DE4305215C2

DE4305215C2 - Plethysmograph with device to compensate for ambient air fluctuations

Info

Publication number: DE4305215C2
Application number: DE19934305215
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Smith; Ruediger Dipl Ing Eichler
Original assignee: Erich Jaeger GmbH
Current assignee: VIASYS HEALTHCARE GMBH, 97204 HOECHBERG, DE
Priority date: 1993-02-19
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2013-02-20
Also published as: DE4305215A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Plethys mographen mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen, die aus der US-A-3,511,237 bekannt sind.The invention is based on a Plethys mographs with the in the preamble of claim 1 specified features, known from US-A-3,511,237 are.

Bei ganzkörperplethysmographischen Untersuchungen der Lungenfunktion werden kleine Volumenänderungen des Körpers eines Probanden in einer luftdicht verschließbaren Kammer oder Kabine mittels eines empfindlichen Drucksensors gemessen. Typische Druckänderungen betragen 1/20000 des Umgebungsdrucks. Der Drucksensor mißt die Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Kammer und der Umgebung oder einem Referenzvolumen. Umgebungsdruckänderungen, z. B. durch Wind böen oder das Schließen von Türen stören die Messung sehr stark, da sie eine Deformation der Wand der Plethysmo graphenkammer und damit unerwünschte Innendruckschwankungen verursachen.Whole-body plethysmographic examinations of the Lung function are small volume changes in the body of a subject in an airtight lockable chamber or cabin using a sensitive pressure sensor measured. Typical pressure changes are 1/20000 of Ambient pressure. The pressure sensor measures the pressure difference between the interior of the chamber and the environment or one Reference volume. Changes in ambient pressure, e.g. B. by wind gusts or the closing of doors disturb the measurement very much strong as it deforms the wall of the Plethysmo graph chamber and thus undesirable fluctuations in internal pressure cause.

Aus der obengenannten US-A-3,511,237 ist es bekannt, zur Kompensation von externen Druckschwankungen eine Puffer kammer vorzusehen, mit der der zweite Eingang des Differenz drucksensors verbunden ist. Die Pufferkammer soll so aus gebildet sein, daß ihr Innendruck und der Innendruck der Plethysmographenkabine in gleicher Weise von äußeren Druck schwankungen abhängen, so daß sich am Differenzdrucksensor eine Gleichtaktunterdrückung der externen Druckschwankungen ergibt, mit anderen Worten gesagt, müssen die beiden Kammern eine möglichst gleiche Übertragungsfunktion für externe Druckschwankungen aufweisen. Dies ist jedoch in der Praxis nur schwierig zu erreichen, außerdem sind die erforder lichen Pufferkammern im allgemeinen großvolumig.From the above-mentioned US-A-3,511,237 it is known to Compensation of external pressure fluctuations a buffer provide the chamber with the second input of the difference pressure sensor is connected. The buffer chamber should look like this be formed that their internal pressure and the internal pressure of the Plethysmograph cabin in the same way from external pressure fluctuations depend on the differential pressure sensor a common mode suppression of external pressure fluctuations in other words, the two chambers the same possible transfer function for external Have pressure fluctuations. However, this is in practice difficult to reach, moreover, they are required Lichen buffer chambers generally large.

Der Erfindung liegt, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, eine Kompensation externer Druckschwankungen zu erreichen, ohne daß hierfür eine großvolumige, genau abgestimmte Pufferkammer erforder lich ist.The invention is based on this state the technology, the task, a compensation to achieve external pressure fluctuations without this requires a large, precisely coordinated buffer chamber is.

Diese Aufgabe wird mit einem Plethysmographen gemäß dem Anspruch 1 gelöst.This task is done with a plethysmograph according to the Claim 1 solved.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des Plethysmographen sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further developments and advantageous refinements of the Plethysmographs are the subject of Subclaims.

Bei dem beanspruchten Plethysmographen werden die Druckschwankungen der Umgebungsluft durch einen zweiten Differenzdrucksensor gemessen. Die Übertragungsfunktion der Kabine gegenüber diesen externen Druckschwankungen wird bestimmt und es wird eine funktionelle Beziehung zwischen den Änderungen des Innendruckes der Plethysmographenkammer und den sie verursachenden externen Druckschwankungen hergestellt. Das durch den zweiten Drucksensor gemessene Umgebungsdrucksignal wird relativ zum Plethysmographen kammerdrucksignal entsprechend dieser Übertragungsfunktion modifiziert und vom Plethysmographenkammerdrucksignal subtrahiert. Auf diese Weise läßt sich eine optimale Gleich taktunterdrückung, also eine Ausschaltung des Einflusses äußerer Druckschwankungen auf das Plethysmographenkammer drucksignal erreichen.In the claimed plethysmograph, the Pressure fluctuations in the ambient air due to a second Differential pressure sensor measured. The transfer function of the Cabin against these external pressure fluctuations determined and there is a functional relationship between the changes in the internal pressure of the plethysmograph chamber and the external pressure fluctuations that cause them manufactured. The one measured by the second pressure sensor Ambient pressure signal becomes relative to the plethysmograph Chamber pressure signal according to this transfer function modified and from the plethysmograph chamber pressure signal subtracted. In this way, an optimal equal Clock suppression, i.e. an elimination of the influence external pressure fluctuations on the plethysmograph chamber reach pressure signal.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungs beispiels der Erfindung darstellt.In the following the invention with reference to the Drawing explained in more detail, the only figure one schematic representation of a preferred embodiment represents the invention.

Der in der Zeichnung dargestellte Plethysmograph enthält eine luftdicht verschließbare Plethysmographenkammer 10 in Form einer Kabine üblicher Bauart. Der Innenraum der Plethysmographenkabine 10 ist mit einem ersten Anschluß eines Differenzdrucksensors 12 verbunden, der auf einer Ausgangsleitung 14 ein elektrisches Plethysmographenkammer drucksignal liefert. Der zweite Anschluß des Differenzdruck sensors 12 ist mit einer Referenzkammer 16 verbunden, an die außerdem noch ein erster Eingang eines zweiten Differenz drucksensors 18 angeschlossen ist. Der zweite Eingang des zweiten Differenzdrucksensors 18 steht mit der Umgebung in Verbindung. Der zweite Differenzdrucksensor 18 liefert auf einer Ausgangsleitung 20 ein Umgebungsdrucksignal.The plethysmograph shown in the drawing contains an airtight closable plethysmograph chamber 10 in the form of a cabin of a conventional type. The interior of the Plethysmographenkabine 10 is connected to a first terminal of a differential pressure sensor 12, which provides on an output line 14 an electrical pressure signal plethysmographic chamber. The second connection of the differential pressure sensor 12 is connected to a reference chamber 16 , to which a first input of a second differential pressure sensor 18 is also connected. The second input of the second differential pressure sensor 18 is connected to the environment. The second differential pressure sensor 18 supplies an ambient pressure signal on an output line 20 .

Die Referenzkammer 16 ist hier schematisch als kugel förmiges, dickwandiges Gefäß dargestellt. Wesentlich ist jedoch nur, daß die Referenzkammer eine wesentlich starrere Wand hat als die Plethysmographenkammer 10, so daß ihr Innendruck von Umgebungsdruckschwankungen weitestgehend unabhängig ist. Sie stellt also einen praktisch nicht komprimierbaren Raum dar und bildet während der Atemzyklen eines in der Plethysmographenkammer 10 befindlichen Probanden eine konstante Druckreferenz. Um bei langsamen atmosphärischen Druckschwankungen eine Übersteuerung der empfindlichen Differenzdrucksensoren zu vermeiden, ist die Referenzkammer 16 über eine Stenose, also einen Strömungsweg hohen Strömungswiderstandes, z. B. in Form einer Kapillare 22 oder einer Drosselstelle, mit der Umgebung verbunden, so daß ein Druckausgleich gewährleistet ist. Die Zeitkonstante entsprechend dem Volumen der Referenzkammer 16 und dem Strömungswiderstand der Kapillare 22 muß wesentlich größer als die Atemzyklusdauer sein, sie kann beispielsweise größer als 30 Sekunden sein.The reference chamber 16 is shown here schematically as a spherical, thick-walled vessel. It is only essential, however, that the reference chamber has a much more rigid wall than the plethysmograph chamber 10 , so that its internal pressure is largely independent of fluctuations in ambient pressure. So it represents a virtually incompressible space and forms a constant pressure reference during the breathing cycles of a subject located in the plethysmographic 10th In order to avoid overdriving the sensitive differential pressure sensors in the case of slow atmospheric pressure fluctuations, the reference chamber 16 is connected via a stenosis, that is to say a flow path of high flow resistance, e.g. B. in the form of a capillary 22 or a throttle, connected to the environment, so that pressure equalization is ensured. The time constant corresponding to the volume of the reference chamber 16 and the flow resistance of the capillary 22 must be significantly greater than the breathing cycle duration, for example it can be greater than 30 seconds.

Das Umgebungsdrucksignal auf der Leitung 20 wird einer Schaltungsanordnung 24 zugeführt, welche das Umgebungsdruck signal so modifiziert, daß es sich in Abhängigkeit von Umgebungsdruckschwankungen in der gleichen Weise ändert wie das Plethysmographenkammerdrucksignal auf der Leitung 14. Dies läßt sich durch digitale Schaltungen leicht realisieren. Im einfachsten Fall genügt ein Potentiometer oder ein regelbarer Verstärker. Das modifzierte Umgebungs drucksignal wird einem ersten Eingang einer Subtrahier schaltung 26 zugeführt, an deren anderem Eingang das Plethymosgraphenkammerdrucksignal von der Leitung 14 liegt. In der Subtrahierschaltung 26 wird das Signal von der Modifizierschaltung 24 vom Plethysmographenkammerdrucksignal abgezogen und letzteres dadurch von den Einflüssen der Schwankungen des Umgebungsdruckes befreit.The ambient pressure signal on line 20 is fed to a circuit arrangement 24 which modifies the ambient pressure signal such that it changes in dependence on ambient pressure fluctuations in the same way as the plethysmograph chamber pressure signal on line 14 . This can easily be achieved with digital circuits. In the simplest case, a potentiometer or a controllable amplifier is sufficient. The modified ambient pressure signal is supplied to a first input of a subtractor circuit 26 , at the other input of which the plethymosgraph chamber pressure signal from line 14 is located. In the subtracting circuit 26 , the signal from the modifying circuit 24 is subtracted from the plethysmograph chamber pressure signal and the latter is thereby freed from the influences of the fluctuations in the ambient pressure.

Die Schaltungen 24 und 26 können durch einen Microcomputer oder eine ähnliche digitale Recheneinrichtung verwirklicht werden. In diesem Falle werden die Signale von den Leitungen 14 und 20 vor der Zuführung zur Recheneinrichtung durch einen Analog/Digital-Wandler digitalisiert.Circuits 24 and 26 can be implemented by a microcomputer or similar digital computing device. In this case, the signals from lines 14 and 20 are digitized by an analog / digital converter before being fed to the computing device.

Die beiden Differenzdrucksensoren 12 und 18 sind zweck mäßigerweise gleichartig aufgebaut, so daß die Übertragungs funktionen dieser beiden Drucksensoren nicht berücksichtigt zu werden brauchen.The two differential pressure sensors 12 and 18 are expediently constructed identically, so that the transfer functions of these two pressure sensors need not be taken into account.

Die Referenzkammer 16 kann eine beliebige Konfiguration haben, z. B. auch aus einem Rohrleitungsstück oder einer Rohrwendel ausreichender Länge bestehen. Wesentlich ist nur, daß ihr Innendruck weitgehend unabhängig von Umgebungsdruck schwankungen ist und daß ihr Volumen einschließlich des Volumens der Anschlußleitungen so groß ist, daß die geringen Volumenänderungen, welche bei der Druckmessung durch die Differenzdrucksensoren übertragen werden, vernachlässigt werden können.The reference chamber 16 can have any configuration, e.g. B. also consist of a pipe section or a pipe coil of sufficient length. It is only important that their internal pressure is largely independent of ambient pressure fluctuations and that their volume, including the volume of the connecting lines, is so large that the small volume changes which are transmitted during pressure measurement by the differential pressure sensors can be neglected.

Claims

1. Plethysmograph with an airtight sealable plethysmograph chamber ( 10 ), with a reference chamber ( 16 ), and with a first differential pressure sensor ( 12 ), which supplies an electrical plethysmograph chamber pressure signal, with its one connection to the plethysmograph chamber ( 10 ) and with its other connection the reference chamber (16) is connected, characterized in that the reference chamber (16) has a rigid wall, so that it is independent of fluctuations in ambient pressure internal pressure, that a second differential pressure sensor (18) is provided, which supplies an electric ambient pressure signal, having its one connection is connected to the reference chamber ( 16 ) and its other connection is connected to the environment, that the differential pressure sensors ( 12 , 18 ) are coupled to two inputs of a subtractor circuit ( 26 ), and that an adaptation circuit ( 24 ) is provided, which shows the dependence of the Plethysmogra ph pressure signal of ambient pressure fluctuations to the dependence of the ambient pressure signal on the ambient pressure fluctuations.

2. Plethysmograph according to claim 1, characterized in that the adaptation circuit ( 24 ) between the output of the second differential pressure sensor ( 18 ) and the subtractor circuit ( 26 ) is connected.

3. Plethysmograph according to claim 1 or 2, characterized in that the adaptation circuit ( 24 ) and the subtraction circuit are realized by a computer and that the signals from the pressure sensors ( 12 , 18 ) are fed to the computer via analog / digital converter.

4. Plethysmograph according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the two differential pressure sensors in Structure are the same.