DE7505970U1 - Gerät zum Bestimmen des Atemwegwiderstandes - Google Patents

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Gerät zum Bestimmen des Atemwegwi der Standes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Bestimmen des Atemwegwiderstandes. Solche Geräte weisen im allgemeinen ein Atemrohr auf, das von einem Strömungswiderstand abgeschlossen ist und an das ein Druckmesser sowie ein Strömungspulsationsgenerator angeschlossen sind. Der Strömungspulsationsgenerator kann der Strömungswiderstand im Atemstromweg, dessen Widerstandswert periodisch mit einer über der Atemfrequenz liegenden Frequenz verändert wird, oder ein Pulsgenerator zur Beaufschlagung des Atemstroms mit höherfrequenten Druck- bzw. Strömungspul-STfcionen sein.

Aus der DE-AS 1 029 526 ist ein Gerät dieser Art bekannt, bei dem dem Atemwiderstand periodisch ein Zusatzwiderstand zu- bzw. von diesem weggeschaltet wird. Durch Messung des Druckabfalls mit und ohne Zusatzwiderstand läßt sich der Atemwegwiderstand ermitteln. Weiterhin ist durch die DE-OS 1 960 640 ein Gerät -der eingangs genannten Art bekannt, bei dem dem Atemstrom durch eine Kolbenpumpe Druckschwankuugen von etwa 3 Hz überlagert werden und ein sich an der anderen Seite des Atemrolires befindender, veränderbarer Strömungswiderstand so lange verändert wird, bis ein am Atemrohr beidseitig des Anschlusses der Kolbenpumpe angeschlossenes Dxfferenzdruckmeßgerät den Wert Null anzeigt. Der Wert des Strömungswiderstandes ist darm ein unmittelbares Maß für den Atemwegwiderstand.

Wht 5 Kii / 5.4.1978

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U. Kw

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'.-τ' 2 'τ.¹ : : ..■ 75 P 5021 BRD

Die nach diesen Meßprinzipien zu ermittelnden Atemwegwiderstände I sind jedoch nicht exakt genug, da vernachlässigt wird, daß der I Atemwegwiderstand einen komplexen Strömungswiderstand, bestehend | aus einem Realteil - der sogenannten Wechselstromresistanz - und I einem durch kapazitive und induktive Glieder gebildeten Imaginär-| teil, darstellt. Es ist daher vorgeschlagen, worden, bei Wechsel- I

I messungen mit Geräten der eingangs genannten Art geeignete Meß- ?

mittel vorzusehen, die Real- und Imaginärteil des Atemwegwiderstandes getrennt erfassen können und auch Phasenmessungen ermögliehen. Dabei wird als Strömungswiderstand ein Wirkwiderstand verwendet, der gegebenenfalls einen kleinen Wechselanteil mit vernachlässigbarer imaginärer Komponente aufweist. Das Problem ί derartiger Einrichtungen liegt in der Realisierung eines strö- | mungskonstanten Wirkwiderstandes. Sich anbietende Kapiilarsiebe, | Kapillar- oder Schlitzkanalbündel sind verschmutzungsanfällig, f. schwer zu reinigen und deshalb über lange Zeiten nicht konstant ] in ihren Werten. Außerdem belastet der äußere Wirkwiderstand den Patienten bei der Atmung erheblich»

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu be3eitigen. Es soll ein Gerät zum Bestimmen des Atenwegwider- } Standes der eingangs genannten Art angegeben werden, das billig jj und leicht zu reinigen ist, den Patienten bei der Atmung nicht } belastet und daher als Gerät für Reihenuntersuchungen geeignet |

erscheint. I

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strö- f mungswiderstand ein Schlauch ist. Im Rahmen der Erfindung ist es \ vorteilhaft, diesen Schlauch gestreckt oder mehrfach gebogen aus-i zubilden, wobei der Schlauch eine Länge"zwisehen 0,5 und 1,5 Me- ' ter und einen vorzugsweise runden oder quadratischen Querschnitt mit einem inneren Durchmesser zwischen 5 bis 15 Millimeter aufweist. Ein derartiger Strömungswiderstand ist einfach herzustellen, billig und leicht zu reinigen und belastet die Atnung weniger als der Wirkwiderstand in den bekannten Geräten. In vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung kann zur periodischen Veränderung des Strömungswiderstandes die Schlauchlänge nach Art einer Posaune verändert werden. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen 3 bis 7.

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.:.\.·. 3.J : : '..' 75 ρ 5021 brd

Der Erfindung gingen Überlegungen und Untersuchungen voran, wie weit - ausgehend von einer konsistenten komplexen Darstellung von Atemwegwiderstand, Strömungswiderstand und Munddruck - Vereinfachungen für eine technische Realisierung vorgenommen werden können und wie weit Phäsenmessüngen tatsächlich nötig sind. Bei Beachtung der Tatsache, daß Atemwegwiderstand und Strömungswiderstand parallelgeschaltet sind, ergibt sich für den gesuchten komplexen Atemwegwiderstand

-i (1) OYPJLgjl

I . Re ^J ^- P e

wobei mit Z, R, P und I die Beträge des gesuchten Atemwegwiderstandes, des äußeren Strömungsv/iderstandes, des zu messenden Druckes und der eingeprägten Strömung und mit T , ^> und die zugehörigen Phasenwinkel bezeichnet sind. Die Phasen-

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faktoren bedeuten, daß jeweils Phasenverschiebungen gegen die dem System eingeprägte.. Wechselströmung auftreten. Unter Ver-Wendung von reduzierten Größen ρ = jg- Und ζ = ·«- ergibt sich aus (l) für den Betrag ζ und die Phase 'f des Atemwegwiderstandes:

(2) z = p/ j 1 + p² - 2.ß -(sin 0<S sin ψ - cos <X_, cosQ-^J)

W - V +(;;· _ arctK ^sln''^>d " ^p" ^sln ^ τ -^ ^+v^ arctg _COSo0 _ _p. _cos ^

Aus den Gleichungen (2) und (3) können unter Berücksichtigung der Struktur des vorgegebenen Strömungswiderstandes die für die Messung notwendigen Beziehungen abgeleitet werden. Für die vorzugsweise Ausgestaltung als näherungsweise rein induktiver Widerstand ergibt sich wegen (V,= —^—

ζ = p/^ 1 + p² - 2p.sin

Aus den bei der Messung ermittelten Vierten von ρ und V kann die Errechnung von ζ und ψ und weiterhin des Real- bzw« Imaginärteils des Atemstromwiderstandes erfolgen. Dafür können spezielle Rechenglieder oder auch vorbereitete Transformationsdiagramme verwendet werden.

Bisherige Untersuchungen haben gezeigt., daß bei Messungen des Atemwegwiderstandes von gesunden Versuchspersonen keine nennenswerten Phasenverschiebungen auftraten. Bei kranken Versuchspersonen mit Resistanz-Werten über .: τττ§~ führt eine Vernachlässigung der Phasenmessung zu einer Anhebung des MeßwerteSj wodurch die "diagnostische Trerjischsrfe" verbessert wird. Setzt man so M^ = O^ergibt sich aus (5) sin y = ρ und weiterhin

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(β) ζ =

(7) Z =

"F⁷?

Unter der Voraussetzung, daß P klein und R ausreichend groß ist, ergibt sich also eine annähernd lineare Abhängigkeit des Atemwegwiderstandes von der Amplitude des Wechseldruckes. Das Druckmeßgerät kann dann in einfacher Weise auf den Atemwegwiderstand umgeeicht werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Pigurenbesrhreibung eines Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gerätes zum Bestimmen des Atemwegwiderstandes

Fig. 2 die zugehörige Auswerteschaltung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Patientenmundstüek bezeichnet. An diesem befindet sich ein Anschluß stück 2, an dessen offenem Ende J> der den Blindwiderstand des komplexen Luftwiderstandes realisierende Sehlauch 4 aufgesteckt ist. Dieser hat eine Länge von etwa 1,2 m und einen inneren Durchmesser von etwa 1,2 cm. Weiterhin befinden sich an dem Anschlußstück noch zwei kleinlumige Stutzen 5 und 6, von denen der erste über eine pneumatische Leitung 7 mit einer Wechselströmuiigspumpe 8 verbunden ist, die der Beaufschlagung des Atemstromes mit einer höheren Strömungspulsaticn dient. Der zweite Stutzen/dber die pneumatische Leitung 9 siit einen¹.

ist

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Mikrofon 10 verbunden., das als Druckmeßgerät und -wandler dient. Durch geeignete elektronische Mittel in Fig. 2 wird die hochfrequente Komponente des dem Druck proportionalen elektrischen Meßsignals herausgefiltert. Dem Mikrofon 10 folgt ein erster Verstärker 11 und zwei hintereinander geschaltete Bandpässe 12 und \~5, die auf die Pulsationsfrequenz der Wechselströmungspumpe abgestimmt sind. Einem weiteren, steuerbaren Verstärker 14 folgt ein Gleichrichter 15. Das gleichgerichtete Meßsignal· xvird auf zwei parallel geschaltete Tiefpässe 16 und 17 gegeben, von denen der erste auf 5 Hz und der zweite auf Oj1 Hz als Grenzfrequenz abgestimmt ist. Deren Ausgangssignale können aber den Schalter 18 alternativ auf den Zeitschreiber 19 und über den Schalter 20 weiterhin auf das Meßgerät 21 gegeben werden, das auf den reellen Atemwegwiderstand gemäß der Beziehung

Z =

I² · R²

umgeeicht ist. Dadurch können alternativ die atemsynchronen Änderungen des Atemv/egwideräandes und dessen zeitlicher Mittel wert dargestellt und gemessen werden.

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Claims (7)

20 25 30

1. Gerät zum Bestimmen des Atemwegwiderstandes mit einem Atemrohr, das von einem Strömungswiderstand abgeschlossen ist, und an das ein Druckmesser sowie ein Strömungspulsationsgenerator angeschlossen sind, dadurch gekennzeich

net

daß der Strömungswiderstand ein Schlauch (4) ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (4) eine Länge zwischen 0,5 und 1,5 Meter und einen inneren Durchmesser zwischen 5 "bis 15 Millimeter aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Atemrohr dvrch ein Anschlußstück (2) gebildet ist, das mit einem Mundstück (t) abschließbar und an dessen offenen Ende (3) der Schlauch (4) angeordnet ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (2) seitlich kleinlumige Ansatzstutzen (5, 6) für den Anschluß eines Druckmessers (10) und gegebenenfalls einer Wechseldruckpumpe (8) aufweist*

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmesser (10) und gegebenenfalls die Wechseldruckpumpe (8) über Verbindungsschläuche (7, 9) an das Anschlußstück (2) angeschlossen sind.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (4) ineinanderschiebbare Abschnitte nach Art einer Posaune umfaßt.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (4) wenigstens einen elastischen Abschnitt, aufweist, an dem als Strömungspulsationsgenerator eine Quetschvorrichtung angreift.

Wht 5 Ler / 18.8,1977

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