DE3643807A1 - Vorrichtung zur anzeige von druckerhoehung in der pleurahoehle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige von Druckerhöhung in der Pleurahöhle, die in Verbindung mit einer Drainagevorrichtung eingesetzt wer­ den kann, insbesondere eine Vorrichtung zur Bestimmung des höchsten Druckes, der während eines Atemcyclus eines Patienten über eine bestimmte Zeitspanne erreicht wird und Vergleich des erreichten höchsten Druckes mit vorher­ gehenden Messungen während einer bestimmten Zeitspanne.

Es gibt eine Anzahl von bekannten Patenten betreffend Pleurahöhlen-Drainagevorrichtungen mit Unterwasserdich­ tungen, die dazu dienen, daß atmosphärische Luft nicht in die Pleurahöhle des Patienten gelangen kann, der mit der Vorrichtung verbunden ist. Die in den US-PS 33 63 626 und 33 63 627 beschriebenen Pleurahöhlen-Drainagevorrich­ tungen, die typisch für den Stand der Technik sind, umfas­ sen eine Sammelkammer, eine Unterwasserdichtungskammer und eine Manometerkammer. Ein Drainagerohr verbindet die Sam­ melkammer mit der Pleurahöhle des Patienten. Außerdem ist an der anderen Seite der Unterwasserdichtung ein Durch­ gang vorgesehen, der die Drainagevorrichtung mit einer Ab­ saugeinrichtung verbindet. Beim Betrieb reguliert der Was­ serstand innerhalb der Manometerkammer die Absaugung von der Absaugeinrichtung, um den gewünschten Vakuumgrad in der Sammelkammer und in der Pleurahöhle des Patienten zu gewährleisten. Fluide aus der Pleurahöhle werden in der Sammelkammer gesammelt und die Gase aus der Pleurahöhle passieren die Unterwasserdichtung in Form von Blasen.

Pleurahöhlen-Drainagevorrichtungen der vorstehend beschrie­ benen Art funktionieren gut hinsichtlich der Aufrechter­ haltung des gewünschten Vakuumgrades in der Pleurahöhle, wobei die Unterwasserdichtung eine Einrichtung darstellt, die den Eintritt von atmosphärischer Luft in die Pleura­ höhle verhütet für den Fall, daß beispielsweise die Vor­ richtung von der Absaugeinrichtung getrennt wird. Es wurde gefunden, daß die Unterwasserdichtung auch eine weitere wichtige Funktion erfüllt. Ärzte, die die Unterwasserdich­ tung überwachen, beobachten den Durchgang von Luftblasen durch die Dichtung und können aus der Häufigkeit des Durchgangs dieser Blasen die Stärke des Luftlecks in der Pleurahöhle des Patienten beurteilen. Diese Funktion der Unterwasserdichtung als diagnostisches Instrument ist wichtig; die vorliegende Erfindung dient der Verbesserung dieser Funktion, so daß der Arzt genauer den Zustand des Patienten bestimmen kann, selbst wenn die Zeit, die er dem Patienten widmen kann, relativ begrenzt ist.

Die Schwierigkeit, der man bei den Drainagevorrichtungen des Standes der Technik begegnet, tritt beispielsweise dann auf, wenn keine oder nur eine einzige Blase die Unter­ wasserdichtung in der Zeit passiert, während der Arzt sich mit dem Patienten befaßt. Unter diesen Umständen kann der Arzt weder das Zeitintervall zwischen den Blasen, noch das Gesamtluftvolumen, das in einer vorgegebenen Zeit aus der Pleurahöhle austritt, bestimmen.

In der DE-OS 35 36 651 ist bereits eine Anzeige- und Zähl­ vorrichtung zur Anzeige der Anwesenheit einer Blase, die die Unterwasserdichtung einer Pleurahöhlen-Drainagevorrich­ tung passiert, vorgeschlagen worden. Die Anzeigeeinrich­ tung gibt ein Signal zu einer Einrichtung, die die vergan­ gene Zeit zwischen den Blasen anzeigt. Auf diese Weise kann der Arzt durch Beobachtung einer visuellen Anzeige, mit der die Einrichtung ausgerüstet ist, die vergangene Zeit sofort feststellen, seit die Einrichtung zurückge­ stellt und wieviel Zeit seit der letzten Blase, die die Dichtung passiert hat, verstrichen ist. Ein weiterer Zähler empfängt auch das Blasen-Detektorsignal und zählt die gesamte Anzahl von Blasen während einer bestimmten Zeitspanne. Diese Information befähigt den Arzt, das Ge­ samtvolumen an Luftverlust aus der Pleurahöhle während dieser Zeitspanne zu bestimmen. Der Arzt ist dadurch bes­ ser ausgestattet, um feststellen zu können, wann die Pleurahöhle des Patienten geheilt ist.

Normalerweise ist die Pleurahöhle ein geschlossener Sack innerhalb des Raumes zwischen den Lungen und dem Brust­ korb und dem Zwerchfell. Normalerweise, wenn keine Bewe­ gung der Rippen oder des Zwerchfells stattfindet, herrscht im Inneren der Lunge, die direkt mit der Atmosphäre ver­ bunden ist, Atmosphärendruck. In der Pleurahöhle herrscht üblicherweise ein ungefährer Druck von -5 cm H₂O. Auf­ grund des Druckunterschiedes zwischen der Pleurahöhle und dem Inneren der Lunge expandiert die Lunge, soweit es der Brustkorb, das Zwerchfell und die Lunge selbst zuläßt. Wenn die Lunge in üblicher Weise nachgiebig ist, ist die Pleurahöhle nicht vorhanden, da die visceral Pleura der Lunge sich in unmittelbarer Nachbarschaft mit der parietal Pleura des Brustkorbes befindet. Während der Atmung be­ wirkt die Bewegung des Brustkorbes und des Zwerchfells Druckänderungen in der Pleurahöhle, was wiederum eine Expansion oder Kontraktion des Lungenvolumens bedingt, wodurch ein Gasaustausch beim Ein- und Ausatmen statt­ findet.

In der eingangs erwähnten älteren DE-OS 35 36 651 ist eine Einrichtung beschrieben zur Anzeige einer Blase, die durch die Unterwasserdichtung einer Pleura-Drainagevor­ richtung perlt, und zur Übertragung eines Signals zu einer Einrichtung, die die verstrichene Zeit zwischen den Blasen oder die Menge der Blasen pro Zeiteinheit, die durch die Unterwasserdichtung perlen, anzeigt. Es muß darauf hingewiesen werden, daß der Durchgang der Blasen grundsätzlich darauf zurückzuführen ist, daß in der Pleurahöhle sich ein Druckaufbau vollzieht. Bei einer Unterwasserdichtung befindet sich der Wasserspiegel in dem großen Abteil und in dem kleinen Abteil auf der glei­ chen Höhe, wenn der Luftdruck in den beiden Abteilen gleich ist. Wenn das große und das kleine Abteil auf ein Niveau von 2 cm gefüllt sind und der Druck in dem kleinen Abteil der Unterwasserdichtung den Druck in dem großen Abteil der Unterwasserdichtung um mehr als 2 cm überschrei­ tet, perlen Luftblasen von dem kleinen Abteil durch die Wasserdichtung in das große Abteil. Wenn die Höhe der Flüssigkeit in dem großen Abteil 3 cm über der des klei­ nen Abteils des Wasserdichtungs-U-Rohrmanometers liegt und Blasen in das große Abteil perlen, muß die Druckdiffe­ renz größer als 3 cm H₂O sein. In entsprechender Weise gilt, wenn die Wasserhöhe in dem großen Abteil 0,5 cm über der des kleinen Abteils beim Durchperlen von Blasen liegt, daß die Druckdifferenz 0,5 cm H₂O überschritten haben muß. Es ist jedoch nicht notwendig, zu warten, bis Blasen von dem kleinen Abteil in das große Abteil perlen, wie dies in der DE-OS 35 36 651 angegeben ist, um zu erkennen, daß kein bzw. ein klinisch bemerkenswertes Luftleck von der Lunge in die Pleurahöhle vorliegt. Es ist möglich, den klinischen Zustand des Patienten zu beurteilen, ohne zu warten, bis Blasen durchperlen.

Bei der normalen Atmung findet beim Einatmen des Patienten eine Druckminderung in der Pleurahöhle statt, während dort beim Ausatmen eine Druckerhöhung stattfindet. Durch Beob­ achtung der maximalen Erniedrigung des Wasserspiegels in dem kleinen Abteil der Unterwasserdichtung kann bestimmt werden, ob in der Pleurahöhle Luftlecke vorhanden sind, ohne daß überhaupt eine Blase vom kleinen Abteil in das große Abteil der Unterwasserdichtung zu perlen braucht.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist entlang des kleinen Abteils der Unterwasserdichtung in einer Drainagevorrichtung eine Einrichtung zur Bestim­ mung des niedrigsten Flüssigkeitsspiegels in der Unter­ wasserdichtung, der dem maximalen Druck entspricht, der in der Pleurahöhle des Patienten während des Luftaus­ stoßes aus den Lungen auftritt, angeordnet. Bei normalen Atemcyclen steigt und fällt die Flüssigkeit innerhalb des kleinen Abteils der Unterwasserdichtung, beispiels­ weise von -3 cm H₂O auf -12 cm H₂O. Durch Messung des maximalen Druckes, -3 cm H₂O, und durch Bestimmung, ob bei wiederholenden Atemcyclen dieser maximale Druck kon­ stant bleibt und er sich nicht auf annähernd Null erhöht und damit die mögliche Bildung von Blasen anzeigt, kann auf den Zustand in des Patienten Pleurahöhle geschlossen werden. Die Anzeigeeinrichtung zur Bestimmung des während eines jeden Atemcyclus erreichten maximalen Druckes ist mit einer Vergleichseinrichtung verbunden, die diesen Wert mit den Drücken der vorherigen Atemcyclen vergleicht und, wenn die Messung einen maximalen Druck zeigt, der höher als die Drücke irgendwelcher vorhergegangener Atem­ cyclen ist, setzt die Vergleichseinrichtung einen Zeit­ nehmer in Betrieb. Ein solcher Zeitnehmer stellt für den Arzt ein Hilfsmittel dar, um festzustellen, wie lange es gedauert hat, seitdem sich der in der Pleurahöhle erreich­ te maximale Druck nicht verändert hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine An­ zeigevorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, Druckerhöhungen innerhalb der Pleurahöhle eines Patienten während einer Reihe von Atemcyclen festzustellen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der der maximale Druck bestimmt werden kann, der inner­ halb des kleinen Abteils der Unterwasserdichtung einer Pleura-Drainagevorrichtung während der Atemcyclen eines Patienten erreicht wird.

Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den maximalen Druck zu bestimmen, der in dem kleinen Abteil einer Unterwasserdichtung einer Drainagevorrichtung auf­ tritt, und die Zeit zu bestimmen, während der der erreich­ te maximale Druck nicht weiter erhöht wurde.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus den folgenden Ausführungen und den Zeichnungen ersichtlich.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Drainagevorrichtung, die mit der erfindungsgemä­ ßen Anzeigevorrichtung ausgerüstet ist.

Fig. 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die mit der Anzeigevorrichtung bzw. den in Nachbarschaft an­ geordneten Sensoren ausgerüsteten Unterwasser­ dichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Schalt­ kreis, teilweise in Blockform, von einer bevor­ zugten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung einen Schalt­ kreis des Kontrollschaltkreises von Fig. 3 und

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm einer output- und display- Einheit, aufgebaut gemäß einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung.

Die in den Zeichnungen angegebenen Bezugszeichen haben in allen Fig. die gleiche Bedeutung. Aus Fig. 1 ist eine Unterwasser-Drainagevorrichtung 1 dargestellt, ein­ schließlich einer Sammelkammer 2, einer Unterwasserdich­ tungskammer 3 und einer Manometerkammer 4. Die Drainage­ vorrichtung 1 weist einen Einlaß 5 auf, der durch ein Drainagerohr mit der Pleurahöhle eines Patienten verbun­ den ist. Ein Anschluß 6 ist zur Verbindung mit einer Saug­ quelle vorgesehen. Der mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Auslaß 7 dient der Regelung der Saugstärke, die auf die Sammelkammer 2 und die Pleurahöhle des Patienten einwirkt.

Die Unterwasserdichtungskammer 3 weist ein kleines Abteil 8 und ein großes Abteil 9 auf. Das Wasser innerhalb des kleinen Abteils 8 der Unterwasserdichtungskammer 3 steigt und fällt mit jedem Ein- bzw. Ausatmen während der Atem­ cyclen des Patienten. Ohne ein Luftleck in der Pleura­ höhle des Patienten bleibt der während des Ausatmens er­ reichte maximale Druck nahezu konstant, z. B. -3 cm H₂O. Wenn sich jedoch dieser Wert des maximalen Druckes, z.B. auf -1 oder 0, erhöht, so deutet dies auf ein mög­ liches Luftleck in der Pleurahöhle hin. Gemäß der vor­ liegenden Erfindung wird eine Einrichtung zur Verfügung gestellt zur Bestimmung des maximalen Drucks, der während eines jeden Atemcyclus des Patienten erreicht wird, mittels einer Reihe von Sensoren 10, die an einer Seite des kleinen Abteils 8 der Unterwasserdichtung angeordnet sind, und einer Reihe von Detektoren 11, die an der ande­ ren Seite des kleinen Abteils 8 der Unterwasserdichtung angeordnet sind, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die entlang der einen Seite des kleinen Abteils 8 der Unterwasserdichtung angeordneten Detektoren 11 zeigen die Abwesenheit von Wasser an und geben ein Signal und zeigen damit in jeder Höhe wo Luft ist, die Anwesenheit von Luft an. Demzufolge zeigt der niedrigste Stand entlang des kleinen Abteils 8 der Unterwasserdichtung, wo Luft anwesend ist, den in der Pleurahöhle eines je­ den Atemcyclus erreichten maximalen Druck an.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer bevorzug­ ten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorschal­ tung. Ein besonderer Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß sie auf elektronischem Wege gegen die Einwir­ kung von Umgebungslicht geschützt ist. Charakteristische Schaltungswerte sind in der Figur angegeben. Die bzw. der vorstehend angeführte und in Fig. 3 mit 20 gekenn­ zeichnete Lichtquelle bzw. -strahler 10 ist eine Licht emittierende Diode (LED) 50, die über einen Widerstand 52 mit einem Schalttransistor 54 in Reihe geschaltet ist. Der vorher beschriebene und in Fig. 3 mit 22 gekennzeich­ nete Lichtdetektor 11 ist durch einen Fototransistor 56 gebildet, der Licht von der LED 50 empfängt. Der Emitter des Fototransistors 56 ist über eine parallelgeschaltete Reihenschaltung aus einem variablen Widerstand 58 und einem Festwiderstand 60, sowie über einen in Serie lie­ genden Kondensator 62 zugleich mit einem parallelgeschal­ teten Schalter 64 und einem in Reihe liegenden Schalter 66 verbunden. Das Umschalten der Schalter 64 und 66 wird durch eine in Fig. 4 dargestellte Steuerschaltung 68 ge­ steuert, die im wesentlichen aus einem Oszillatorkreis zur Ansteuerung der LED 50 und des Fototransistors 56 besteht. Ein Ausgang der Steuerschaltung 68 ist, wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, über einen Widerstand 70 mit der Basis des Transistors 54 verbunden. Die Schalter 64 und 66 arbeiten in Verbindung mit dem Kondensator 62, einem weiteren parallelgeschalteten Kondensator 72 und der Steuerschaltung 68 hauptsächlich als Tastspeicher­ schaltung zum Abtasten und Halten des Ausgangssignals des Fototransistors 56. Die Steuerschaltung wird weiter unten im einzelnen beschrieben.

Der Schalter 66 ist über den parallelgeschaltenen Konden­ sator 72 mit einem Eingang eines Operationsverstärkers 74 verbunden, der zur Pufferung des Eingangssignals dient. Der Ausgang des Operationsverstärkers 74 ist zugleich über einen Widerstand 76 an eine Ausgangsklemme "ANALOG OUT" und über einen Serienwiderstand 80 an einen Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 78 angeschlossen. Der andere, positive Eingang des Operationsverstärkers 78 ist über einen Widerstand 82 mit dem Abgriff eines in Serie zu einem Widerstand 86 liegenden Potentiometers 84 verbunden. Zwischen dem Ausgang und dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 78 ist ein Rückkoppelungswider­ stand 88 eingeschaltet. Der Operationsverstärker 78 arbei­ tet im wesentlichen als Schmitt-Trigger und dient dazu, dem Eingangssignal Rechteckform zu geben. Das Potentiome­ ter 84 wird zur Festlegung des Schaltschwellwertes be­ nutzt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 78 ist über einen Serienwiderstand 90 mit einem Inverter 92 verbunden, der das Signal invertiert und weiter puffert und dessen Ausgang den Sensorausgang bildet.

Gemäß Fig. 4 enthält die Steuerschaltung 68 einen Inver­ ter 94 und einen dazu parallel geschalteten Widerstand 96, die zusammen einen Oszillatorkreis bilden. Zwischen dem Eingang des Inverters 94 und Masse ist ein Kondensator 98 eingeschaltet. Der Ausgang des Inverters 94 ist über ein aus einem Längswiderstand 100 und einer Querkapazität 102 bestehenden Phasenschieber-Netzwerk mit einem weiteren Inverter 104 direkt mit einem Eingang eines ersten NAND- Gatters 106 und über einen weiteren Inverter 108 mit einem Eingang eines zweiten NAND-Gatters 110 verbunden. Der zweite Eingang des ersten NAND-Gatters 106 entspricht dem Ausgang des Inverters 104, dem ein weiterer Inverter 112 nachgeschaltet ist. Der Ausgang des Inverters 112 ist einerseits mit dem zweiten Eingang des zweiten NAND­ Gatters 110 verbunden und bildet andererseits den Eingang "B" des Transistors 54. In einer beispielhaften Ausfüh­ rung wird der Transistor 54 durch die Steuerschaltung 68 bei einer Frequenz von 1 KHz geschaltet.

Die NAND-Gatter 106 und 110 arbeiten in der Hauptsache als Differenzierglieder; ihre durch die Inverter 114 und 116 invertierten Ausgangssignale bilden in dieser Reihen­ folge die Eingangssignale für den in Reihe liegenden Schalter 66 und den parallel liegenden Schalter 64. Hin­ sichtlich dieses Aspekts der Arbeitsweise der Steuer­ schaltung 68 wirkt die Steuerung so, daß kurz vor dem Einschalten der LED 50 der Schalter 64 eingeschaltet und damit der Kondensator 62 an Masse gelegt wird. Dann wird die LED 50 eingeschaltet, wodurch das Ausgangspotential des Fototransistors 56 ansteigt. Kurz bevor die LED 50 ausgeschaltet wird, wird der Schalter 66 eingeschaltet und damit der Ausgang des Fototransistors 56 an den Kon­ densator 72 gelegt, so daß die daran anliegende Spannung ein Maß ist für die Änderung der Detektorspannung während jedes Ein-/Ausschalt-Intervalls der LED 50.

Ein weiterer Zweck der Steuerschaltung 68 besteht in Ener­ gieeinsparungen, besonders bei Benutzung batteriegespei­ ster Geräte. Prinzipiell kann jedoch auch, falls gewünscht, der Sendeteil dieser Sensorschaltung für kontinuierlichen Betrieb vorgesehen werden.

In Fig. 5 ist die Systemausgangsschaltung gezeigt. Es wer­ den drei, der in Fig. 3 dargestellten Sensorschaltungen benutzt. Diese drei Schaltungen, die den drei Sensor/ Detektor-Kombinationen in dem kleinen Abteil der Unter­ wasserdichtung und den Schaltungsausgängen entsprechen, bilden die drei Eingänge einer Mehrheitslogikschaltung 118. Die Anwesenheit von Luft zwischen dem Sensor und dem Detektor bewirkt, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird.

Der Ausgang der Mehrheitslogikschaltung 118 ist mit einem Zähler-Anzeigegerät 120 und mit einem Rückstelleingang eines Anzeigegerätes 122 für die Zeit "der maximale Druck hat sich nicht erhöht" verbunden. Das Zähler-Anzeigege­ rät 120 erhält ein Zeit-Eingangssignal von allen Sensor/ Detektor-Kombinationen und bestimmt, welches Signal für den maximalen Druck steht. Das Anzeigegerät 122 erhält ein Zeitreferenz-Eingangssignal von sehr kurzer Dauer (z.B. 0,1 Sekunden bei einer beispielhaften Ausführungs­ form) und enthält im wesentlichen einen Zähler zum Zäh­ len der Anzahl von Eingangsimpulsen bis zur Rückstellung durch ein Signal "maximaler Druck", womit eine Anzeige des Zeitabstandes, während der sich der maximale Druck nicht erhöht hat, möglich ist.

Die Erfindung ist vorstehend anhand von beispielhaften Ausführungen beschrieben worden, dem Fachmann sind jedoch Abwandlungen und Ausgestaltungen dieser Ausführungsbei­ spiele möglich, ohne dadurch den Umfang und Grundgedan­ ken der Erfindung zu verlassen.

Claims (3)

1. Drainagevorrichtung bestehend im wesentlichen aus einer Sammelkammer zur Aufnahme von Fluiden aus der Pleurahöhle eines Patienten, einer Meßeinrichtung zur Messung des Druckes in der Pleurahöhle während eines jeden Atemcyclus und Umsetzung in ein Ausgangs­ signal, das dem gemessenen Wert entspricht, und einer Vergleichseinrichtung, die mit dem Ausgang der Meßeinrichtung zwecks Vergleich der Messung mit vorhergehenden Messungen verbunden ist.

2. Drainagevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie weiterhin eine Zeitmeßeinrichtung umfaßt, die arbeitsmäßig mit der Vergleichseinrich­ tung verbunden ist, um die Druckänderungen pro Zeit­ einheit zu bestimmen.

3. Drainagevorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drainagevorrichtung eine Unterwasserdichtungskammer mit Detektoren und Senso­ ren umfaßt, wobei die Detektoren Infrarotlicht­ quellen sind und die Sensoren geeignet sind, das Infrarotlicht aufzunehmen, wenn sich Luft zwischen der Infrarotquelle und dem Sensor befindet.