DK145944B - Apparat til maaling og fremvisning af stroemningsmodstanden i luftvejene - Google Patents

Description

/S' (19) DANMARK 1¾

|j| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT (n) 145944 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 2018/75 (51) lnt.CI.3 A 61 B 5/08 (22) Indleveringsdag 7· maj 1975 (24) Løbedag 7 · maj 1 97 5 (41) Aim. tilgængelig 9· nov. 1975 (44) Fremlagt 25· apr. 1983 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 8. maj 1974, 144095, BE

(71) Ansøger SORAM S.A., 1205 Geneve, CH.

(72) Opfinder Claude Gillard, BE: Marcel Mauroy, BE.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Bout ard.

(54) Apparat til måling og fremvisning af strømningsmodstanden i luft= vejene.

Opfindelsen omhandler et apparat til måling og fremvisning af strømningsmodstanden i luftvejene og af den i krav l’s indledning angivne art.

Fra beskrivelsen til USA-patent nr. 5 652 930 kendes en måleanordning, hvor et indgangssignal sammenlignes med et af en første målekreds påvirket udgangssignal til levering af et differenssig-ffi nal, som igen ændres af en anden målekreds til retablering af ud- gangssignalet. Den anden målekreds er udformet som en integrator, (7) men kunne i og for sig, da betingelsen for at opnå et konstant ^ udgangssignal er, at differenssignalet er nul, blot bestå af en v- multiplikator.

*

Q

2 U59U

Denne og lignende kendte anordninger af denne art er velegnet til behandling af stationære signaler af uorganisk oprindelse, såsom sinusformede signaler fra elektrotekniske målinger, men er uegnet til behandling af fysiologiske ustationære signaler, hvis form varierer som funktion af tiden dels for et og samme individ og dels fra det ene individ til det andet. Disse signaler underkastes langsomt svingende tilfældige ændringer og er overlejret af kraftige blodtrykssvingninger som følge af hjerteslaget.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe et apparat af den angivne art, som kan udmåle de omhandlede fysiologiske parametre meget nøjagtigt uden fejl hidrørende fra de omtalte svingninger.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en konstruktion af den i krav l's kendetegnende del angivne art. Her måles signalerne under hele respirationskredsløbet og underkastes en forbehandling til automatisk korrektion af middelværdien, så at de beregnede parametre antager de mest sandsynlige værdier for hvert respirationskredsløb efter forløbet af nogle få kredsløb, og skulle beregningen blive for upræcis som følge af for kraftige svingninger, kan der afgives et særligt alarmsignal.

Den første målekreds i apparatet ifølge opfindelsen beregner middelværdien af respirationssignalet og tryksignalet under et tidsrum på 0,5 ms, og apparatet har vist sig så ufølsomt over for de fysiologiske svingninger, at man endog kan anvende central-venetrykket med dettes kraftige systoliske variationer til at måle det indre brysttryk fremfor den konventionelle måling gennem en i spiserøret indført oppustelig bold, der generer patienten væsentligt mere end en i venen indstukket kanyle.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: fig. 1 og 2 viser grafer optaget ved konventionel måde til samtidig bestemmelse af parametrene R og E, fig. 3 en graf, der viser en konventionel afbrydelsesmetode til bestemmelse af parameteren R, 3 145944 fig. 4 og 5 diagrammer for gennemløbsluft/tryk opnået ved plethys-mografi, fig. 6 et blokdiagram for apparatet ifølge opfindelsen, og fig. 7 principskemaet for den elektroniske enhed i apparatet på fig. 6.

De på fig. 1 viste konventionelle kurver 1a, 1b og 1c viser som funktion af tiden T henholdsvis mundrespirationsrumfanget Y (1/s), variationen af lungerumfanget V (1) og variationen af lungetrykket Ppi (cm vandsøjle), hvor længdeangivelserne er anført til venstre på figuren. Afsnittet af hver af kurverne beliggende i tidsrummene Tq-T2 og T2”^4 svarer henholdsvis til indåndingen og udåndingen i en respirationscyklus. Ordinaterne V. og Y. for tidspunk-terne henholdsvis og repræsenterer de maksimale indåndings-og udåndingsrumfang, til hvilke der svarer trykfaldene henholdsvis Pres^ og Prese. Ordinaten Pg^ repræsenterer variationen af det elastiske tryk.

Man tilvejebringer grafisk lungekompliansen 01, som er den reciprokke værdi af lungeelastansen E, ud fra ligningen ni - JL - i ' *el ' Έ samt indåndingsresistansen R. og udåndingsresistansen R ifølge ligningerne

Pres. ires

Ri = —r-^ og R = —r-^

1 V. V

i e

De på fig. 2 viste konventionelle kurver 2a, 2b og 2c er analoge med kurverne på fig. 1 bortset fra, at man har anvendt variationen af spiserørstrykket Ρβα som repræsentativt signal for variationen af det indre brysttryk. Man vil bemærke afdriften af kurverne fra periode til periode og kompleksiteten af kurven 2c.

4 145944

De på fig. 3 viste konventionelle kurver 3a og 3b viser henholdsvis loven for afbrudt gennemstrømning Y i 1/s og variationen af mundhuletrykket PQ„ i cm vandsøjle som funktion af tiden T, hvor de tilsvarende skalaværdier er angivet til højre på figuren. Afsnittet af hver af kurverne liggende i tidsrummene henholdsvis Tq-T.] og svarer til henholdsvis udåndingen og indåndingen i en respirationscyklus. De målte resistanser er: P 5 5 IL = -“ = —* 5,5 cm HpO/l/s og . Ve 1,0 C c R, = = — = 5,0 cm H90/1/s.

1 Y± 1,1 * I de på fig. 4 viste konventionelle diagrammer 4a - 4e angiver abscissen variationen af det intraplethysmografiske tryk i cm vandsøjle og ordinaten mundrespirationsrumfanget i 1/s. Hældningen af kurverne antages at angive middelværdien af parameteren R.

Det ses, at hældningen er tydelig for en kurve af typen 4a. Por et diagram af typen 4b kan forløbet af tangenten i kurvens vendepunkt endnu let fastsættes og den lineære tilnærmelse dokumenteres ved nøjagtigheden, men tangentforløbet bliver vanskeligt for kurver af typerne 4c - 4e, og tilnærmelsen lader sig ikke længere dokumentere.

I den på fig. 5 viste konventionelle kurve svarer afsnittet over abscisseaksen til indåndingen og det negative afsnit til udåndingen. De indtegnede hældninger gennem punktet M for maksimum af rumfang og tryk repræsenterer henholdsvis totalresistanserne R^ målt ved maksimalt tryk og middelresistanseme R målt ved maksimalt rumfang. Denne fremgangsmåde mislykkes, så snart bronchie-resistanseme afviger fra det normale.

5 US944 Når en variation af det indre brysttryk 1 og et mundrespirations-rumfang 2 skal måles ved et apparat ifølge opfindelsen som vist på fig. 6 og 7, føres et tryksignal 3, som er forud forstærket af en forstærker 4 og korrigeret for sin langsomme afdrift af en kreds 5, til indgangen 6 af en differentialforstærker 7 i en målekreds (R) til automatisk måling af parameteren R, medens et respirationssignal 8, som er forud forstærket af en forstærker 9 og multipliceret med en spænding a, som optræder ved 10, tilføres til en anden indgang 11 af differentialforstærkeren 7. Differensen 12 imellem de to signaler sammenlignes i fase med respirationssignalet 8 ved hjælp af en fasedetektor 13. Denne består af en multiplikator 14 og en regneenhed for middelværdien over en respirationscyklus tilvejebragt ved hjælp af en integrationsforstærker 15, der er tilknyttet et filter 16 og en elektronisk afbryder 17. Denne forbliver normalt afbrudt og sluttes under et meget kort tidsrum i hver respirationscyklus til at nulstille integrationsforstærkeren 15.

Signalet 18, der optræder ved udgangen af integratoren 15 før slutningen af afbryderen 17» repræsenterer den søgte middelværdi, som er tilnærmelsesvis proportional med afvigelsen i forhold til 90° faseforskydning af differenssignalet 12 i forhold til respirationssignalet 8. De i fase værende afvigelser 18 målt for hver respirationscyklus akkumuleres af en integrerende lagerkreds 19 bestående af en integrationsforstærker i forbindelse med en elektronisk afbryder 20 og en normalt afbrudt manuel nulstillingsafbryder 21.

Forud for slutningen af afbryderen 17 sluttes afbryderen 20 i et meget kort tidsrum således, at signalet 18 overføres til den integrerende lagerkreds 19. Dennes udgangsspænding 22 vokser således for hver respirationscyklus, indtil dens af en kreds 23 forud forstærkede værdi α bliver lig med R, hvilket medfører en i fase værende afvigelse 18 lig med nul og altså til en konstant ligevægtsspænding a.

En målekreds (E) til automatisk måling af parameteren E i appara-tet ifølge opfindelsen behandler på lignende måde differensen bortset fra, at det forstærkede og korrigerede tryksignal 3 påføres en indgang 24 til en differentialforstærker 25, hvis anden indgang 26

6 1459U

modtager et rumfangssignal 27 som integral af det forstærkede respirationssignal 8 og korrigeret for sin langsomme afdrift af en kreds 28 og multipliceret ved hjælp af en kreds 29 med en spænding β, der optræder ved 30. De elektroniske afbrydere 17, 31 og 20, 32 styres af impulser henholdsvis 33 og 34, der frembringes af en styrekreds 35 ud fra respirationssignalet 8. De to på hinanden følgende impulser 34 og 33 frembringes ved hjælp af konventionelle logikkredse ved nulgennemgangen af respirationsstrømmen ved afslutningen af indåndingen.

Korrektionskredsen 5 for den langsomme afdrift af tryksignalet omfatter en komparator 36, en regneenhed 37 for middelværdien under en respirationsperiode forsynet med en elektronisk afbryder 38, der styres af impulsen 33, og en integrerende lagerkreds 39, som er forsynet med en elektronisk afbryder 40, der styres af impulsen 34.

.Afbryderen 38 er normalt afbrudt og sluttes under hver åndedræts-periode i et meget kort tidsrum for at nulstille kredsen 37.

Signalet 41 ved udgangen af kredsen 37 føn slutning af afbryderen 38 repræsenterer middelværdien af tryksignalet 42. De under hver åndedrætsperiode målte middelværdier akkumuleres af den integreren-. de lagerkreds 39.

Udgangsspændingen 43 vokser således fra åndedrætscyklus til ånde-* drætscyklus, indtil dens værdi subtraheret fra det forstærkede tryksignal 1 medfører et signal 42 med middelværdien nul. Denne ligevægtstilstand kan opnås efter nogle åndedrætsperioder eller endog en enkelt periode, såfremt forstærkningen fra anordningerne . 37 eller 39 varierer nøjagtigt som funktion af åndedrætsperioden.

Korrektionskredsen 28 for den langsomme afdrift af en åndedræts-integrator 44 fungerer analogt med kredsen 5, men omfatter foruden denne en elektronisk afbryder 45, der styres af impulsen 34, og en elektronisk afbryder 46, der styres af impulsen 33. En afbryder 45 tilvejebringer integratorens nulstilling ved hver respirationscyklus, og afbryderen 46 påtrykker indgangen af integra-toren 44 en impuls af kort varighed og med en sådan amplitude, at middelværdien 47 af rumfangssignalet 48 som beregnet af kredsen 49 bliver nul.

7 U5944

Herved opnås denne ligevægtstilstand efter nogle få åndedrætsperioder og endog efter en enkelt periode, såfremt forstærkningen af en integrator 50 varierer nøjagtigt som funktion af respirationsperioden.

Lager- og udlæsningsstyrekredsen 51 af apparatet ifølge opfindelsen består i det væsentlige af en kreds 52, der er en simpel forstærker, når afbryderne 53 og 54 er sluttet, og som udgør en lagerkreds, når afbryderne 53 og 54 er afbrudt. De elektroniske afbrydere 53 og 54 er sluttet, når signalet 18 (eller dettes ækvivalente signal i målekredsen (E) til beregning af E) for uligevægt er tilstrækkelig svagt, og de afbrydes samtidigt, når signalet 18 er for kraftigt, hvorved kredsen 52 kan opbevare signalet 10 i lageret og derved levere et udlæsningssignal 55 lig med den sidst observerede korrekte værdi af signalet 10.

Styreimpulseme for afbryderne 53 og 54 leveres af en logikkreds, der fødes af signalet 18 og impulsen 34. logikkredsen leverer samtidigt et alarmsignal 56, der udløser en alarmlampe 57, når regneautomatkredsene for B. eller E er i uligevægtig stand, og informerer således brugeren om, at de udlæste værdier er lagerværdier.

Endelig er der tilvejebragt fire afbrydere 21 til nulstilling af apparatet.

Integratoren, der leverer signalet a, kan erstattes med en forstærknings- eller integrationskreds, hvis forstærkning justeres som funktion af respirationssignalet og/eller af respirationsfrekvensen. Man kan også tilvejebringe de i udførelseseksemplet angivne analoge operationer helt eller delvis digitalt.

Claims (3)

8 145944 Patentkrav :

1. Elektronisk apparat til automatisk måling og kontinuerlig samtidig fremvisning af luftstrømningsmodstanden R i luftvejene, med målefølere til angivelse af endothorakaltrykket p(t) og åndingsluftstrømmen eller -mængden v(t) og omdannelse af disse værdier til analoge elektriske spændinger, med en integratorkobling til frembringelse af et volumensignal af luftstrøm- eller mængdesignalet og med en beregningskreds til bestemmelse af strømningsmodstanden ud fra tryksignalet og mængdesignalet, kendetegnet ved, at regnekredsen til bestemmelse af strømningsmodstanden indeholder en differentialforstærker (7), på hvis ene indgang tryksignalet (3) ligger, at udgangssignalet fra differentialforstærkeren (7) i en multiplikator/fasedetektor (13) bliver sammenlignet med luftstrøm- eller mængdesignalet (8), at udgangssignalet (18) fra multi-plikator/fasedetektoren føres til en integrations/hukomme1seskreds (19R), hvis udgangssignal (Qf) efter multiplikation med mængdesignalet (8) påtrykkes den anden indgang af differentialforstærkeren (7), og at udgangssignalet tøf) fra integrations/hukommelseskredsen (19R) føres til en fremvisningsindretning (51R), som styres af udgangssignalet (18) fra fasedetektoren (13).

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, en yderligere beregningskreds til bestemmelse af lungevævselasticiteten, der indeholder en differentialforstærker (25), på hvis ene indgang tryksignalet (3) ligger, at udgangssignalet fra differentialforstærkeren (25) sammenlignes med volumensignalet (27) i en multiplikator/fasedetektor (14E, 15E), at udgangssignalet fra multiplikator/fasedetek-toren føres til en integrations/hukommelseskreds (19E), hvis udgangssignal ((3) efter multiplikation med volumensignalet (27) påtrykkes den anden indgang af differentialforstærkeren (25), og at udgangssignalet (β) fra integrations/hukommelseskredsen (19E) føres til en fremvisningsindretning (51E), som styres af udgangssignalet fra fasedetektoren .

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at ledningen for tryksignalet (3) er forbundet med en første middelværdi-