DE3037625C2

DE3037625C2 - Vorrichtung zur Kontrolle von Atemfrequenz und Atemvolumenänderungen

Info

Publication number: DE3037625C2
Application number: DE19803037625
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. 6367 Karben Holz; Hans-Georg Ing.(grad.) 6500 Mainz Kreysch; Klaus Ing.(grad.) 6238 Hofheim Stößer; Heinz-Otto 6070 Langen Vinson
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1980-10-04
Filing date: 1980-10-04
Publication date: 1983-11-10
Also published as: DE3037625A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle von Atemfrequenz und Atemvülumenändeningen von Probanden, insbesondere zur Selbstüberwachung bei körperlicher Anstrengung, mit Elektroden, druch die in den Thorax ein HF-FeId eingekoppelt wird und Mittel zur Erfassung der von der Atemtätigkeit abhängigen HF-Impedanz ais Nutzsignal.

Zur Überprüfung aer Atimfrequenz bzw. des Atemvolumens werden verschiedene Verfahren und Methoden angewandt. Größere ^T _r aktische Bedeutung haben dabei Spirometrie und Ganzkörperplethysmographie

In der Spirometrie werden nur bei Mundatmung mittels eines Sensors die Atemluftgeschwindigkeit oder Druckunterschiede erfaßt. Diese Methode hat den wesentlichen Nachteil, daß die Meßergebnisse in hohem Maße von der Qualität des Untersuchenden wie von der Mitarbeit des Untersuchten abhängig sind. Schließlich sind die Meßergebnisse nicht repräsentativ für die Spontanatmung. Der Proband wird zu einer reinen Mundatmung gezwungen. Die hierfür angelegte Nasenklemme macht Langzeitregistrierungen unmöglich.

Bei der ganzkörperplethysmographischen Messung wird ein Druckströmungsdiagramm registriert, wobei der gemessene Kammerdruck dem Intraalveolardruck entspricht. Diese Methode erlaubt insbesondere bei der Diagnose vielfältige Einblicke, welche ein wesentlich dynamischeres Bild der Atemmechanik und ihrer verschiedenen Störfaktoren ermöglichen. Die Nachteile bestehen jedoch darin, daß eine Langzeitregistrierung de? Atemtätigkeit nicht möglich ist. Ferner steht der Proband durch Verwendung der druckisolierten Kabine unter psychischem Druck, so daß eine Verfälschung der Meßergebnisse nicht immer ausgeschlossen werden kann. Abgesehen davon sind die notwendigen Apparaturen, insbesondere in der Wartung, zu umständlich und in der Anschaffung zu unwirtschaftlich.

Aus der DE-AS 21 29 998 ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Atemtätigkeit von frühgeborenen Kindern bekannt. Durch ein Atemsignal-Überwachungsglied wird ein Alarmsignal erzeugt, wenn die Atempause einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Es werden Mittel vorgesehen, die eine Kontrolle der Fünktionsfähigkeit der Elektroden ermöglichen. Hierfür wird ein Wechselstromfeld an die Elektroden angelegt Dieses Feld wird nicht in den Thorax eingekoppelt. Die Atembewegung dient zur Signalgewinnung und nicht das HF-FeId. Ferner wird in der DE-AS 19 08 472 eine Vorrichtung zur Überwachung von Atemtätigkeit beschrieben. Hierfür werden Elektroden an dem Brustkorb des Patienten in gutem elektrischen Kontakt angeordnet Auch diese Geräte haben den N&Jiteil. daß ίο sie nur für den Einsatz bei schwerkranken Patienten geeignet sind. Da sie die_Bewegungsfreiheit beeinträchtigen, können sie zur Überwachung bei körperlicher Anstrengung nicht herangezogen werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die

ϊϊ Schaffung einer Vorrichtung, mit der eine Kontrolle von

Atemfrequenz und Atemvolumenänderungen ohne Beeinträchtigung der Bewegungsfreiheit des Probanden

möglich ist Insbesondere sollte der Proband bei körperlicher Anstrengung, z. B. bei sportlicher Tätig keit, seine Atemtätigkeit selbst überwachen können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst daß mindestens zwei kapazitive Elektroden vorgesehen sind, die ohne direkten Kontakt mit der Haut in einer anziehbaren oder am Körper des Probanden befestigbaren Halterung angebracht sind. Die Unteransprüche 2 und 3 betreffen vorzugsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäße«' Vorrichtung.

Das HF-Feld wird mittels mindestens zwei kapazitiver Oberflächenelektroden, die lateral an gegenüberliegenden Stellen des Brustkorbs, d. h. etwa unterhalb der Achselhöhlen angebracht sind, z. B. mit einer Erregerfrequenz von 300 kHz, in den Brustraum eingekoppelt. Die zwischen beiden Elektroden, welche keinen , direkten elektrischen Kontakt zur Haut haben, anliegende HF-Impedanz verändert sich volumenproportio nal zum Füllungszustand der Lunge. Diese Impedanzveränderung stellt das Nutzsignal dar, das in an sich bekannter Weise verstärkt und beliebig registriert werden kann.

*o Bei Verwendung von zwei gegenüberliegenden Elektroden werden diese gleichzeitig zum Erregen des HF-Feldes sowie zum Erfassen des Signals herangezogen. Es können aber auch mehr als zwei, z. B. vier, Elektroden verwendet werden. Auch bei mehr als zwei *5 Elektroden sollten diese jeweils paarweise an gegenüberliegenden Stellen des Thorax lateral angebracht werden. Hierbei werden die jeweils gegenüberliegenden Elektrodenpaare zum Erregen oder zum Messen herangezogen. Die Elektroden sind vorzugsweise aus leitendem, graphitgetränktem Vlies angefertigt. Sie sollten bei Langzeitregistrierungen immer an die gleiche Stelle plaziert werden können. Dies wird z. B. erreicht, wenn die Elektroden in einem Kleidungsstück, z. B. Weste oder Jacke, montiert sind.

Die zur Signalgewinnung notwendige Schaltung wird in an sich bekannter Weise realisiert. Sie kann in einer kleinen Einheit untergebracht werden, so daß das Gesamtsystem bequem vom Probanden getragen werden kann, ohne daß er in seiner Bewegungsfreiheit M eingeschränkt wird. Im Gegensatz zu ähnlichen Impedanz-Meßverfahren wird erfindungsgemäß kein elektrisch leitender Kontakt zur Haut benötigt. Ferner kann eine solche Signalstabilität erreicht werden, daß eine Relativaussage über das Atemzug- und Atemminutenvolumen möglich ist. Die bekannten Verfahren können lediglich die Atemfrequenz messen.

Die gewonnenen Signale können in einem Speicher gespeichert und mit einem Mikroprozessor weiterver-

arbeitel werden. Es ist auch möglich, die gewonnenen Signale in einem Monitor zur Anzeige zu bringen. Insbesondere kann es erforderlich sein, daß diese z. B. mittels eines Kopfhörers dem Probanden selbst zugänglich gemacht werden, so daß eine Selbstkontrolle ermöglicht wird.

In der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläuten, die außer zur Überwachung des Atemstillstandes bei Babies oder bei schwerkranken i'atienten, die selbst bei der Messung keine Mitarbeit leisten können, insbesondere zur Bestimmung der Atemleistung bei körperlicher Anstrengung, z. B. bei Home-Trainer, Trockenruderer oder dergleichen herangezogen werden kann. Gemäß Fig. la werden die Elektroden 1 an dem Körper des ^r> Probanden angebracht, während HF-Generator und Auswerteelektronik 2 inklusiv Anzeige sich auf dem Trainingsgerät 3, hier ein Fahrrad, befinden.

Die Vorrichtung läßt sich ferner zur Messung der Atemleistung bei Entspannungsübungen anwenden. ²" Dies wird in Fig. Ib schematisch dargestellt. Der Träger wird dabei auf verschiedene Art, z. B. durch ein Buch, einen Video-Recorder, Tonband oder mündliche Instruktion mit systematischen Entspannungsübungen vertraut gemacht. Dabei verändern sich Ajemfrequenz und Atemzugsvolumen bei erfolgreicher Entspannung in niedrigere Werte. Diese Änderung wird dem Träger akustisch als ein sich in der Tonhöhe ändernder Akkord oder Einzelton mittels eines Kopfhörers 4 angeboten. Dabei wird ermöglicht, daß der Proband gleichzeitig über den Erfolg seiner Übungen informiert wird.

Ferner ist denkbar, daß Atemleistung für therapeutische Zwecke gemessen wird, z. B. im Rahmen eines Sprechenlernens von Gehörgeschädigten und der Stimmtherapie bei Erkrankungen des Kehlkopfbereiches. Dabei werden Veränderungen in der der Sprache zugrunde liegenden Atemdynamik gemessen und als Korrektiv in den Lehr- bzw. Lernprozeß eingegliedert. Gerade im Bereich der Sprecherziehung hat die Vorrichtung den Vorteil, daß keine Sensoren im Gesicht des Trägers angebracht werden müssen. Bei dieser, in Fig. Ic dargestellten Anwendungsart können sowohl Lehrer 5 air. auch Schüler 6 die Vorrichtung tragen, wobei mittels eines Monitors 7 die W?rte auch optisch zur Anzeige gebracht werden können.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Kontrolle von Atemfrequenz und Aiemvolumenänderungen von Probanden, insbesondere zur Selbstüberwachung bei körperlicher Anstrengung, mit Elektroden, durch die in den Thorax ein HF-FeId eingekoppelt wird und Mittel zur Erfassung der von der Atemtätigkeit abhängigen HF-Impedanz als Nutzsignal, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei kapazitive Elektroden vorgesehen sind, die ohne direkten Kontakt mit der Haut in einer anziehbaren oder am Körper des Probanden befestigbaren Halterung angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier kapazitive Elektroden, und zwar zwei zur Einkopplung des HF-Feldes und zwei zur Erfassung der H F-Impedanz vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus graphitgetränktem Vlies bestehen.