DE2852491A1

DE2852491A1 - Vorrichtung zum messen des atmungswiderstands eines patienten

Info

Publication number: DE2852491A1
Application number: DE19782852491
Authority: DE
Inventors: Klaas Hendrik Van Der Plas; Pieter Henk Dr Med Vooren
Original assignee: VITALOGRAPH IRELAND Ltd
Current assignee: VITALOGRAPH IRELAND Ltd
Priority date: 1977-12-09
Filing date: 1978-12-05
Publication date: 1979-06-13
Also published as: BE872613A; US4259967A; IT1101369B; IT7830569A0; GB1599672A; AU4203778A; AU525874B2

Description

Vorrichtung zum Messen des Atmungswiderstands eines Patienten

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Bestimmung von Atmungsparametern.

Für einige Diagnosezwecke ist es nützlich, den Atmungswiderstand eines Patienten zu messen. Denn dieser Parameter hängt vom Zustand der Alveolen- und größeren Luftwege ab.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen des Atmungswiderstands eines Patienten anzugeben.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe gelöst durch einen Kanal zur Aufnahme des vom Patienten beim Ausatmen erzeugten Luftstroms, ein bei Betätigung derart betreibbares Ventil, daß es den Strom im wesentlichen anhält, eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen des Ventils, einen Druckumformer, der in Abhängigkeit vom Druck in dem Kanal ein den Druck in dem Kanal darstellendes Signal erzeugt, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Stromsignals, das ein Maß des Luftstroms darstellt, und eine Recheneinrichtung, die in Abhängigkeit vom Drucksignal und vom Stromsignal ein Ausgangssignal erzeugt, das den Strömungswiderstand darstellt.

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Vorzugsweise ist dafür gesorgt» daß die Betätigungseinrichtung auf das Stromsignal anspricht. Diese Ausbildung ergibt einen selbsttätigen Betrieb der Vorrichtung, so daßdas Ventil nicht von einer Bedienungsperson betätigt zu werden braucht, wenn das Maß bzw» die Geschwindigkeit des vom Patienten erzeugten Luftstroms als ausreichend beurtält wird.

Wenn der Luftstrom angehalten oder weitgehend angehalten bzw. unterbrochen wird, bildet sich ein weitgehend gleichförmiger Druck im Atmungssystem aus. Wenn der Luftstrom wieder freigegeben wird, hängt der sich dem Strom bzw. der Strömung bietende Widerstand allein vom Atmungswiderstand des Patienten ab. Bei andauernder Strömung geht dieser Zustand verloren, sobald sich Druckdifferenzen im Atmungssystem ausbilden. Obwohl das brauchbarste Ergebnis der Messung des Atmungswiderstands unmittelbar bei der erneuten Freigabe zu erwarten wäre, hat sich herausgestellt, daß man ein klinisch aussagefähigeres Ergebnis bei einer verzögerten Messung erhält, die eifLndungsgemäß dadurch erreicht wird, daß die Recheneinrichtung eine vorbestimmte Zeit nach Betätigung des Ventils auf den Wert des Drucksignals anspricht. In der Praxis liegt die Verzögerungszeit vorzugsweise im Bereich von 0,25 bis 0,52 Sekunden und der günstigste Wert bei etwa 0,4 Sekunden.

Das Stromsignal und das Drucksignal, die der Computer zur Ermittlung des Strömungswiderstands benötigt, können durch verschiedene Einrichtungen gebildet werden. Mechanische Einrichtungen, z. B. solche, die über einen Läufer vom Luftstrom angetrieben werden, sollten jedoch wegen der hohen Geschwindigkeit, mit der das Stromsignal erforderlich ist, und wegen der Schwierigkeit der Verarbeitung eines mechanischen Ausgangssignals möglichst vermieden werden. Dagegen kann ein im Luftstrom angeordneter und von diesem gekühlter Thermistor zur Bildung eines elektrischen Ausgangssignals verwendet werden, da er die erforderliche Robustheit und kleine thermische Kapazität aufweist. Günstig ist es, wenn die Einrichtung zum Erzeugen des Stromsignals auf das Drucksignal des Umformers

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(oder eines zweiten im Inneren des Kanals angeordneten Umformers) und auf den Umgebungsdruck anspricht. Zu diesem Zweck kann ein getrennter Umgebungsdruckumformer vorgesehen sein, doch sind vorzugsweise ein oder zwei Differenzdruck-Umformer so angeordnet, daß der Druck in dem Kanal und der Umgebungsdruck erfaßt werden. Diese Anordnung ergibt einen einfachen und robusten Aufbau.

Obwohl bei der Benutzung des Drucks in dem Kanal dem aus dem Kanal austretenden Luftstrom ein Widerstand entgegengesetzt werden muß, während das Ventil nicht betätigt wird, um das Stromsignal zu erzeugen, hat sich herausgestellt, daß die Verwertbarkeit der Meßergebnisse dadurch kaum beeinträchtigt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist der Kanal für den Luftstrom in einem Kopf ausgebildet, der bequem in Bezug auf den Patienten positionierbar ist, und zwar unabhängig von der Lage oder Haltung des Patienten, und der Kopf weist auch das den Luftstrom anhaltende Ventil, ein elektrisches Relais oder eine andere Betätigungseinrichtung für das Ventil sowie den oder die Umformer, vorzugsweise mit einem Vorverstärker, auf. Die übrigen Einrichtungen sind getrennt angeordnet und mit dem Kopf über ein Kabel verbunden.

Die Recheneinrichtung hat vorzugsweise einen digitalen Ausgang, der vorzugsweise mit einer digitalen Anzeige verbunden ist. Ihre Schaltung ist so ausgebildet, daß sie Befehlssignale für das Ventil erzeugt, wenn das Maß oder die Strömungsgeschwindigkeit des vom Patienten erzeugten Luftstroms ausreichend ist. Zu diesem Zweck kann die Stromsignal-Erzeugungseinrichtung ständig oder weitgehend ständig zwischen den Strömungswiderstandmessungen betrieben werden.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Teil der Vorrichtung, der einen Kanal, ein Ventilbetätigungsrelais und einen Druckumformer aufweist, und

Fig. 2 das Relais, den Umformer und den übrigen Teil der Vorrichtung in Form eines Blockschaltbildes.

Der in Fig. 1 dargestellte Teil der Vorrichtung ist ein Kopf, der mit dem übrigen Teil der Vorrichtung über ein mehradriges Kabel 1 verbunden ist, das die Signalübertragungsleitungen und 3 (Fig. 2) enthält und die Verbindung mit einer nicht dargestellten Stromversorgungsquelle herstellt.

Der in Fig. 1 dargestellte Kopf enthält einen Kanal 4 für den Durchtritt eines Luftstroms von einem Einlaßende 5, an dem ein teilweise dargestelltes Mundstück 26 angeschlossen ist, zu einer Auslaßöffnung 5', die durch ein Klappenventil 6 schließbar ist, das an einem Betätigungsarm 7 angebracht ist, der einen Teil eines Ventilbetätigungsrelais 8 bildet.

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Eine seitliche Öffnung/des Kanals 4 ist über ein Rohr 10 mit einem Druckumformer 11 verbunden. Dieser Umformer hat eine Membran 12, die auf der einen Seite dem im Rohr 10 herrschenden Druck über einen Kanal 111 und auf der anderen Seite dem Umgebungsdruck über einen Kanal 112 und eine Öffnung 13 ausgesetzt ist. Umformerelemente 14 und 15, die auf jeder Seite der Membran angeordnet und kompakt mit einer Vorverstärkereinrichtung 1β, wie dargestellt ₉ und gegebenenfalls mit einem Verstärker 17 verbunden sind, liefern ein Druckdifferenzsignal.

Das Ausgangssignal der Vorverstärkereinrichtung 16 ist eine Funktion der Differenz zwischen dem Druck im Kanal 4 und dem Umgebungsdruck«, Wenn das Klappenventil 6 geöffnet ist, ist der von der über die Öffnung 5' ausgeatmeten Luft zu überwindende Strömungswiderstand hinreichend hoch, um einen so hohen Druck im Kanal 4 auszubilden, daß die Vorverstärkereinrichtung 16 ein brauchbares Ausgangssignal erzeugen kann,

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das ein Maß oder die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms bzw. den LuftStromdurchfluß darstellt. Gleichzeitig ist dieser Widerstand jedoch so niedrig, daß er keinen unzulässigen Einfluß auf die Strömungsgeschwindigkeit bzw. das Maß des Luftstroms selbst ausübt.

Eine Erregung des Relais 8 über einen in der Steuereinheit angeordneten Verstärker schließt das Klappenventil 6 bis auf den halben Durchfluß durch den Kanal 4. Der Grund hierfür wird nachstehend noch näher erläutert.

Die Rechen- und Steuereinrichtung, die aus im Handel erhältlichen Bauteilen, einschließlich "logischen" Schalt- und Anzeigekreisen, aufgebaut ist, ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Ein verstärktes Ausgangssignal P des Druckumformers 11 wird in Abhängigkeit von der Stellung eines Einatmungs- oder Ausatmungs-Schalters 19, der mit Hilfe eines Einatmungs/Ausatmungs-Betriebswählers 19a einstellbar ist, entweder als umgekehrtes Signal P oder als nicht umgekehrtes Signal P weitergeleitet. Eine Rückstelltaste 20 dient zur Rückstellung des Ausgangssignals des Druckumformers 11 auf Null vor Beginn einer Untersuchung. Das Signal P oder P wird einem Druck-Differentiator 21 zügeführt, der das differenzierte Signal P erzeugt. Das Signal P wird dann in einem Vergleicher 22 daraufhin überprüft, ob es innerhalb einer Toleranz liegt. Wenn das Signal unzulässig ist, wird ein elektronischer Schalter 23 am Eingang eines analogen Schieberegisters 24 geöffnet, so daß eine Speicherung des Eingangssignals verhindert wird. In diesem Falle zeigt eine digitale Anzeige 25 den Wert Null an.

Das Drucksignal P wird ebenfalls einem Umformer 39 zugeführt. Dieser Umformer formt den Druck in ein Volumen-Stromsignal V um, das von einer einstellbaren Durchfluß-Sperreinheit 27 überwacht wird. Wenn der Istwert des Stroms V gleich dem eingestellten Sperrwert ist, wird das Klappenventil 6 durch ein Schließsignal eines Schließsignal-Generators23, das dem Relais

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zugeführt wird, geschlossen. Der Druck im Umformer 11 steigt dann solange an, bis er gleich dem eingestellten Öff nungs- oder Freigabedruck ist, der von einer Öffnungsdruck-Einstelleinheit 29 bestimmt wird. Bei Erreichen des Öffnungsdrucks wird das Ventil 6 durch ein von einem Öffnungssignalgenerator 40 erzeugtes Öffnungssignal geöffnet.

Die Signale P und V werden einem Rechner 30 zugeführt, der das Verhältnis P/V berechnet und über einen Analog/Digital-Ümsetzer 31 der digitalen Anzeige 25 zuführt. Das dieses Verhältnis darstellende Signal wird wieder in eine analoge Form umgesetzt, um es im Schieberregister 24 zu speichern, das bis zu vier akzeptierte Verhältniswerte aufnehmen kann. Wenn vier akzeptierbare Werte von P/V gespeichert sind, werden zwei horizontale Balken, die von einer Anzeigeschaltung 26 signalisiert werden, auf der Anzeige 25 beleuchtet. Durch Betätigung einer Anzeige-Mittelwert-Taste 33, die Umschalter 34 und 36 betätigt, kann der Mittelwert dieser vier akzeptablen Werte, der von der Schaltung 35 errechnet wurde, vom Umsetzer 31 in digitale Form umgesetzt und auf der Anzeige 25 angezeigt werden.

Die Ausgangssignale der Einheiten 19, 39, 28 und 40 werden einer Aufzeichnungsvorrichtung 37 zugeführt, um gewünsentenfalls eine permanente Aufzeichnung der erzeugten Daten zu bewirken. Eine Betifebsbefehls-Steuereinheit 38 ermöglicht der Bedienungsperson, das Ansprechen des Ventils 6 auf die Öffnungs- und Schließsignale gewünschtenfalls freizugeben oder zu unterbrechen,

Abwandlungen vom dargestellten Ausführungsbeispiel liegen im Rahmen der Erfindung. So kann der Aufbau in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit und den Kosten der Bauteile geändert werden.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Messen des Atmungswiderstands eines Patienten, gekennzeichnet durch einen Kanal (4) zur Aufnahme des vom Patienten beim Ausatmen erzeugten Luftstroms, ein bei
Betätigung derart betreibbares Ventil (6, 7), daß es den Strom im wesentlichen anhält, eine Betätigungseinrichtung (8) zum Betätigen des Ventils (6, 7), einen Druckumformer (11),der in Abhängigkeit vom Druck in dem Kanal (4) ein den Druck in dem Kanal (4) darstellendes Signal erzeugt, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Stromsignals, das ein Maß des Luftstroms darstellt, und eine Recheneinrichtung, die in Abhängigkeit vom Drucksignal und vom Stromsignal ein Ausgangssignal erzeugt, das den Strömungswiderstand darstellt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung auf das Stromsignal anspricht.
3_# Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung eine vorbestimmte Zeit nach Betätigung des Ventils auf den Wert des Drucksignals anspricht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Stromsignals auf das Drucksignal und den Umgebungsdruck anspricht.

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