DE2842596C2

DE2842596C2 - Gerät zum Bestimmen des Atemwegwiderstandes

Info

Publication number: DE2842596C2
Application number: DE19782842596
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Phys. 8520 Erlangen Fluegel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1980-08-21
Also published as: DE2842596B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Bestimmen des Atemwegwiderstandes mit einem Atemrohr, das einen Strömungswiderstand im Atemstromweg und einen Pulsgenerator zur Beaufschlagung des Aiemstroms mit gegenüber der Atemfrequenz höherfrequenten Strömungspulsationen oder das einen Strömungswiderstand, dessen Widerstandswert periodisch mit einer über der Aternfrequenz liegenden Frequenz verändert wird, aufweist, sowie mit einem Druckmesser zur Messung des Druckes im Atemrohr, wobei ein komplexer Strömungswiderstand mit dem Widerstandswert R ■ e> verwendet wird und wobei ein Meßgerät den Atemwegwiderstandswert als Funktion

ίο der Strömungspulsation, des vorgegebenen komplexen Strömungswiderstandes mit dem Widerstandswert R ■ &"■ und des Druckmeßwertes anzeigt. Ein derartiges Gerät ist Gegenstand des Hauptpatentes DE-PS 25 08 319.

Das Gerät nach dem Hauptpatent ermöglicht eine einfache und direkte Messung dos Atemwegwiderstandes. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß der so gemessene Widerstand des Atemwegsystems in eindeutiger, reproduzierbarer Korrelation zu den Meßwerten steht, die mittels bodyplethysmographischer Methode gemessen werden. Es hat sich dabei als zweckdienlich erwiesen, den mittels Oszillationsmethode ermittelten Widerstand Z auch speziell als »ATEMWIDERSTAND Ros« zu bezeichnen.

Der Atemwegwiderstand ändert sich über eine Atemphase in Abhängigkeit von der Amplitude des Atemstromes. Beim Gerät nach dem Hauptpatent ist es möglich, den Alemwegwiderstand alternativ atemsynchron mit den Änderungen der Aiemstromamplitude oder auch als Mittelwert über eine Atemperiode aufzuzeichnen. Der Aufzeichnung des Atemwcgwidcrstandes bei kontinuierlicher Messung sind allerdings Schwankungen des Meßwertes übe-lagert, die beispielsweise durch Schluckariefakte hervorgerufen werden können. Solche Schluckartcfaktc können insbesondere bei elektronischer Mittelwertbildung des Anzeigewertes den erhaltenen Mittelwert empfindlich stören.

Von der Auswertung ganzkörperplethysmographischer Messungen her war es schon vorbekanni, den Atemwegwiderstand aus der Aufzeichnung des Kammerdruckströmungsverlaufs lediglich in bestimmten Grenzen der Atemstromainplitude, beispielsweise zwischen V = +0,5 l/s (inspiratorisch) und V= -0,5 l/s (exspiratorisch) zu bestimmen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Gerät nach dem Hauptpateni derart weiterzubilden, daß der Atemwegwiderstand ebenfalls an definierten Punkten der Slrömungsampliiude crmiiiell werden kann.

Die Aufgabe ist erfindungsgcmä'ß dadurch gelöst, dal!

vor dem Meßgerät zur Anzeige des Atemwegwiderstandes eine Sample & I lold-Schallung vorhanden ist. die von einem Atemstromsignalgeber im Atemstromweg bei Durchlauf von definierten Triggerpunkten der Atemkurvc angesteuert wird.

Mit einer solchen Modifizierung des Gerätes nach dem Hauptpateni können also die Meßwerte ties Atcmwegwidcrslandes bei definierten Atemstromamplittidcn angezeigt werden. Dabei liefert der Aienistromsignalgebcr im Atemstromweg an den Triggerpunkten Sample-Impulse für die Sample & Hold-Schallung. Vorzugsweise werden die Triggerpunkli· durch einstellbare Schwellwertglieder vorgegeben. Beispielsweise ist je ein Schwellwerlglied für die Inspiration und [■Aspiration vorhanden.

M In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist der lemstiomsignalgeber ein Spirozeptor oder l-'loisch-

scher Pneumotachograph, deren Sirömuii) ".widerstand vernachlä'ssigbai klein /um komplexen Siroinungs-

widerstand mit Widerstandswert R ■ eJ* gewählt werden kann.Die eigentliche Messung wird dadurch nicht beeinflußt. In anderer Ausgestaltung der Erfindung kann der Atemstromsignalgeber auch eine Blende oder ein thermosensitiver Strömungsfühler sein. Insbesondere letzterer Strömungsfühler kann unmittelbar am Mundstück des pneumatischen Geräteteils angeordnet werden. Bei Verwendung eines thermosensitiven Strömungsmeßfühlers mit strömungsrichtungsunabhüngiger Empfindlichkeit wird lediglich ein Schwellwertglied für inspirations- und Exspirationsbewertung benötigt. Dabei sind dann die Atemstronisignalgeber mittels Schwellwertglieder derart justiert, daß auf dem Meßgerät zur Anzeige des Atemwegwiderstandes die Meßwerte für eine definierte Atemstromamplitude, beispielsweise V = ±0,5 l/s, angezeigt werden.

Insgesamt werden durch vorliegende Erfindung beim Gerät nach dem Hauptpatent definierte Meßergebnisse bezüglich des bisher freien Parameters der Atemströmung erhalten. Insbesondere Schluckartefakte u.dgl. machen sich nicht mehr in unerwünschter Weise störend bemerkbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachTolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.'Es zeigt

Fig. 1 Meßwerte der mit dem Gerät nach dem Hauptpatent über zwei Atemperioden atemsynchron ermittelten Meßwerte des Atemwegwiderstandes, wobei zusätzlich die zugehörigen Kurven des Atemstromes und Atemvoluinens aufgezeichnet sind und

Fig. 2 ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Im ersten Diagramm der F i g. 1 ist als dicke Linie der Alemwcgwiderstand ZaIs Funktion der Zeil ι über zwei J5 Atemperioden aufgezeichnet. Zusätzlich sind darunter in entsprechenden Diagrammen der Atemslrom V und das Atemvolumen V, welches mittels Integrator mis dem Atomstrom crmittclbar ist, aufgezeichnet. Die senkrecht gestrichelten Linien kennzeichnen jeweils eine gesamte Alemphase aus Inspiration und Kxspiration (Atemperiode). Charakteristische Werte des Atemwegwiderstanties ergeben sich jeweils bei definierten Alcmstromamplitudcn, d. h. bei Nulldurchgang und Extremwerten der Atemslromkurve. Es sind dieses:

I dci cndinspiratorischc Atcmwcgwidersiand bei V=O,

11 der exspiralorisclic Alcmwegwiderstancl bei Ströinungsmuximum,

III der endcxspiratorisehe A lern wegwiderstand bei ^=O und

IV der inspira'orische Alemwegwidersland bei maximalem inspiratorisehem S'rönuingswert.

Weiterhin sind in den Kurvenverlauf noch die Punkte 7j, T₂ und Ti, die durch Abszisscnparallelen für V= ±0,5 l/s gewonnen werden, eingezeichnet. Dabei entsprechen

Tj dem inspiraiorischen Awmwegwiderstand bei ^b0 schwachem V\n der Niil.c uci Atemmittellage, der vergleichbar ist mit der Auswertung für Z (0,5 l/s) bei der Ganzkörperplethysmographie,

T) dem inspiraiorischen Atemwegwiderstand in fast cndinspiratorischer Lage,

Ti dem exspiratorischen Aiemwegwiderstand entsprechend I].

Das Gerat nach F i g. 2 besieht aus einem pneumatischen Signalerzeugungsteil A und einem Signalverarbeitungsteil B. Dabei entsprechen der pneumatische Teil im wesentlichen und der Verarbeitungsteil teilweise denen der DE-PS 25 08 391. Identische Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im Hauptpatent gekennzeichnet, auf das in diesem Zusammenhang verwiesen wird:

In der F i g. 2 stellt 1 ein Patientenmundstück dar, das an ein Atemrohr 2 angeschlossen ist. An dem dem Patientenmundstück 2 abgewandten Ende 3 des Atemrohres 2 ist ein Schlauch 4 mit definiertem Referenzwiderstandswert R ■ e> angeordnet. Da der Schlauch einen überwiegend induktiven Widerstand darstellt, kann für a. in guter Näherung gesetzt werden ix = π/2. Am Atemrohr 2 sind Ansatzstutzen 5 und 6 angeordnet. Mittels Stutzen 5 ist eine Wechseldruckpumpe 8 mit definierter Strömung /, am Stutzen 6 ein Druckmeßgerät 10 für den Wechseldruck P ■ eJv angeschlossen. Der Wechseldruckmesser 10 wird durch nachgeschaltete Filter auf die Frequenz der Wechseldruckpumpe 8 abgestimmt.

Als Wechseldruckmesser 10 wird vorzugsweise ein Mikrofon verwendet, das gleichermaßen als Druckmeßgerät und -wandler dient und ein elektrisches Signal Si liefert. Dem Mikrofon 10 sind Mittel zur Signalaulbereitung des elektrischen Signals S\ nachgeschaitet. Einem ersten Verstärker 11 folgen zwei hintereinander geschaltete Bandpässe 12 und 13, die auf die Pulsationsfrequenz der Wechselströmungspumpe 8 abgestimmt sind. Somit ist gewährleistet, daß nur die interessierende Druckkomponente mit der Frequenz der Wechselströmungspumpe 8 erfaßt wird. Einem weiteren steuerbaren Verstärker 14 folgt ein Gleichrichter !5. Das gleichgerichtete Mcßsignal wird auf einen Tiefpaß 16 gegeben, der speziell derart abgestimmt ist, daß die atemsynchronen Änderungen des Atemwegwiderstandes als Funktion der Atemstromamplitudc erfaßt werden. So weit ist das Gera; aus der DE-PS 25 08 319 bekannt. Entsprechend vorliegender zusätzlicher Erfindung ist beim speziellen Ausführungsbcispiel am offenen Ende des Schlnuchcs 4 ein Atemstronisignalgeber 17 angeordnet. Beispielsweise wird dafür ein sogenannter Spirozcptor oder Flcischschcr Pneumotachograph verwendet. Der Widerstandswert eines solchen Strömungswiderstandes kanu insgesamt vernachlässigbar klein gegenüber dem komplexen Widerstandswert R ■ e'^A des Schlauches 4 gewählt werden, so daß die Atemwegwiderstandsmessung nicht beeinflußt wird. In anderer Ausführung der Erfindung wird statt dessen eine Blende mit strömungsabhär.giger oder konstanter Durchtrittsöffnung oder auch ein thermosensitiver Strönningsmcßfühler verwendet.

Das vom Spiro/.eptor als Signalgeber 17 abgenommene Differenzdrucksignal gelangt nach Wandlung mittels Druckwandler mit Verstärker (nicht eingezeichnet) als elektrisches Signal S₂ über ein Filier 18 auf eine elektronische Einrichtung zur Erzeugung von Trigger-Signalen. Diese besteht speziell aus zwei parallelgeschaltetcn Sehwellwcrtgliedern 19 und 20. an denen eine obere Schwelle (Inspiration) und eine untere Schwelle (Espiration) der Atemstromamplitude eingestellt werden können. Die Höhe der .Schwellen lassen sich jeweils dureii den Schwellwertgliedern 19 und 20 zugeordnete Potentiometer 21 und 22 einjustieren. Dabei kann auch speziell ein Nullsignal für den Atemstrom (Wechsel Inspiration/Exspiration) am Potentiometer 21 oder 22 eingestelli werden.

Den Schwellwertgliedern 19 und 20 sind Monoflops 23 und 24 als Pulsstufen zur Erzeugung von Normimpulsen nachgeschaltet. Über einen vom Anwender betätigbaren Schalter 25 werden die Pulse auf eine gemeinsame Signalleitung zur Erzeugung eines Sample-Impulses geget n. Über eine weitere Pulsstufe 26 wird eine Sample & Hold-Schaltung angesteuert. Diese besteht im einzelnen aus der Steuerlogikeinheit 27 in der Sample-Leitung 52 sowie einem Analogtor 28 und einem Halteglied 29 in der Signalleitung Si, wobei Analogtor 28 und Halteglied 29 jeweils von der Steuerlogikeinheit 27 ansteuerbar sind. Bei Erreichen des an den Schwellwertgliedern 19 oder 20 eingestellten Triggerpunktes in der Atemkurve (je nach Stellung des Schalters 25) wird also ein Steuerimpuls für die Sample & Hold-Schaltung 27 bis 29 gegeben und der am Analogtor 28 anstehende Signalwert für den Atemwegwiderstand festgehalten und auf das Halteglied 29 übertragen. Auf den Anzeigeeinheiten 30 und 31 wird dieser Meßwert dann analog bzw. digital angezeigt.
An den justierbaren Schwcllwertgliedern 19 und 20 können beliebige Triggerpunktc eingestellt werden. )e nach Untersuchungsproblem wird die inspiraiorische oder exspiratorische Phase zur Anzeige gewählt werden. Speziell bei Verwendung eines einfachen thermosensitiven Strömungsfühlers als Atemslromsignalgeber. bei dem eine im wesentlichen strömungsrichtungsunabhängige Empfindlichkeit vorliegt, wird auch lediglich nur ein Schwellwertglied benötigt, so daß die Schaltung weiter vereinfacht wird. Zur Anzeige kommen dann abwechselnd inspiratorischer und exspiratorischer Atemwegwiderstand bei definierten Atemstromamplituden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Bestimmen des Atemwegwiderstandes mit einem Atemrohr, das einen Strömungswiderstand im Atemstromweg und einen Pulsgenerator zur Beaufschlagung des Atemstroms mit gegenüber der Atemfrequenz höherfrequenten Strömungspulsationen oder das einen Strömungswiderstand, dessen Widerstandswert periodisch mit einer über der Atemfrequenz liegenden Frequenz verändert wild, aufweist, sowie mit einem Druckmesser zur Messung des Druckes im Atemrohr, wobei ein komplexer Strömungswiderstand mit dem Widerstandswert R · e> verwendet wird und wobei ein Meßgerät den Atemwegwiderstandswert als Funktion der Strömungspulsation, des vorgegebenen komplexen Strömungswiderstandes mit dem Widerstandswert R ■ e> und des Druckmeßwertes anzeigt, nach Hauptpatent DE-PS 25 08 319, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Meßgerät (30, 31) zur Anzeige des Atemwegwiderstandes eine Sample & Hold-Schaltung (29) vorhanden ist, die von einem Atemstromsignalgeber (17) im Atenstromweg bei Durchlauf durch definierte Triggerpunkte der Atemkurve (V(O- Vjf/J^angesteucrt wird.

2 Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die definierten Triggerpunkte durch einstellbare Schwellwertglieder (19 bis 22) vorgegeben sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Schwellwertglied (19, 20) für die Inspirations- und Exspirationsbewertung vorhanden ist.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Atemstromsignalgeber (17) ein Spirozeptor oder Fleischücher Pneumotachograph ist, deren Strömungswidersland im Vergleich /um komplexen Strömungswiderstand mit dein Widerstandswert R ■ e> vernachlässigbar klein ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Atemstromsignalgcbcr (17) eine Blende mit strömungsabhängiger oder konstanter Durch-Irittsöffnung ist.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Atemstromsignalgeber (17) ein thcrmosensitiver Strömungsfühler ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines thermoscnsitiven Strömungsfühler mil strömungsrichtungsunabhängiger Empfindlichkeit lediglich ein Schwellwerlglicd (19 oder 20) zur Inspirations- und Exspirationsbewertung vorhanden ist.

8. Gerät nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Atemstromsignalgeber (17) mittels Schwellwertglieder (19, 20) derartig justierbar ist, daß auf dem Meßgerät (30, 31) unmittelbar Atemwegwiderstände für definierte Atemstromamplituden, beispielsweise V = 0,5 l/s. yngozeigt werden.