FI106529B - Menetelmä potilaan hengityksen tarkkailemiseksi - Google Patents

Description

106529

MENETELMÄ POTILAAN HENGITYKSEN TARKKAILEMISEKSI

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä hengityksen mittaamiseksi.

5 Impedanssirespiraatiomittaus eli hengityksen mittaus muuttuvan impedanssin avulla perustuu sähkönjohtavuuden muutosten mittaukseen rintakehässä. Sähkönjohtavuus pienenee sisäänhengitettäessä, kun keuhkoihin virtaa huonosti sähköäjohtavaa ilmaa ja suure-10 nee uloshengitettäessä, kun huonosti sähköäjohtavaa ilmaa poistuu keuhkoista.

Mittaus tapahtuu yleensä käyttäen mittausvir-tana suurtaajuista vakiovirtaa, jolloin rintakehän yli syntyvästä jännitteestä saadaan laskettua sen impels danssi. Rintakehän impedanssi on tällöin suurimmaksi osaksi resistiivinen, reaktiivisen komponentin osuus on noin 15 %. Rintakehän resistanssin suuruus 100 kHz:n signaalilla mitattuna on yleensä noin 20-60 ohmia. Hengityksen vaikutuksesta se muuttuu vain noin 20 0.1 - 1 ohmia, koska suurin osa mittausvirrasta ei kulje mitattavan suuriresistiivisen keuhkokudoksen kautta, vaan lihasten ja selän kautta.

Lisäksi mittausta häiritsevät kaapelin ja vahvistimen hajakapasitanssit, vaikkakin niiden merki-25 tys on vähäinen johtuen siitä, että niiden yli syntyvä jännite on eri vaiheessa kuin rintakehän impedanssin resistiivisen osuuden aiheuttama jännite.

Suurtaajuista mittausvirtaa käytetään siksi, että elektrodien impedanssi pienenee kun taajuus kas-30 vaa. Iho-elektrodi-impedanssi pienenee sadasosaan, kun ' * mittaussignaali kasvaa pientaajuuksilta 100 kHz:iin.

Käytännössä yläraja mittaussignaalin taajuudelle on noin 100 kHz, koska suuremmalla taajuudella hajakapa-sitanssien kautta alkaa kulkea liian suuri osa mit-35 tausvirrasta. Käytössä olevat mittaustaajuudet ovat yleensä alueella 10 ... 100 kHz.

« 2 106529

Ennestään tunnetuissa impedanssimittauksissa käytetään kahta tai useampaa elektrodia. Kahdella elektrodilla mitattaessa joudutaan mittausvirta syöttämään samoista elektrodeista kuin mistä mittauskin 5 tapahtuu. Tämä aiheuttaa mittausvirhettä, koska virrantiheys on suurempi virransyöttöelektrodien lähellä, jolloin kudoksessa virransyöttöelektrodien lähellä tapahtuvat impedanssimuutokset näkyvät suhteellisesti muualla kudoksessa tapahtuvia impedanssimuutoksia suu-10 rempina. Lisäksi virrantiheyden epälineaarisuus kudoksessa aiheuttaa virhettä mittaustulokseen.

Käytännön monitoroinnissa suurimpana haittana kaksielektrodimittauksessa on kuitenkin se, että rintakehän impedanssiin summautuu elektrodien ja mittaus-15 kaapelien impedanssit, jolloin hengityksen aiheuttama pieni impedanssimuutos rintakehässä helposti hukkuu suuren kokonaisimpedanssin alle.

Edellä mainittuja mittausvirheitä korjaamaan on kehitetty neli- tai useampielektrodisia mittausme-20 netelmiä. Nelielektrodimenetelmässä virta syötetään kahteen ulompaan elektrodiin ja mittaus tapahtuu kahdesta sisemmästä elektrodista. Kun mittausvahvistimen sisäänmeno on suurimpedanssinen, mittauselektrodien kautta kulkeva, mittausvirhettä aiheuttava virta on . 25 pieni. Myöskään virransyöttöelektrodien ja -kaapelien impedanssit eivät summaudu mitattavaan impedanssiin.

Lisäksi mittausalue voidaan sijoittaa kauemmaksi vir-ransyöttöelektrodeista, jolloin virrantiheyden suuruus kudoksessa mittauselektrodien välisellä alueella on 30 suurinpiirtein vakio. Lisäksi mittauselektrodien väli-; sen alueen impedanssimuutokset näkyvät muiden alueiden muutoksia suhteellisesti suurempina, jolloin mittausalue voidaan määrittää tarkemmin. Lisäksi mittausalue V-, ulottuu syvemmälle kudokseen.

35 Kun käytetään lisäksi "guard"-elektrodeja, voidaan vähentää virrantiheyden epälineaarisuuden aiheuttamaa virhettä. Vieläkin useampia elektrodeja käy- 3 106529 tettäessä voidaan mittausalue fokusoida paremmin ja jopa laskea tietokoneella impedanssitomografikuva.

Koska potilasmonitoroinnissa impedanssirespi-raatiomittaus tapahtuu yleensä samanaikaisesti EKG-5 mittauksen kanssa käyttäen mittauskaapelina EKG-kaapelia, käytössä on yleensä kaksipistemittaus, sillä monitoreiden EKG-kaapelit ovat yleensä kolmejohtimi-sia. Tällöin edelläkuvatut kaksipistemittauksen ongelmat häiritsevät mittausta.

10 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt ongelmat.

Erityisesti esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudentyyppinen menetelmä potilaan hengityksen tarkkailemiseksi.

15 Lisäksi esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin yksinkertainen ja luotettava menetelmä potilaan hengityksen tarkkailuun, jolloin hengityksen tarkkailuun voidaan käyttää samoja mittausjohtimia ja -elektrodeja kuin EKG-mittauksessakin.

20 Esillä olevan keksinnön tunnusomaisten piir teiden osalta viitataan patenttivaatimuksiin.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä potilaan hengityksen tarkkailemiseksi potilaaseen yhdistetään ainakin kolme elektrodia. Elektrodeja 25 voi siis olla myös useampia kuin kolme. Keksinnön mukaisesti hengitystä tarkkaillaan mittaamalla elektrodien välisten impedanssisuhteiden muutoksia. Olennaista keksinnön mukaisessa menetelmässä on, että mitataan ainakin kahta impedanssia, jotka muodostuvat potilaas-30 sa kahden elektrodiparin välille. Edullisesti määrite-„ . tään mitattujen impedanssien suhteen muutos.

’· Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän etuna on, että potilaan hengityksen mittaamisessa voidaan käyttää samoja mittauskaapeleita ja -elektrodeja 35 kuin EKG-mittauksessakin.

Lisäksi esillä olevan keksinnön etuna on, että keskenään yhtäsuuret kaapeli-impedanssit sekä kes- 4 106529 kenään yhtäsuuret elektrodi-impedanssit sekä keskenään yhtäsuuret kudosimpedanssit kumoavat toisensa, jolloin mitattavan signaalin kantoaalto on pieni ja siten hengityksen aiheuttama suhteellinen modulaatio kantoaal-5 toon on suurempi ja siten helpommin mitattavissa kuin tunnetussa kaksipistemittauksessa.

Edelleen keksinnön mukaisen menetelmän ansiosta poistuu aiemmin esiintyneet ongelmat, jotka aiheutuivat mittausjohtimien impedanssien summautumises-10 ta mitattavaan impedanssiin, eikä erillistä pienimpe-danssista respiraatiomittauskaapelia impedanssien kuntoutumisesta johtuen tarvita, vaan voidaan käyttää moni torivalmistajän normaalia EKG-kaapelia.

Vielä esillä olevan keksinnön etuna tunnet-15 tuun tekniikkaan verrattuna on, että keksinnön mukaisella menetelmällä impedanssimuutos voidaan määrittää aiempaa kaksipistemittausta tarkemmin ja luotettavammin .

Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän 20 eräässä sovellutuksessa järjestetään elektrodit keuhkoihin nähden epäsymmetrisesti, jolloin keuhkoissa oleva hengitysilma vaikuttaa eri tavalla elektrodien välisiin impedansseihin. Lisäksi potilaaseen syötetään mittaussignaali jonkin elektrodin kautta ja määrite-, 25 tään mittaussignaalin moduloituminen elektrodien vä listen impedanssien vaikutuksesta. Moduloitumisesta voidaan edelleen päätellä impedanssien suhteen muuttuminen ja edelleen se, että potilaan keuhkoihin virtaa tai keuhkoista poistuu huonosti sähköäjohtavaa ilmaa.

30 Edullisesti mittaussignaali syötetään kahden . elektrodien kautta, yksi elektrodi maadoitetaan maa- doitusimpedanssilla, joka voi olla vastus, kela, kondensaattori tai niiden yhdistelmä, ja mitataan maadoi- * tusimpedanssin yli syntyvä jännite. Edelleen mitattua 35 jännitettä verrataan mittaussignaaliin sen modulaation määrittämiseksi.

5 106529

Edullisesti voidaan mitata yksittäisen elektrodin jännitettä tai elektrodien jännite-eroa, jonka ~ mittauksen perusteella voidaan määrittää elektrodien välisten impedanssien suhteiden muutos.

5 Esillä olevan keksinnön eräässä sovellutuk sessa potilaaseen yhdistetään useita elektrodeja. Tällöin myös voidaan mitata elektrodien välisellä alueella syntyvien impedanssien suhteellista muutosta toisiinsa nähden. Edullisesti mittaussignaali on vaihto-10 sähkösignaali, jonka taajuus on noin 10 - 100 kHz, edullisesti noin 30 kHz. Mittaussignaali voi olla jännite- tai virtasignaali.

Seuraavassa keksintöä selostetaan oheisten suoritusesimerkkien avulla viittaamalla oheiseen pii-15 rustukseen, jossa kuva 1 esittää periaatekuvana erään keksinnön mukaisen menetelmän toteutusta; ja kuva 2 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen menetelmän erästä sovellutusta.

20 Viitaten kuviin 1 ja 2, esillä olevan keksin nön mukaista menetelmää toteutetaan potilaan hengityksen mittaamiseen seuraavasti. Potilaaseen kiinnitetään elektrodit la, ib sekä elektrodi 2 edullisesti keuhkojen tasalle ja epäsymmetrisesti keuhkoihin nähden. Kun 25 hengityksen tarkkailuun käytetään samoja mittauskaape-leita ja -elektrodeja kuin EKG-mittauksessa, vastaavat elektrodit la ja Ib EKG-mittauksen aktiivielektrodeja ja elektrodi 2 EKG-mittauksen neutraalielektrodia. Edelleen kuvassa 1 esitetään elektrodien välille syn-3 0 tyvät potilasimpedanssit Zpl ja Zp2. Aktiivielektrodin la ja neutraalielektrodin 2 välille syntyy potilasim-. : pedanssi Zpl ja aktiivielektrodin Ib ja neutraalie lektrodin välille syntyy potilasimpedanssi Zp2.

Aktiivielektrodien la, Ib kautta syötetään 35 keskenään vastakkaisessa vaiheessa olevaa mittaussignaalia, joka voi olla esimerkiksi +/- 12 V jännitesig-naalia, jonka taajuus on 30 kHz. Kuvan 2 sovellutuk- 6 106529 sessa mittaussignaali syötetään signaaligeneraattorilla 5 suoraan elektrodiin la ja invertterin 6 kautta elektrodiin Ib. Kun kehon impedanssi pysyy muuttumattomana ja kuvassa 2 pystykatkoviivan molemmilla puo-5 lilla olevat impedanssit Z1 ja Z2 ovat suunnilleen yh- * täsuuret, on maadoitusimpedanssin 3 yli oleva jännite, jota mitataan vahvistimella 4, likimain nolla, koska vastakkaisessa vaiheessa olevat jännitteet kumoavat toisensa. Mikäli näin ei ole, voidaan impedanssit Z1 10 ja Z2 sovittaa esim. seuraavasti. Viitaten kuvaan 2, sovittaminen voidaan kuvan 2 kytkennässä tehdä syöttämällä epäsymmetrinen bipolaarinen mittaussignaali eli syöttämällä toiseen elektrodiin la, Ib pienempi mittaussignaali kuin toiseen. Käytännössä sovittaminen teh-15 dään esim. säätämällä invertterinä toimivan vahvistimen vahvistusta vahvistuksen ohjauspiirillä 7. Ohjaus-piiriä 7 ohjataan mittausvahvistimen 4 lähtöön kytketyllä synkronisoidulla demodulaattorilla 8. Sovittamisen tarkoituksena on saada impedanssien muuttumattomat 20 komponentit tasapainoon siten, että niiden aiheuttama kantoaalto mittauspisteessä on nolla, jolloin mittaussignaalin kantoaallon suhteellinen modulaatio impedanssisuhteen muutoksesta johtuen näkyy huomattavasti paremmin kuin tunnetussa tekniikassa.

25 Potilaan hengittäessä keuhkoihin virtaa huo- ’ nosti sähköäjohtavaa ilmaa ja kun aktiivielektrodit la, Ib on kiinnitetty potilaaseen sopivasti, vaikuttaa ilma impedanssiin Zpl eri tavalla kuin impedanssiin-Zp2 vaikuttaen näin impedanssisuhteeseen Z1/Z2. Impe-30 danssin muutos vaikuttaa edelleen maadoitusimpedanssin . 3 yli olevaan jännitteeseen, jota verrataan syöttösig- naaliin. Vertailun perusteella voidaan päätellä impedanssisuhteen muutos ja se, hengittääkö potilas vai ei.

35 Viitaten edelleen kuviin 1 ja 2, todetaan yh teenvetona vielä keksinnön mahdollisia sovellutusmuo-toja. Mittaussignaaligeneraattori voi olla joko virta- 7 106529 tai jännitegeneraattori ts. potilaaseen syötettävä mittaussignaali voi olla joko virta- tai jännitesig-‘ naali. Edelleen mittaussignaali voidaan syöttää elekt- rodeihin joko unipolaarisesti tai bipolaarisesti ts.

5 joko vastakkaisvaiheisena tai samassa vaiheessa. Lisäksi mittaussignaali voidaan syöttää yhdestä tai useammasta elektrodista ja elektrodeja voi olla useampia kuin kolme. Edelleen on mahdollista syöttää mittaussignaali vastuksella, kondensaattorilla, kelalla, 10 muuntajalla tai niiden yhdistelmällä. Olennaista keksinnön mukaisessa menetelmässä on, että mittaussignaalin avulla määritetään impedanssien Z1 ja Z2 välisen suhteen muutos, joka on verrannollinen potilaan keuhkoissa olevan hengitysilman määrän muutoksiin.

15 Huomattakoon vielä, että keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa myös kahden elektrodin avulla siten, että toisesta elektrodista syötetään signaali ja toinen elektrodi maadoitetaan maadoitusim-pedanssilla. Tällöin mitataan maadoitusimpedanssin yli 20 olevaa jännitettä ja verrataan sitä mittaussignaaliin, jonka vertailun perusteella edelleen voidaan päätellä elektrodien välisen potilasimpedanssin muutos.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet 25 muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

- ' : «

Claims (10)

1. Menetelmä potilaan hengityksen tarkkailemiseksi, jossa menetelmässä potilaaseen yhdistetään joukko elektrodeja (la, Ib, 2) ja jossa hengitystä 5 tarkkaillaan mittaamalla elektrodien välisten impedanssien suhteiden muutoksia.t u n n e t t u siitä, että - syötetään mittaussignaali elektrodien (la, Ib) kautta; - maadoitetaan elektrodi (2) maadoitusimpedans- 10 silla (3); - mitataan maadoitusimpedanssin yli oleva jännite; ja - verrataan mitattua jännitettä mittaussignaaliin mittaussignaalin modulaation määrittämiseksi, joka mo- 15 dulaatio on verrannollinen elektrodien ja neutraa-lielektrodin välisten impedanssien suhteeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että järjestetään elektrodit (la, Ib) keuhkoihin nähden siten, että hengitys muuttaa mi- 20 tattavaa impedanssisuhdetta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattavien perusim-pedanssien välinen epäsymmetria kompensoidaan syötettävän mittaussignaalin jännite-epäsymmetrian avulla, 25 jolloin impedanssien epäsymmetrian muutos erottuu sei-vemmin.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattavien perusim-pedanssien välinen epäsymmetria kompensoidaan sovi- 30 tusimpedanssin avulla.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaali syötetään elektrodien (la, Ib) kautta vastak-kaisvaiheisena.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaali syötetään yhden elektrodin (la, Ib, 2) kautta. 3 106529

7. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - mitataan elektrodien (la, Ib) ja elektrodin (2) jännitettä ja/tai vast, jännite-eroa; ja 5 - verrataan mitattua jännitettä ja/tai vast, jän nite-eroa mittaussignaaliin mittaussignaalin modulaation määrittämiseksi, joka modulaatio on verrannollinen elektrodien välisten impedanssien suhteeseen.

8. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista 1 10 - 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mit taussignaali on vaihtosähkösignaali, jonka taajuus on noin 10 - 100 kHz, edullisesti noin 30 kHz.

8 106529

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaali on jänni- 15 tesignaali.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaali on virtasig-naali. ' · · ίο 106529