DE4302380A1 - Einrichtung zur Erzeugung von feuchtigkeitsgesättigter Atemluft mit Körpertemperatur und Atmosphärendruck - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von im wesentlichen feuchtigkeitsgesättigter Atemluft mit Körpertemperatur und Atmosphärendruck ("BTPS-Zustand") mit einem in sich geschlossenen Strömungsweg, der eine thermostatisch geregelte Heizvorrichtung zum Erwärmen der Luft, ein Gebläse zum Umwälzen der Luft, eine Vorrichtung zum Befeuchten der Luft und einen Mundanschluß für einen Probanden enthält, nach Patent[anmeldung P] 41 30 542[.6].

Bei der Einatmung von atmosphärischer Umgebungsluft wird diese in der Lunge erwärmt und angefeuchtet, wobei sie sich ausdehnt. Bei gewissen medizinischen Messungen, wie der Bodyplethysmographie und Spirometrie erzeugt diese Aus­ dehnung der Luft ein Störsignal. Bei der Einrichtung gemäß dem Hauptpatent, die sich durch einen kleinen Totraum aus­ zeichnet, wird die Entstehung des Störsignals dadurch weit­ gehend verhindert, daß man dem Probanden feuchtigkeits­ gesättigte Luft mit Körpertemperatur und Atmosphärendruck, die als Luft im BTPS-Zustand (= Body Temperatur, Body Pressure, Saturated, d. h. 37°C, 100% relative Feuchte, Umgebungsdruck) in einem geschlossenen Kreislauf für die Atmung zur Verfügung stellt.

Ein Druckausgleich zwischen der den geschlossenen Kreislauf enthaltenden BTPS-Einheit und der Umgebung, wie dem Innen­ raum einer Ganzkörperplethysmographenkabine ist bei der Einrichtung gemäß dem Hauptpatent jedoch nicht vorgesehen.

Es ist jedoch z. B. aus der US-A-3 511 237 bekannt, zum Druckausgleich zwischen einer BTPS-Einheit und dem Innenraum einer Plethysmographenkabine einen dünnwandigen Beutel oder Doppelbeutel aus Kunststoffolie vorzusehen. Die Eigen­ stabilität dieser Beutel verursacht jedoch kleine Druck­ differenzen. Da die Meßsignale bei Messungen der hier interessierenden Art gewöhnlich sehr klein sind, können diese Druckdifferenzen zu Fehlern bis zu 50% in den aus den Meßsignalen gewonnenen Lungenfunktionsparametern führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erzeugung von Atemluft im BTPS-Zustand anzugeben, welche einen Druckausgleich zwischen der BTPS-Einheit und der Umgebung ohne störende Druckdifferenz und ohne thermische Artefakte ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vor­ teilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Einrichtung gewährleistet durch den zur Umgebung, z. B. zum Innenraum einer Plethysmographenkabine hin offenen Kanal einen druckfreien Ausgleich. Der Kanal, auch ein Schlauch, ist so bemessen, daß die Grenze zwischen warmer BTPS-Luft und kalter Umgebungsluft durch die Atmung des Probanden innerhalb des Kanals hin- und hergeschoben wird, ohne daß ein nennenswerter Austausch zwischen BTPS-Luft und Umgebungsluft stattfindet. Atemsynchrone Aufwärm- und Abkühlartefakte treten daher praktisch nicht auf.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Einrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung enthält einen in sich geschlossenen, ringförmigen Strömungskanal, der durch einen länglichen Kasten 10, einen ersten flexiblen Schlauch 12, eine Mundventileinheit 14 und einen zweiten flexiblen Schlauch 16 gebildet wird. Die Schläuche 12 und 16 sind Faltenschläuche und mit Stutzen, die an den Enden einer oberen Wand des Kastens 10 angeordnet sind, sowie mit Stutzen an entgegengesetzten Enden der Mundventileinheit 14 lösbar verbunden. Der Strömungskanal enthält eine leistungs­ starke Heizvorrichtung 18, z. B. Widerstandsheizwendeln, ein Axialgebläse 20, sowie eine Luftbefeuchtungsvorrichtung 22, die im Kasten 10 in der aus der Zeichnung zu ersehenden Reihenfolge bezüglich der durch Pfeile 21 dargestellten Strömungsrichtung der vom Axialgebläse 20 geförderten Luft angeordnet sind.

Der Kasten 10 kann thermisch isoliert sein, d. h. aus einem Wärme schlecht leitenden Material bestehen oder mit einer Wärmeisolation (nicht dargestellt) versehen sein.

Die Heizvorrichtung 18 ist mit einem nicht dargestellten elektronischen Regler verbunden, der in an sich bekannter Weise ausgebildet sein kann. Ein zugehöriger Wärmefühler (nicht dargestellt) ist vorzugsweise beim Lufteinlaß der Mundventileinheit 14 angeordnet.

Die Mundventileinheit 14 hat einen Anschluß 14a für ein Mundstück oder eine Atemmaske. Der Anschluß 14a enthält einen Strömungswiderstand 14b, zum Beispiel ein Drahtnetz, und kann mit einem schnell arbeitenden Verschluß 14c zur Durchführung von Verschlußdruck-Messungen oder ITGV-Messungen versehen sein. Weiterhin kann ein Ventil (nicht dargestellt) vorgesehen sein, durch das der Anschluß 14a zwischen BTPS-Atmung und Umgebungsluft-Atmung umschaltbar ist.

Beidseits des Strömungswiderstandes sind Anschlüsse für ein nicht dargestelltes, übliches Differenzdruckmanometer vor­ gesehen wie im Hauptpatent beschrieben ist.

Der stromabwärtige Anschlußstutzen 14d der Ventileinheit ist als Doppelanschluß ausgeführt, so daß außer dem Schlauch 16 noch ein zweiter Schlauch 26 angeschlossen werden kann, der einen zur Umgebung hin offenen Kanal bildet. Dieser Kanal ist hinsichtlich seines Durchmessers vorzugsweise so bemessen, daß eine laminare Strömung stattfindet und er ist so lang, daß die Grenze zwischen der warmen BTPS-Luft und der kalten Umgebungsluft durch die Atmung des Probanden innerhalb des Kanals hin- und hergeschoben wird.

Während längerer Messungen kann es zu einer Anreicherung von CO₂ im BTPS-System kommen. Dies führt zu einer Veränderung des Atemmusters des Patienten. Diese Anreicherung kann durch einen CO₂-Absorber 28 verhindert werden. Dieser Absorber, der z. B. CaOH-Granulat enthält, kann auf die Ventilator- Heizungseinheit 20-18 aufgesteckt werden, so daß die Luft zwangsweise durch den Absorber gepreßt wird. Die Anordnung hinter der Heizung 18 der BTPS-Einheit sorgt für eine Trocknung des CO₂-Absorbers 28.

Bei kleinen Säuglingen kann der optimierte Totraum der Ventileinheit noch immer zu groß sein. Man kann dann den Flußaufnehmer (Strömungswiderstand 14b) nicht an der Ventil­ einheit sondern in Reihe mit dem Ausgleichsschlauch 26 anordnen, wie bei 30 dargestellt ist. Der Strömungswider­ stand 30 ist bei der dargestellten Ausführungsform an dem zur Umgebung hin offenen Ende des Schlauches 26 angebracht. Er kann auch am entgegengesetzten Ende des Schlauches 26 direkt am Doppelanschluß 14d angebracht werden.

Wird die BTPS-Einheit druckdicht ausgeführt, so ist dadurch indirekt eine Messung der Atemströmung möglich. Bei der indirekten Flußmessung atmet der Patient in die druckdichte BTPS-Einheit. Der Druckausgleich erfolgt über den Verbindungskanal, hier kann die Luftströmung gemessen werden, ohne daß der Totraum des Flußsensors vom Patienten direkt ventiliert werden muß. Durch den Widerstand des Flußsensors und die Kompressibilität der Luft in der BTPS-Einheit ergibt sich ein C-R-Glied. Die resultierenden, einfachen Verfälschungen der Volumenmessung können leicht mit entsprechenden Algorithmen korrigiert werden.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Erzeugung von im wesentlichen feuchtig­ keitsgesättigter Atemluft mit Körpertemperatur und Atmos­ phärendruck ("BTPS-Zustand") mit einem in sich geschlossenen Strömungsweg (10-12, 14-16), der eine thermostatisch geregelte Heizvorrichtung (18) zum Erwärmen der Luft, ein Gebläse (20) zum Umwälzen der Luft, eine Vorrichtung (22) zum Befeuchten der Luft und einen Mundanschluß (14) für einen Probanden enthält, nach Patent[anmeldung P] 41 30 542[.6], gekennzeichnet durch einen Kanal (26), dessen eines Ende mit dem Strömungsweg verbunden ist, dessen anderes Ende in der Umgebung mündet und der so bemessen ist, daß die Grenze zwischen der erwärmten Luft aus dem Strömungsweg und der Umgebungsluft beim Atmen des Probanden innerhalb dieses Kanals hin- und hergeschoben wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (26) mit einem Strömungsmeßgerät (30) versehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kanal in Umwälzrichtung der Luft hinter dem Mundanschluß (145) an den Strömungsweg angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kanal (26) einen biegsamen Schlauch enthält.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg einen CO₂-Absorber (28) enthält.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der CO₂-Absorber in Strömungsrichtung hinter der Heiz­ vorrichtung angeordnet ist.