DE2739858C2

DE2739858C2 - Einrichtung zur Bestimmung von in Atemluft befindlichen Gaskomponenten

Info

Publication number: DE2739858C2
Application number: DE19772739858
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr.-Ing. 8011 Aschheim Kirmaier; August Prof. Dr. med. 8000 München Reis; Axel Dipl.-Ing. Terveen
Original assignee: DR HELMUT LEGERLOTZ-STIFTUNG 8000 MUENCHEN DE; Dr Helmut Legerlotz Stiftung 8000 Muenchen
Current assignee: DR HELMUT LEGERLOTZ-STIFTUNG 8000 MUENCHEN DE
Priority date: 1977-09-05
Filing date: 1977-09-05
Publication date: 1983-06-09
Also published as: DE2739858A1

Description

Die Erfindung betrifft die Auswertung von im Atem enthaltenen Gaskomponenten im Bereich der Sättigungskonzentration. Aus der Physiologie der Atmung (GAUER, KRAMER, JUNG - PHYSIOLOGIE) ist bekannt, daß bei tiefer Lungenluft (Alveolarluft) eine Gaskonzentration bestimmter Atemgase entsteht, die in ss 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 ω 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 Kohlendioxydkonzentration.der 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 gesetzlichen Voraussetzungen fehlen, da beispielsweise kein Arzt zugegen ist

In diesen Fällen ist die Atemgaskonzentrationsmessung ein gangbarer Ausweg, um indirekt die Blutgaskonzentration zu ermitteln.

Bei bekannten Verfahren wurden Meßeinrichtungen verwendet, z. B, DE-AS 22 18 166, die die Atemrichtung 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 erfüllen, obwohl sie die Sättigungskonzentration bereits erreicht hätten; wenn ein Proband jedoch nur wenig mehr als das Minimalatemvolumen abatmet, erfüllt er zwar die Meßkriterien, erreicht aber einen Gaskonzentrationswert, der unter dem Sättigungswert Hegt

Eine Verbesserung stellt die Anordnung nach DE-AS 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.

Bei der Einrichtung nach der DE-OS 26 10 578 wird vorgeschlagen zur Bestimmung des Alkoholgehaltes in der Atemluft den Wert der Alkoholkonzentration nur dann zu verwerten, wenn die auf die Höhe des Alkohol-Signales bezogene zeitliche Änderung unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt und die Strömungsgeschwindigkeit der Ausatemluft über einem vorgegebenen Wert liegt und dabei für eine vorgegebene Zeit ununterbrochen eingehalten wird. Diese Einrichtung ist aufwendig, da drei Meßkriterien erfaßt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung zur Bestimmung von in Atemluft befindlichen Gaskomponenten anzugeben, mit der auf einfache Art eine genaue Bestimmung dieser Gaskomponenten im Bereich der Sättigungskonzentration möglich ist, sowie Fehlmessungen auszuschließen sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.

Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, daß bei einem Ausatemvorgang die Gaskonzentration am Ende nur noch einen geringen Wertzuwachs aufweist Ein Vorteil ist, daß das Lungenvolumen des Probanden nicht mehr bekannt sein muß. Es muß also nicht mehr die Atemrichtung gemessen werden, da beim Einatmen keine Gaskonzentrationszunahme entsteht. Ebenso kann eine Atemvolumen· oder Atemzeitmindestvolumenmessung 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 wasserdampfgesättigten Atem ausgesetzt sind.

Die Erfindung soll nun mit einigen Ausführungsbeispielen und anhand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt

F i g. t eine Gaskonzentrationskurve,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer anderen Ausfüh-

rungsfcrm,

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) ame Gaskonzentration bei Ende des tiefen Ausatemvorganges ^erreicht wird, die nahe der Sättigungskonzentration ist Es muß sichergestellt werden, daß der Ausatemvorgang nicht zu früh abgebrochen wird (C), wenn die Sättigungskonzentration noch nicht erreicht ist.

Bei der Meßanordnung gemäß F i g. 2 wird während des Atemvorganges ständig die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungswerten der Kon- ι s zentrationskurve gebildet. Das verstärkte Ausgangssignal des Gassensors 1 wird im durch den Taktgeber 7 geschalteten Umschalter 2 während des Meßvorgangs wechselweise auf die Speicher 3 und 4 eingespeichert Der Differenzbildner S gibt schließlich ein Signal an die Triggerschaltung 6 ab, das dort mit einem fest vorgegebenen Signal verglichen wird und bei Unterschreitung ein Schalisignal S abgibt, das den Meßvorganp beendet

Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 wird das verstärkte Sensorsignal 1 in einem Analog-Digital-Wandler 20 mit Impulsgenerator 21 in eine spannungsproportionale Impulsanzahl umgewandelt Die Impulse des Impulsgenerators 21 werden durch einen Zähler 30 gezählt, in einem Widerstandsnetzwerk 40 in eine analoge Spannung zurückverwandelt die in einem Komparator 50 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, da ß eine Erkennung des Konzentrationsgradtenten 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 Komparator 50 gestartet wird, gibt einen Zähler 60 frei, der dann Impulse des Impulsgebers 21 zählt bis die negative Impulsflanke des Impulsgebers 22 auftritt Der Zähler 60 ist so ausgelegt, daß er bei einer Gaskonzentrationszunahme überläuft und ein Ausgangssignal an den Diskriminator 70 abgibt Erst wenn die Endkonzentration erreicht wird, gibt er kein Oberlaufsignal mehr ab und signalisiert hiermit, daß die Gassättigungskonzentration erreicht ist

Der Diskriminator 70 gibt nunmehr die Anzeige der Gaskonzentrationsmessung frei, di-s während des Meßvorgangs beispielsweise dunkelgeschaltet war. Die angegebene Schaltung arbeitet auch bei kurzen Einbrüchen der Konzentrationskurvp noch, wenn der Impulsgeber 22 über einen Zusatzsrwrter 23 zwei — oder mehrmals gestartet wird (vergleiche F i g. 1 gestrichelter Kurvenabschnitt).

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig.4 dargestellt Die Sensorspannung 1 wird auf ein Verzögerungsglied 2tö gegeben, das den Kurvenverlauf um eine einstellbare Zeitdauer At verzögert Dadurch entsteht die in Fig. 1 dargestellte strichpunktierte Kurve. Es ist deutlich zu sehen, daß dort wo die Km^-Ve eine geringere Steigung hat der Abstand zwischen der Originalkurve und der^li-Kurve, wie bei Erreichen der Sättigungskonzentration, sehr klein wird. Die Abstandsdifferenz wird in einem Diskriminator 300 gemessen, der dann ein Ausgangssignal abgibt das die Meßanzeige 32 oder eine nachgeschaltete Logikschaltung 400 startet, die die Messung als abgeschlossen signalisiert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Einrich; ng zur Bestimmung von in Atemluft befindlichen Gaskomponenten, im Bereich der Sättigungskonzentration mittels einem das Meßsi- s gnal liefernden Gassensor und Schwellwertkomparatoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Gassensor (1) mit einem durch einen Taktgeber (7) geschalteten Umschalter (2) verbunden ist, der wechselweise das Ausgangssignal des Gassensors (1) auf einen ersten Speicher (3) oder einen zweiten Speicher (4) schaltet und gekennzeichnet durch einen nachfolgenden Differenzbildner (5), der die Differenz der beiden gespeicherten Signale bildet und dessen Signalausgang an einer Triggerschaltung is (6) angeschlossen ist, die bei Unterschreitung eines vorgegebenen Wertes ein Schaltsignal S abgibt, das den Meßvorgang beendet.

2. Einrichtung zur Bestimmung von in Atemluft befindlichen Gaskomponenten, im Bereich der Sättigungskonzentration mittels einem das Meßsignal lieferndin Gassensor und Schwellwertkomparatoren, dadurch gekennzeichnet, daß zur digitalen Anzeige der Gaskonzentration der Gassensor (1) mit einem A-D-Wandler (20) verbunden ist, der mit einem Impulsgenerator (21) das Ausgangssigna! des Gassensors in eine spannungsproportionale Impulsfolge umwandelt, daß ferner ein nachfolgender Zähler (30), ein Widerstandsmeßwerk (40), ein Komparator (50) sowie ein an den Zähler (30) angeschlossenem Dekodierer (31) mit einer Anzeigeeinrichtung (32) und zur Erkennung des Konzentrationsgradienten ein zusätzlicher, an den Komparator (50) angeschlossener Impulsgeber (22) vorhanden ist, der über einea Zähler (60) mit einem Diskriminator (70) verbunden isv

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzstarter (23) sowohl an den Komparator (50) als auch an den Impulsgeber (22) angeschlossen ist

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gassensor (1) über ein Verzögerungsglied (200) an einen Diskriminator (300) angeschlossen ist, der mit der Anzeigeeinheit (32) und einer Logikschaltung (400) verbunden ist