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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Lungenwerten eines
Patienten. Insbesondere bezieht sie sich auf einen tragbaren Spirometer, um diverse, für die
medizinische Diagnose notwendige Parameter zu messen, wie den expiratorischen
Spitzenfluß oder die Spitzen-Ausatmungsströmung, das maximale Ausatmungsvolumen in einer
Sekunde (VEMS), etc.
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Die Messung der maximalen Ausatmungsströmung wird häufig von Personen durchgeführt,
die Asthmatiker sind, an einer Bronchitis leiden, an Mukoviscidose erkrankt sind oder bei
denen eine Lungentransplantation durchgeführt wurde. Tatsächlich ermöglicht diese Messung
insbesondere für Asthmatiker, das plötzliche Auftreten von asthmatischen Anfällen
vorherzusehen, und im Verlauf einer Behandlung trägt sie zu einer ausgewogenen
Medikamenteneinahme bei.
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Es ist daher wünschenswert, daß Patienten regelmäßig ihre maximale Ausatmungsströmung
untersuchen können, regelmäßige Aufzeichnungen über ihre Charakteristika führen und sie an
ihren Arzt weitergeben oder sie auf eine von ihrem Arzt angegebene Weise direkt nutzen
können.
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Es existieren mechanische Spirometer, bei denen die Atmungsströmung eines Patienten gegen
einen Kolben wirkt, der von einer Feder zurückgestellt wird. Diese mechanischen
Vorrichtungen sind vorteilhafterweise weniger kostenintensiv und weisen einen geringen Raumbedarf
auf, jedoch besitzen sie den Nachteil, nicht sehr betriebssicher, nicht sehr präzise und nicht
sehr zuverlässig zu sein.
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Um eine Vorrichtung zum elektronischen Messen einer Strömung zu realisieren, ist es
bekannt, einen Venturi-Strömungssensor zu verwenden. Ein derartiger Sensor umfaßt ein Rohr
mit einer Verengung. Wenn ein Patient in das Rohr ausatmet, stellt sich auf beiden Seiten der
Verengung ein Druckunterschied ein, der in einem gewissen Messbereich abhängig von den
Dimensionen und der Form der Verengung im wesentlichen proportional zur Strömung ist.
Dieser Unterschied wird von einem Differenzdrucksensor gemessen, der über Leitungen mit
Bereichen des Rohres verbunden ist, die auf beiden Seiten der Verengung liegen.
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Ein spezifisches Problem, das sich bei der Verwendung eines Venturi-Strömungsmessers in
einem Spirometer stellt, besteht darin, daß der Spirometer zum regelmäßigen Reinigen und
Sterilisieren unter Umständen nach jeder Benutzung geeignet sein muß. Insbesondere muß
vermieden werden, daß von dem Speichel oder anderen Schleimauswürfen des Patienten
stammende Keime sich in dem Rohr oder in den zu dem Sensor führenden Leitungen stark
vermehren können. Außerdem ist die Reinigung wegen des auf Höhe der Verengung relativ
engen, funktionellen Durchgangs und wegen der unvermeidbaren einspringenden Ecken nicht
leicht, die schwierig zu erreichen sind und einen Hort für Schmutz darstellen.
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Das amerikanische Patent 5 137 026 beschreibt einen tragbaren elektronischen Spirometer mit
einem derartigen Venturi-Strömungssensor. Das Messrohr ist fest mit dem Gehäuse der
Vorrichtung verbunden. Um eine Verschmutzung der zu dem Drucksensor führenden Leitungen
zu verhindern, sind besondere Filter in diesen Leitungen dort angeordnet, wo sie in das Rohr
münden. Diese Filter müssen flüssigkeitsundurchlässig und luftdurchlässig sein. Um das Rohr
zu reinigen und zu sterilisieren, muß die ganze Vorrichtung in eine antiseptische Lösung
eingetaucht werden. Hierfür muß die Vorrichtung vollkommen dicht sein, was ihre Kosten
erheblich erhöht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen tragbaren elektronischen Spirometer zu
entwickeln, der keine Probleme hinsichtlich der Reinigung und der Sterilisation aufweist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen derartigen Spirometer
vorzusehen, der einen geringen Raumbedarf aufweist und eine leichte Handhabe und Verstauung
gewährleistet.
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Diese Aufgaben werden gelöst, indem das Messrohr entfernbar ist und insbesondere leicht
herausgenommen und wieder eingesetzt werden kann.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zum Messen einer
expiratorischen Strömung mit einem Messrohr, das durch eine Verengung des Rohres teilweise gesperrt
ist, und einem Differenzdrucksensor, der mit dem Rohr gekoppelt ist, um den Druck in dem
Rohr auf beiden Seiten der Verengung zu messen. Das Messrohr ist entfernbar und umfaßt an
seiner Außenseite flexible ringförmige Dichtungen, die von der Außenseite vorstehen und auf
beiden Seiten von Öffnungen angeordnet sind, die auf beiden Seiten der Verengung
angeordnet sind. Das Messrohr ist in eine Aufnahme der Vorrichtung einsetzbar, wobei die Aufnahme
einen Durchmesser hat, der geringfügig größer als der Außendurchmesser des Messrohres ist,
so daß dann, wenn das Messrohr in der Aufnahme sitzt, die ringförmigen Dichtungen mit der
Aufnahme und der Außenwand des Rohres ringförmige Kammern definieren, welche jeweils
mit zwei Durchgängen der Aufnahme, die mit dem Drucksensor verbunden sind, in
Verbindung stehen.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist die Aufnahme abgeschrägt (konisch) und die
Außenwand des Messrohres stufenweise komplementär zur Aufnahme, wobei ein
Stufenübergang auf dem Niveau jeder ringförmigen Dichtung liegt.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung sind die ringförmigen Dichtungen O-Ringe, die in
den Rillen des Messrohres angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfaßt die Aufnahme an ihrem Ende mit dem
kleinsten Durchmesser eine Innenschulter, um das Ende mit dem kleinsten Durchmesser des
Meßrohres zu stoppen und zu zentrieren.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung umfaßt die Vorrichtung ein langgestrecktes Gehäuse,
dessen Längsachsen parallel zu der Achse des Meßrohres ist.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung steht das innere Ende des Meßrohres mit einem Horn
(Trichter) in Verbindung, um die Luftströmung in dem Rohr zur Seite abzulenken.
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Diese Merkmale, Eigenschaften sowie Vorteile und dergleichen der Erfindung werden im
Detail in der folgenden Beschreibung von nicht beschränkenden, besonderen
Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, von denen zeigen:
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Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführung des Rohrs zum Messen einer Strömung sowie
sehr schematisch die damit verbundenen elektronischen Schaltungen; und
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Fig. 2A und 2B eine Draufsicht und eine Seitenquerschnittansicht einer Ausführung des
ganzen, tragbaren, erfindungsgemäßen Spirometers.
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Fig. 1 zeigt teilweise ein Spirometergehäuse 10, das erfindungsgemäß mit einer
zylindrischen Aufnahme 11 versehen ist, deren beiden Enden atmosphärenseitig offen sind. Diese
Aufnahme 11 ist beispielsweise durch die Innenwand eines Rohres gebildet, das mit dem
Gehäuse 10 fest verbunden ist. In der Aufnahme 11 ist ein entfernbares Messrohr 13 angeordnet,
dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der Durchmesser der Aufnahme 11 ist.
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Das Messrohr 13 ist in seiner Messstellung dargestellt. Das eine (linke) Ende steht aus der
Aufnahme 11 hervor und bildet ein Ansatzstück, in welches der Patient ausatmet. Das andere
Ende des Rohrs 13 stößt gegen eine Innenschulter 15 der Aufnahme 11. Diese Schulter 15
kann zweckmäßigerweise in dem Gehäuse 10 liegen.
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Das Messrohr 13 ist an beiden Enden offen, so daß die von dem Patient ausgeatmete Luft
ungehindert von einem Ende zum anderen des Messrohrs 13 strömen kann, wie dies durch Pfeile
angedeutet ist. Das Meßrohr 13 ist mit einem Diaphragma versehen oder ein Venturi-Rohr.
Der Innendurchmesser des Rohrs 13 ist im wesentlichen konstant und umfaßt eine lokale
Verengung (oder Diaphragma) 17 in der Nähe der Mitte des Rohres. Die Wand des Rohres 13
umfaßt zwei Öffnungen 18, 19 auf beiden Seiten der Verengung 17. Die relative Position
dieser Öffnungen 18, 19 ist wenig relevant, und es können dort mehrere auf jeder Seite der
Verengung 17 vorgesehen sein.
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Zwischen den beiden Öffnungen 18, 19 und auf beiden Seiten dieser Öffnungen sind O-Ringe
21 in Rillen an der Außenfläche des Rohres 13 angeordnet. Diese O-Ringe 21 ragen ein wenig
von der Außenfläche des Rohres 13 vor und berühren die Wand der Aufnahme 11, so daß
zwei mit den jeweiligen Öffnungen 18, 19 in Verbindung stehende, ringförmige Kammern 23,
24 von der Wand der Aufnahme 11 und der Außenwand des Rohres 13 begrenzt werden. Die
Aufnahme 11 ist mit zwei Durchgängen 25, 26 versehen, die jeweils in eine der beiden
ringförmigen Kammern 23, 24 münden und an einen Differenzdrucksensor 27 über Schläuche 28
oder einen direkten Stecker angeschlossen sind.
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Bei dieser Ausführung kommunizieren abgedichtet die Räume auf beiden Seiten der
Verengung 17 über die Öffnungen 18, 19, die ringförmigen Kammern 23, 24 und schließlich durch
die Durchgänge 25, 26 mit dem Drucksensor 27. Die Kammern 23, 24 besitzen einen kleinen
Querschnitt, jedoch ermöglichen sie nichtsdestoweniger, wie auch immer die Position der
Öffnungen 18, 19 bezüglich der Durchgänge 25, 26 ist, den Innendruck des Rohrs 13 auf den
Sensor 27 auch dann zuverlässig zu übertragen, wenn es keinen Luftstrom vom Rohr zum
Sensor gibt.
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In der Fig. 1 sind die Öffnungen 18, 19 auf der gegenüberliegenden Seite der Durchgänge
25, 26 dargestellt, können jedoch selbstverständlich an irgendeiner radialen Position liegen,
vorausgesetzt, daß ihre axiale Position derart ist, daß die Durchgänge 25, 26 mit ihrer
jeweiligen Kammer 23, 24 in Verbindung stehen.
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Das Rohr 13 wird in der Aufnahme 11 lediglich durch das Haftvermögen der Dichtungen 21
gehalten. Auf diese Weise kann das Rohr 13 ohne besondere Halteeinrichtung und ohne
besondere Vorsichtsmaßnahme entnommen und wieder eingesetzt werden, außer daß das Rohr
13 gegen die Schulter 15 in Anschlag zu kommen hat, welche die richtige Position der
Kammern 23 bezüglich der mit dem Drucksensor verbundenen Durchgängen 25, 26 definiert. Dies
ermöglicht eine besonders schnelle und leichte Handhabe des Messrohrs 13.
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Wenn ein Patient in das Rohr 13 ausatmet, bleibt sein Speichel und unter Umständen
Schleimauswürfe an der Innenwand des Rohres 13 haften. Der Speichel kann unter
Umständen in die Öffnungen 18, 19 gelangen, allerdings ist es wenig wahrscheinlich, daß er die
Wand der Aufnahme 11 erreicht, sofern keine Strömung in den Öffnungen 18, 19 vorliegt.
Um die Vorrichtung effektiv zu reinigen und zu sterilisieren, ist es ausreichend, das Rohr 13
herauszuziehen und es zu waschen oder es in eine antiseptische Lösung einzutauchen. Es ist
insofern unsinnig, die gesamte Vorrichtung zu waschen, um zufriedenstellende hygienische
Bedingungen zu garantieren, als die Vorrichtung abgedichtet ist.
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Die Tatsache, daß das Meßrohr 13 entfernbar ist, ermöglicht dem Arzt, mehrere Rohre zur
Durchführung von Messungen an aufeinanderfolgenden Patienten einzusetzen. Die Rohre 13
sind einfach aufgebaut, also wenig kostenintensiv und können aus Kunststoff gespritzt sein.
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Gemäß einer Ausführung ist die Wand der Aufnahme 11 etwas abgeschrägt (konisch), wobei
der kleinste Durchmesser auf der Seite des Anschlags 15 ist. Da die Außenwand des Rohrs
dazu komplementär ist, ist es möglich, das Rohr 13 in der Aufnahme 11 mit einem geringen
Aufwand herauszuziehen und einzusetzen. Tatsächlich reiben die O-Ringe 21 und die
Aufnahme 11 nur innerhalb einer geringen Wegstrecke beim Einführen und Herausziehen des
Rohres 13 aneinander. Das innere Ende des Rohres kann, wie dargestellt ist, eine
Zentnerschulter 30 umfassen, die mit der Anschlagschulter 15 zusammenwirkt.
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Gemäß einer weiteren Ausführung, bei welcher die Aufnahme 11 stetig abgeschrägt ist, kann
die Außenfläche des Rohres 13, wie dargestellt ist, durch zylindrische Abschnitte mit
abgestuften Durchmessern realisiert sein, so daß eine Konizität annähernd erreicht wird, die zu
derjenigen der Aufnahme 11 komplementär ist. Jeder Stufenübergang liegt auf dem Niveau
eines der O-Ringe 21. Diese Lösung ermöglicht eine einfache Herstellung des Rohres 13.
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Eine in dem Gehäuse 10 untergebrachte elektronische Schaltung, die das Signal des Sensors
27 auswerten kann, ist sehr schematisch anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1
dargestellt. Der Differenzsensor 27 kann ein kommerziell erhältlicher sein, wie derjenige, der unter
der Bezeichnung MPX10D von dem Unternehmen Motorola vertrieben wird. Das von dem
Sensor 27 abgegebene Signal wird von einer Konditioniereinrichtung 32 (Verstärker, Filter,
Integrator, etc.) verarbeitet, bevor es zu einem Analog-/Digitalwandler 34 gelangt. Das von
dem Wandler 34 abgegebene digitale Signal wird von einer Mikrosteuereinrichtung 36
ausgewertet, der den Strömungswert in einem Speicher 38 speichern und ihn von einem
Anzeigefeld 40 anzeigen kann. Druckknöpfe 42 dienen dazu, aus mehreren Funktionen der
Mikrosteuereinrichtung 36 neben der einfachen Messung der Strömung beispielsweise die Anzeige
von vorher gemessenen Strömungen sowie das Datum und die Uhrzeit dieser Strömungen
auszuwählen.
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Die Fig. 2A und 2B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Querschnittansicht einer Ausführung
eines ganzen tragbaren Spirometers.
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In Fig. 2A ist das Gehäuse 10 dieser Vorrichtung trapezförmig mit abgerundeten Ecken
ausgebildet. Das Rohr 13 steht an der kleineren Trapezseite vor, und die Aufnahme 11 ist durch
ein mit dem Gehäuse 10 fest verbundenes Rohr gebildet. Das Anzeigefeld 40 befindet sich in
der Nähe der langen Trapezseite und ist parallel zu dieser angeordnet. Die Knöpfe 42 sind
Seite an Seite unterhalb des Anzeigefeldes 40 angeordnet.
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In der Fig. 2B ist die Aufnahme 11 auf der Seite der Schulter 15 durch einen Trichter/Horn 50
verlängert, der mit dem Gehäuse 10 fest verbunden ist und der den Luftfluß in Richtung einer
Öffnung an der Innenseite des Gehäuses 10, d. h. senkrecht zur Achse des Rohres 13,
umleitet.
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Mit dieser Ausführung ist die Vorrichtung besonders raumsparend und kann leicht in einer
Tasche untergebracht werden, insbesondere dank der Tatsache, daß kein langgestrecktes Teil
senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 10 vorsteht. Die Aufnahme 11 und der Trichter 15
können leicht gegebenenfalls mit Hilfe eines Tuchs oder eines mit einer antiseptischen
Lösung getränkten Baumwollstoffs gereinigt werden. In der Praxis soll eine derartige Reinigung
viel weniger häufig als die Reinigung des Messrohres 13 stattfinden.
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Das die Aufnahme 11 und den Trichter 15 aufnehmende Gehäuse 10 kann einfach aus einem
einzigen Kunststoffspritzarbeitsschritt realisiert sein.
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Selbstverständlich eignet sich die Erfindung auch für diverse Varianten und Modifikationen,
die einem Fachmann offensichtlich sind, und der Schutzbereich wird durch die
nachfolgenden, beiliegenden Ansprüche definiert.
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Ein erstes Beispiel einer Variante betrifft die Dichtungen zwischen dem Meßrohr und seiner
Aufnahme. Am Ort der O-Ringe, die in den Rillen des Meßrohres untergebracht sind, kann
vorgesehen sein, daß diese Dichtungen durch Innenborde gebildet sind, die einstückig mit
dem Rohr ausgebildet sind. Diese Variante ist insbesondere bei der Realisation der aus
Kunststoff gespritzten Rohren anwendbar.
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Eine andere beispielhafte Variante betrifft den Anschlag zwischen dem Meßrohr und seiner
Aufnahme. Am Ort einer Innenschulter am Boden der Aufnahme kann eine Außenschulter an
dem Meßrohr in der Nähe seiner Mündung vorgesehen sein.