DE3000254A1

DE3000254A1 - Atemueberwachungsgeraet

Info

Publication number: DE3000254A1
Application number: DE19803000254
Authority: DE
Inventors: Peter H Dipl Ing Rehak; Franz M Dr Med Wageneder
Original assignee: FUNK ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: FUNK ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 1979-01-09
Filing date: 1980-01-05
Publication date: 1980-07-17
Also published as: GB2046969A

Description

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FUNK ELEKTRONIK ELEKTRONISCHE GERÄTEHANDELS GESELLSCHAFT M.B.H. Wienerstr. 287, Graz/ Österreich

"Atemüberwachungsgerät"

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ateraüberwachungsgerät mit einem dem Atemstrom aussetzbaren, durch einen Thermistor gebildeten Fühler und einer Auswerteschaltung, welche bei Ausbleiben einer Änderung des Widerstandswertes des Fühlers innerhalb einer bestimmten Zeit ein Alarmsignal abgibt und die einen vom Thermistor gesteuerten Schwellwertschslter und ein diesem nachgeschaltetes während seiner Ablauf zeit wieder triggerbares Zeitglied aufweist.

Ein derartiges Überwachungsgerät ist z.B. d;.rcn die DE-OS 2 107 099 bekannt geworden. Bei diesem bekannten Gerät ist es notwendig die als Fühler di eilenden Thermistoren in eine Kammer einzubauen, durch welche der Atemstroni geleitet wird. Weiters ist es notwendig, den Fühler als eine Serienschaltung von zwei Thermistoren auszubilden, an deren Kittelabgriff das dem Schwellwertschalter zugeführte Potential abgenommen wird um durch Schwankungen der Umgebungstemperatur bedingte Widerstandsänderungen zu kompensieren. Dazu ist es weiters notwendig für eine gleichmäßige Anströmung der Thermistoren zu sorgen, weshalb diese in eine Kammer eingebaut werden müssen. Dadurch ist aber der Einsatz einer Sonde erforderlich, der eine umständliche Handhabung des Atemüberwachungsgerätes bedingt.

Ziel der Erfindung ist es ein Atemüberwachungsgerät der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, welches sich durch eine sehr einfache Anwendung auszeichnet, bei der auf den Einsatz einer Sonde verzichtet werden kann und bei dem Fehlal^rme unterbleiben.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Thermistor über ein Filter welches lediglich innerhalb eines bestimmten Zeitraumes einlangende Signal durchläßt mit dem Schwellwertschalter verbunden ist, dessen Ausgang gegebenenfalls mit einer Ansteuerschaltung einer akustischen, vorzugsweise in seiner Lautstärke mittels eines Potentiometers regelbaren und bzw. oder einer optischen Atemanzeige verbunden ist. Debei kann ein extrem kleiner Thermistor verwendet werden, der seine Widerstandswerte bei Temperaturänderungen

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sehr rasch ändert und den Atemstrom in keiner Weise beeinflußt oder erschwert. Dieser Thermistor kann dem freien Atemstro.ni susgesetzt werden, da durch die Zwischenschaltung des Filters zwischen dem Fühler und der Schwellwertschaltung langsame Änderungen des vom Fühler abgegriffenen Signales, wie sie z.B. von Schwankungen der Umgebungstemperatur verursacht werden, unterdrückt werden.

Der Thermistor spricht auf die Temperaturunterschiede zwischen der Einatmungsluft und der wärmeren Ausatmungsluft an und ändert daher im Rhythmus der Atmung des zu überwachenden Patienten seine elektrischen Vierte.

Die Verwendung eines Thermistors als Fühler bietet überdies die Möglichkeit, die durch die Respiration oder Expiration hervorgerufenen Änderungen der elektrischen Werte des Fühlers auf sehr einfache Weise relativ hoch verstärken zu können, wobei grundsätzlich die Wahl zwischen Gleich- oder Wechselstromverstärkern dem Konstrukteur offen steht.

So kenn z. 3. die Verstärkung ohne besonderen Aufwand und unter Verwendung von handelsüblichen, relativ billigen Bauteilen so weit getrieben werden, daß Temperaturunterschiede von ca. 0,5 K eindeutig feststellbar sind. Derartige Temperaturunterschiede werden aber auch bei einer schwachen Atmung eines Säuglings sicher erreicht bzw. überschritten, sodaß einen nicht vorhandenen Atmungsstillstand anzeigende Fehlalarme sicher vermieden werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Filter durch einen dem Schwellwertschalter vorgeschalteten Differenzverstärker, dessen mit dem Fühler verbundener Eingang mit dem Ausgang eines Integrators verbunden ist, dessen Eingang seinerseits mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist, gebildet ist, wobei zweckmäßigerweise der Differenzverstärker und die Schwellwertschaltung, welche vorzugsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet ist, mit der selben Referenzspannungsquelle, die vorzugsweise einen als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker umfaßt, verbunden sind. Dadurch ergibt

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sich ein geschlossener Regelkreis, und es treten an dem Ausgang des Differenzverstärker, der vorteilhafterweise als Operationsverstärker ausgebildet ist, nur Spannungsänderungen auf, welche Impedanzänderungen des Meßfühlers entsprechen, die in einer Zeitspanne erfolgen, die kurzer als die Zeitkonstante des Integrators ist, die zweckmäßigerweise ungefähr 10 sek beträgt. Auf diese Weise wird erreicht, daß ■praktisch nur aufgrund der Atmung erfolgende Änderungen der elektrischen Werte des Fühlers ausgewertet werden, wogegen langsamere Temperaturänderungen, wie z.B. Änderungen der Temperatur der Umgebung, unberücksichtigt bleiben. Überdies wird dadurch mittels des Integrators eine liachregelung der an dem Meßfühler anliegenden Spannung auf die Größe der Referenzspannung erreicht.

Außerdem ergibt sich durch die Maßnahmen der Vorteil, daß die Triggerschwelle bzw. Referenz fest ist und auch die Offsetspannung des Differenzverstärkers au&geregelt wird und daher keinerlei Abgleich erforderlich ist.

Bei Verwendung von Operationsverstärkern ist auch der Einsetz von Meßfühlern mit Eennwiderständen von ca. 2k Ohm bis 100 k Ohm möglich.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Schwellwertschalter in einem seiner beiden Schaltzustände einen Oszillator für die Aussteuerung eines Schallgebers, vorzugsweise einer Piezokeramikscheibe, aktiviert, und gegebenenfalls eine optische Anzeige, z.B. Leuchtdioden, ansteuert, wobei der Schallgeber mittels eines Potentiometers in seiner Lautstärke regelbar ist. Dadurch wird durch die Atmung des zu überwachenden Patienten aufgrund der dadurch bedingten ständigen Änderungen der elektrischen Werte des Thermistors ein akustisches und gegebenenfalls ein optisches Signal aktiviert und deaktiviert.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Monoflop Schalter ansteuert, welche das die Lautstärke des Schallgebers steuernde Potentiometer überbrückt und die volle Spannung zu dem Schallgeber durchschalten. Dadurch

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wird auf einfache Weise ein entsprechend großer Unterschied zwischen den eine Respiration oder Expiration anzeigenden akustischen Signalen und einem den Atmungsstillstand anzeigenden Alarm erreicht, ohne deshalb getrennte Schallgeber vorsehen zu müssen.

Sei einer bevorzug.ten Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Monoflop mit einem Mederfrequenzosziilator verbunden ist, der seinerseits zum Eingang des den Schallgeber ansteuernden Oszillators durchsehaltbar ist und den Iviederfrequenzoszillator in seinem abgelaufenen Zustand gleichzeitig mit der Ansteuerung der die Potentiometer überbrückenden Schalter im Sinne eines Durchschalters aktiviert, wobei der Niederfrequenzoszillator zweckmäßigerweise für eine Frequenz von ca. 3 bis 10 Hz ausgelegt ist, wodurch eine besonders eindringliche Signalabgabe im Alarmfalle mit sehr einfachen Mitteln erreichbar ist.

Die Erfindung" wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei rpicjen:

Fig. la und 1b die Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Atemüberwachungsgerätes.

Fig. 1a zeigt den Analogteil des Atemüberwachungsgerätes.

Die Referenzspannung für den Analogteil wird durch den aus den Widerständen R5 und R6 und dem Kondensator C2 gebildeten Spannungsteiler bestimmt, der an der Batteriespannung liegt. Diese Refernzspannung wird durch den als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker A3 gepuffert und kann z.B. bei einer Batteriespannung von 9 V zweckmäßigerweise 3 V betragen.

Der Meßfühler, der als Thermistor ausgebildet ist und in den Atemstrom des zu überwachenden Patienten hineinragt, z.B. in dem er an einem Guedel-Mundtubus fixiert, unter einer Sauerstoff-Maske angeordnet oder in einen Universalkonnektor, wie sie für verschiedene Beatmungssysteme ver-

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wendet werden, eingebaut ist, wird mit den Klemmen PR2 und VRA verbunden. Damit ist der Fühler mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A1 verbunden, der als nicht invertierender Differenzverstärker geschaltet ist. Der an den Operationsverstärker A1 angeschlossene Kondensator 01 dient zur Unterdrückung allfällig auftretender höherfrequenter Störsignale.

Der Ausgang des Operationsverstärkers A1 ist mit einem als Integrator geschalteten Operationsverstärker A2 über einen Widerstand R3 verbunden. Bedingt durch den Kondensator C? weist der Integrator eine Zeitkonstante von z.B. 10 Sekunden auf. Das Ausgangssignal des Integrators dient der Spannungsversorgung des von den Klemmen PR2 und PR4 angeschlossenen, nicht dargestellten Fühlers, wobei ein Voiderstand R4 zwischengeschaltet ist»

Es ergibt sich somit ein geschlossener Regelkreis, wobei der Integrator A2 mit seiner Zeitkonstante von z.B. 10 Sekunden die Spannung am Meßfühler auf die Grüße der Referenzspannung ausregelt. Impedansänderungen des Meßfühlers aufgrund von Temperaturänderungen treten daher nur dann als Spannungsänderungen am Ausgang des Operationsverstärkers A1 auf, wenn diese innerhalb einer Zeit erfolgen, die kurzer als die Zeitkonstante des Integrators A2 ist. Dadurch wird erreicht, daß die Triggerschwelle bzw. Refernzsppnnung fest ist und die Offsetspannung des Operationsverstärkers A1 ausgeregelt wird und d^her keinerlei Abgleich erforderlich ist-

Der Ausgang des Differenzverstärkers Α^Λ ist über einen Widerstand R7 mit einem Schmitt-Trigger A4 verbunden, dessen Ausgangssignal der Klemme A₉ über welche die Verbindung mit dem aus Fig. 1b ersichtlichen Digitalteil erfolgt, und einem Analogschalter S4 zugeführt wird« Das Ausgangssignal des Analogteiles wird H bei Expiration und L bei Respiration.

Der Ausgang des Schmitt-Triggers A4 ist über die Klemme A mit zwei dem Digitalteil angehörenden Differenziergliedern, die durch den Kondensator C7, den Widerstand R10

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und die Diode D3 bzw. den Kondensator C8, den Widerstand R1t und die liode D4 gebildet sind, verbunden, wobei einem dieser parallel geschalteten Differenzierglieder ein Inverter 14 vorgeschaltet ist (Fig.1b).

Die Ausgänge der beiden Differenzierglieder sind über ein NAND-Gatter N3 tnit dem Triggereingang eines wiedertriggerbaren Monoflops OS1, welcher eine Pulsbreite von c^r'. 6 Sekunden aufweist, verbunden. Auf diese Weise wird der Monoflop sowohl von der positiven als auch von der negativen Planke des Digitalen, vorn Atemsignal bzw. der durch den Temperaturunterschied der Zinatmungs- und der Ausatmungsluft bedingten Impedanzänderung des Pühlers abgeleiteten Signals getriggert. Der Monoflop OS1 bleibt daher solange in seinem aktiven Zustand, solange innerhalb seiner Pulsbreite mindestens eine Temperaturänderung am Fühler bzw. eine Re- oder Expiration stattfindet. Im aktiven Sustand des Monoflops liegt an der Klenme F ein High-level und an der Klenme G ein Low-level Signal und der durch des 1,"AKD-Gatter 114, Inverter 15 und 16 sowie die Widerstände L.16, K15 und den Kondensator C1O gebildete Ivieaerfrequenzoszillstor ist inaktiv und liefert am Ausgang des Inverters 16 ein High-level Signal.

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers A4 bzw. das Ausgangssignal des durch diesen gesteuerten Analogschalters Ξ4 gelangt über die Klemme B zu dem MAHD-Gatter N1, dessen zweiter Eingang mit dem Inverter 16 des Niederfrequenz-Oszillators verbunden ist. Der Ausgang des NAIiD-Ga tt er ε N1 ist mit dem durch das NAND-Gatter 112, den Invertern 11 und 13, den Kondensator C9 und den Widerständen R12 und R13 gebildeten Oszillator verbunden, der seinerseits eine als Schallgeber dienende nicht dargestellte Piezokeramikscheibe mit der Resonanzfrequenz von z.B. 2,8 kHz ansteuert, solange das über die Klemme B zugeführte Steuersignal ein Low-level Signal ist.

Der Anschluß des Schallgebers erfolgt somit nicht gegen Masse, sondern zwischen den Ausgängen der Inverter 11 und 13»

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wodurch sich eine doppelte Amplitude ergibt. In Serie mit dem Schallgeber liegt ein als Vorwiderstand geschaltetes nicht dargestelltes Potentiometer, mit dem die Lautstärke regelbar ist.

Weiters ist zur Ansteuerung von als optische Anzeige dienenden Leuchtdioden ein Inverter 12 vorgesehen, der ebenfalls mit dem Ausgang des KAIiD-Gatters W verbunden ist. !Die Leuchtdioden leuchten daher auf, wenn auch der Schallgeber angesteuert wird^.

Vird der Monoflop OST während seiner gesamten Pulsbreite von z.B. 6 sek. nicht getriggert, so ändert sich sein Schaltzustand und die Klemme P führt dann ein Low-level Signal und die Klemme G- ein High-level Signal. Dadurch ändert sich über die Klemme P auch die Ansteuerung des Analogschalters S4 und der Digitalteil wird vom Analogteil getrennt. Gleichzeitig wird mittels des Analogschalters S? der Eingang 1 des NAKE-Gatters N1 auf High-level Potential gelegt.

Weiters wird der Niederfrequenzoszillator ϊί4, 15, 16, C10, R15, R16, der beispielsweise mit 3 Hz schwingt, aktiviert und von diesem über das EAIH)-Gatter N1 der den Schallgeber ansteuernde Oszillator N2, 11, 13, C9, R12, R13 gesteuert. Außerdem werden vom Monoflop OS1 über die Klemme G die Analogschalter S1 und S2 derart angesteuert, daß sie das dem Schallgeber vorgeschaltete Potentiometer überbrücken, sodaß dieser seine volle Lautstärke abgibt.

Tritt an der Klemme A wieder eine Änderung des Signalpegels ein so wird der Monoflop OS1 wieder getriggert und der anfangs beschriebene Zustand ist wieder hergestellt.

Die Stromversorgung erfolgt über eine an den Klemmen + und - angeschlossene Batterie, z.B. eine 9 V Batterie, oder über einen Steckernetzteil. Fur die Netzversorgung über die Klemmen NG 1 und NG 2 ist eine 12 V Stabilisierung IC3 vorgesehen, wobei bei dieser Versorgung die Leuchtdioden über die Diode D2 und die übrigen Bauteile über die Diode D1 versorgt werden.

Bei Satteriebetrieb sind dagegen die sn den Klemmen + LED und -LED angeschlossenen Leuchtdioden nur dann versorgt, wenn der Schalter S in die Stellung LED 0Ii gelegt ist.

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Kr/11/Pr

■ΛΑ-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1i' Atemuberwachungsgerät mit einem dem Atemstfom aussetzbaren, durch einen Thermistor gebildeten Fühler und einer Auswerteschaltung, Vielehe bei Ausbleiben einer Änderung des 'ilderstandsv/ertes des Fühlers innernai'o ^Jiaer ^v.estimmten ?eit ein Alarmsignal abgibt und die einen vom Thermistor gesteuerten Schwellwertschalter und ein diesem nachgeschaltetes während seiner Ablaufzeit wieder triggerbares ieitglied aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor über ein Filter welches lediglich innerhalb eines bestimmten Zeitra..,--=.-: einlangende Signal durchläßt mit dem Schwellwertschalter (A 4) verbunden ist, dessen Ausgang gegebenenfalls mit einer Ansteuerschaltung (1*1, N2, 11, C9, R13, R12) einer akustischen, vorzugsweise in seiner Lautstärke mitteis eines Potentiometers regelbaren und bzw. oder einer optischen Atemanzeige verbunden ist.
2. Atemüberwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter durch einen dem Schwellwertschalter (A 4) vorgeschalteten Differenzverstärker (A 1), dessen mit dem Thermistor verbundener Eingang mit dem Ausgang eines Integrators (A 2) verbunden ist, dessen Eingang seinerseits mit dem Ausgang des Difierenzverstärkers (A 1) verbunden ist, gebildet ist.

?. Atenr"iberwachungsger^:it na^h Anscruch 1 und 2, dadurch .~°- kennzeichnet, dai3 der Differenzverstärker (A 1) und die Schwellwertschaltung (A 4), welche vorzugswnise als Schmitt-Trigger ausgebildet ist, mit derselben Referenzspannungsquelle, die vorzugsweise einen als Impedanzwandler geschalteten Operationsverstärker (A 3) umfaßt, verbunden sind.

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