasserdampfgesättiqten Atem ausgesetzt sind.
Die Erfindung soll nun mit einigen Ausffihrungsbeispielen und anhand von Zeichnungen naher erläutert werden, und zwar zeigt Fig. 1 eine Gaskonzentrationskurve Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform Fig. 4 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform Aus Fig. 1, die die Atemgaskonzentration C in Abhängigkeit vom ausgeatmeten Volumen V darstellt, ist zu erkennen, daß nach Beginn des Ausatmen (A) eine Gaskonzentration bei Ende des tiefen Ausatemvorganges (B) erreicht wird, die nahe der Sättigungskonzentration ist. Es muß sichergestellt werden, daR der Ausatemvorgang nicht zu frilh abgebrochen wird (C), wenn die SSttiaungskonzentration noch nicht erreicht ist.
Bei der Meßanordnung gemäß Fig. 2 wird während des Atemvoraanqes ständig die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungswerten der Konzentrationskurve gebildet. Das verstärkte N#sgangssignal 1 des Gacsensors wird im durch den Taktgeber geschalteten Umschalter 2 w.#tr'rend des Meßvorgangs wechselweise auf die Speicher 3 und 4 eingespeichert. Der Differenzbildner 5 gibt schließlich ein Signal an die Triggerschaltung 6 ab, das dort mit einem festvorgegebenen Signal verglichen wird und bei Unterschreitung ein Schaltsignal S abgibt, das den Meßvorgang beendet.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 wlrn das verstärkte Sensorsignal 1 in einem Analoq-Diqital-Wandler 20 mit Impulsgenerator 21 in eine spannungsproportionale Impulsanzahl umqewandelt. Die Impulse des Impulsgenerators 21 werden durch einen Zähler 30 gezählt, in einem Widerstandsnetzwerk 40 in eine analoge Spannung zurückverwandelt, die in einem Koparator So mit der Sensorspannung 1 verglichen wird. Ist die Ausgangsspannung des Widerstandsnetzwerkes 40 kleiner als die Sensorspannung, wird der Impulsgenerator 21 gestartet. Ist die Spannung größer oder gleich wird der Impulsgenerator 21 gestoppt. Der Zählerinhalt kann nach Dekodierung 31 (digital) auf eine Anzeigeeinheit 32 übertragen werden. Er kann direkt in Gaskonzentrationen geeicht sein. Diese an sich bekannte Technik kann jedoch so erweitert werden, daß eine Erkennung des Konzentrationsgradienten möglich wird, was die gestellte Aufgabe der Endkonzentrationsbestimmung zuläßt: Ein zusätzlicher Impulsgeber 22, der auf eine feste Impulslänge eingestellt ist und mit der positiven Flanke des Komparators So gestartet wird, gibt einen Zähler 60 frei, der dann Impulse des Impulsgebers 21 zählt bis die negative Impulsflanke des Impulsgebers 22 auftritt. Der Zähler 6o ist so ausgelegt, daß er bei einer Gaskonzentrationszunahme überläuft und ein Ausgangssignal an den Diskriminator 7o abgibt. Erst wenn die Endkonzentrat ion erreicht wird, gibt er kein Überlaufsignal mehr ab und signalisiert hiermit, daß die Gassättigungskonzentration erreicht ist.
Der Diskriminator 70 gibt nunmehr die Anzeige der Gaskonzentrationsmessunq frei, die während des Meßvorgangs beispielsweise dunkelqeschaltet war. Die angegebene Schaltung arbeitet auch bei kurzen Einbrüche ler Konzentrationskurve noch, wenn der Impuisgeber 22 über einen Zusatzstarter 23 zwei - oder mehrmalsfqestartet wird ( vergleiche Fig. 1 gestrichelter Kurvenabschnitt ).
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Die Sensorspannung 1 wird auf ein Verzögerungsglied 20a gegeben, das den Kurvenverlauf um eine einstellbare Zeitdauern t verzögert. Dadurch entsteht die in Fig.1 dargestellte strichpunktierte Kurve. Es ist deutlich zu sehen, daß dort wo die Kurve eine geringere Steigung hat, der Abstand zwischen der Oriqinalkurve und der Kurve, wie bei Erreichen der S#ttigungskonzentration,sehr klein wird. Die Abstandsdifferenz wird in einem Diskriminator 300 gemessen, der dann ein Ausqangssignal abgibt, das die Messanzeiae 32 oder eine nachqeschaltete Logikschaltunq 400 startet, die die Messung als abseschlossen signalisiert.
L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRUCRE 1. Verfahren zur Bestimmung von im Atem vorhandener Gaskomponenten im Bereich der S#ttigungskonzentration, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich die Xnderung des Gaskonzentrationszuwachses bestimmt, mit einem vorgegeben Wert verglichen und bei Unterschreitung des Wertes der Meßvorgang beendet wird.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem das Meßsignal liefernden Gassensor, dadurch qekennzeichnet, daß zwei Speicher (3,4) vorgesehen sind, die das über einen von einem Taktqeber (7) gesteuerter Umschalter (2) geführte Signal wechselweise aufnehmen und mit Mitteln (5,6) zur Beendigung des Meßvorganges, wenn ein vorqegebener Schwellwert überschritten ist.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem das Meßsignal liefernden Gassensor, dadurch gekennzeichnet , daß ein ans ich bekannter A/D-Wandler (20) mit einem Impulsgenerator (21), einem Zähler (30), einem Widerstandsmeßwerk (40), einem Komparator (50) sowie einem Dekodierer (31) mit Anzeigeeinrichtung (32) vorgesehen ist und zur Erkennung des Konzentrationsgradienten ein zusätzlicher Impulsgeber (22), ein Zähler (60) mit einem Diskriminator (70) verbunden ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzstarter (23) sowohl an den Komparator (50) als auch an den Impulsgeber (22) angeschlossen ist.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem das Meßsignal liefernden Gassensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Gassensor (1) über ein Verzoerungsqlied (200) an einen Diskriminator (300) angeschlossen ist, der mit der Anzeigeeinheit (32) und einer Logikschaltung (400) verbunden ist.