DE7411233U1 - Vorrichtung zum Erfassen der Lungenperfusion - Google Patents

Description

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Siemens Aktiengesellschaft Erlangen, 28. März 1974

Henkestraße 127

VPA 74/5055 Kue/Kal

Vorrichtung zum Erfassen der Lungenperfusion

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen der Lungenperfusion, mit einer Ganzkörperplethysmographen-Kabine, in der ein Proband durch ein Atemrohr Kabinenluft und zeitweise ein NpO-Gemisch aus einem Gasbehälter atmet, wobei dem Atemrohr wenigstens Mittel zum Erfassen des Atemstromes im Atemrohr sowie ein NpO-Messer und der Kabine ein Druckmesser zum Messen des Kabinendruckes gegen einen Referenzdruck sowie Mittel zum Kompensieren von aufgrund Wärmeeffekten erzeugten Kabinenschwankungen zugeordnet sind.

Läßt man eine Versuchsperson in einer gasdichten Plethysmographen-Kabine ein N„O-Gemisch inhalieren, so wird durch die NpO-Aufnähme im Blut die Gesamtzahl der Gasmoleküle in diesem Raum kleiner, wodurch der Drjck in der Kabine absinkt. Die Auf-

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nähme des Gases ist abhängig von der N_?O-Spannung in den Alveolen und dem Löslichkeitsfaktor von NpO im Blut. Er beträgt 0,47, d.h. 100 ml Blut können 47 ml N₂O aufnehmen. In Anlehnung an das Fick'sche Prinzip ist die Menge des in die Blutbahn eingetretenen Gases proportional der Blutmenge, die in der Zeiteinheit durch die Lungenkapillaren strömt. Mit dieser Methode kann deshalb die Lungenperfusion nach der Beziehung

^VN_o0
V ₌ 2 . κ

^{S λ}Ν₂0 * ^FA (N₂O)

bestimmt werden, wobei

V die Lungenperfusion in (ml/sec) oder (ml/min.), λ· N₀O = o,47 den N₀O - Löslichkeitsfaktor im Blut, F_Ä /„ q\ die alveoläre NpO-Konzentration in (

K einen Korrekturfaktor für die Druckdifferenz P₁

^Vk -

zwischen Kabinendruck und Referenzdruck (K = -

^Vk mit V, = Kabinenvolumen und V = Körpervolumen der

Versuchsperson) und V„ ₀ die NpO-Aufnahme in(ml/sec.) bedeuten.

Die alveoläre N₂O - Konzentration F_A/_{N q}n läßt sich hierbei durch den in Volumenprozenten geeichenten NpO-Messer erfassen. V_n, ο ergibt sich Hingegen graphisch aus dem gemessenen und z.B. mittels Tintenstrahlschreiber od.dgl. aufgezeichneten Druckverlauf P. durch Ermittlung der Differenz der Steilheiten der Kammerdruckkurven während der Exspirationsph&sen ohne NO-Atmung und mit NpO -Atmung.

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Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, daß jeweils während der Inspirationsphase das eingeatmete Gasvolumen sich von Kabinentemperatur auf Körpertemperatur erwärmt und zusätzlich noch mit Wasserdampf aufsättigt. Durch diese Erwärmung und Anfeuchtung vergrößert sich das inspirierte Gasvolumen und bewirkt einen Kabinendruckanstieg. Dieser Druckanstieg wiederum verschiebt den Druckverlauf P. auch in den exspiratorischen Phasen, so daß sich fehlerhafte Steilheitsverläufe und demnach bei deren Auswertung auch fehlerhafte V_{n n} -Werte ergeben. |

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil mit geringstem technischen Aufwand zu beseitigen, d-.h. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der dafür gesorgt ist, daß ein Druckanstieg in der Kabine aus den obengenannten Gründen während der Inspirationsphasen nicht auftreten kann. Geringster technischer Aufwand bedeutet dabei, daß das angestrebte Ziel ohne Zuhilfenahme z.B. eines zusätzlichen Atembeutels mit angewärmter Luft od.dgl. (z.B. deutsches Gebrauchsmuster 1 983 650) erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Kompensationsmittel ein Druckausgleichsystem vorhanden ist, welches durch den Atemstrom im Atemrohr gesteuert ist in der Wei^ se, daß es jeweils für die Dauer der inspiratorischen Phase den Kabinendruck auf den Referenzdruckwert setzt.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird durch Angleichung des Kabinendruckes an den Referenzdruck jeweils während der Inspirationsphasen ein Druckanstieg in der Kabine verhindert. Somit können sich auch keine fehlerhaften Steilheitsverläufe in den Exspirationsphasen und damit bei der Steilheitsauswertung keine fehlerhaften V„ «-Werte ergeben.

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Weitere- Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung in "Verbindung mit den Unteransprüchen. ·

Es zeigen: ' I

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Prinzipaufbau,

Fig. 2 Diagramme von mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 gewonnenen Meßkurven zur Erläuterung deren Funktionsweise.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Kabine 1 eines Ganzkörperplethysmographen, in deren Innenraum ein Atemrohr 2 mit einem Mundanschluß ~5, einem Shutter 4 (z.B. elektromagnetisch betätigte Absperrvorrichtung gemäß DOS 1 566 I65) sowie einem Strömungswiderstand 5j vorzugsweise Fleisch'sehe Düse, angeordnet ist. Am Atemrohr 2 ist ferner zwischen Absperrvorrichtung 4 sowie Strömungswiderstand 5 über ein Saugventil 6 ein Atembeutel 7 angeschaltet, der ein Gemisch aus ca. 79 $N>0 und 21 % O₂ aufweist.

In der Kabine 1 befindet sich ferner ein Vergleichsgefäß 8 für einen vorgebbaren Referenzdruck. Mit 9 und 10 sind zwei Druckabnahmestutzen bezeichnet, die zur Abnahme des Kammerdruckes in der Plethysmographen-Kabine 1 gegen den Referenzdruck im Vergleichsgefäß 8 dienen. Zur Erfassung der Druckdifferenz P₁ dient ein Differenzdruckmanometer 11, das den gemessen Differenzdruck P. als entsprechendes elektrisches Signal nach Verstärkung in einem Verstärker 12 und gegebenenfalls nach Korrektur in einem Korrekturrechn^r I5 einem mehrspurigen Tintenstrahlschreiber 26 zur Aufzeichnung zuleitet. Der Korrekturrechner 13 dient zur rechnerischen Korrektur des

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Drucksignals im Hinblick auf die sich durch Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede zwischen der ein- und ausgeatmet--*¹"¹-Luft ergebenden Signalunterschiede. Ein Korrekturreeimer dieser Art ist beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 1 566 160 vorbekannt.

In der Wandung des Vergleichsgefäßes 8 im Innern der Kabine 1 sowie in der Wandung der Kabine 1 ist ferner je ein Magnetventil l4 bzw. 15 vorgesehen. Diese beiden Ventile werden in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal, das die Atemströmung im Atemrohr 2 bei Durchatmung wiedergibt, in der Weise gesteuert, daß jeweils während der Inspirationsphase beide Ventile ΙΛ und I5 gleichzeitig offen und nur während der Exspirationsphase jeweils geschlossen sind. Das Atemstromsignal wird dabei in üblicher Weise durch Abnahme des Differenzdrukkes über dem Strömungswiderstand 5 mittels der Druckleitungen sowie Umwandlung des Differenzdruckes -Δ ρ in ein elektrisches Signal mittels eines Differenzdruckmanometers 17 j welches als mechanisch-elektrischer Druckwandler arbeitet, gewonnen. Dac so gewonnene elektrische Drucksignal, daß der Strömung im Atemrohr 2 proportional ist, wird nach Verstärkung in einem Verstärker l8 sowie Einweggleichrichtung in einem Gleichrichter 19 (es wird nur die negative, d.h. die exspiratorische, Halbwelle des Atemsignals erfaßt) einem Ventilsteuerglied 20 zugeleitet, das die Ventile Ik, I5 während der Zeitdauer des Auftretens der negativen Halbweile schließt und während der Signalnullzeiten öffnet. Über eine Absaugleitung 21 (mit Rückführleitung 21') ist ferner am Atemrohr 2 ein NpO-Messer 22 (Infrarotabsorptionsmesser) angeschlossen, der bei Einatmung von NpO durch den Patienten aus dem Gasbeutel 7 die im Atemgas befindliche Menge NO in Volumenprozenten erfaßt und ein der erfaßten Menge entsprechendes elektrisches Signal EV. _Q erzeugt. Mit 23 sind schließlich 3 EKG-Elektroden bezeichnet, die zur Abnahme des EKG vom Patienten innerhalb der Plethysmographen-Kabine 1 dienen (aus EKG kann über Herzschlagfolge das

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Herzschlagvolumen bzw. Herzrainutenvolumen ermittelt werden). Die abgenommenen EKG-Signale werden von einem EKG-Verstärker •verstärkt und anschließend dem bereits erwähnten Tintenschreiber 26 zur Aufzeichnung zugeleitet. Entsprechendes gilt auch für das verstärkte Atemstromsignal, dessen exspiratorische Volumenanteile-nach Aufintegrierung (V ) in einem Integrator 25 dem Tintenstrahlschreiber zur Aufzeichnung zugeleitet werden. Das Ausgangssignal des NpO-Messers 22 wird ebenso einerseits auf dem Tintenstrahlschreiber 26 sowie andererseits im vergrößerten Maßstab auf einem X-Y-Schreiber 27 registriert.

Die Punktionsweise der Vorrichtung nach der Fig. 1 ergibt sich damit wie folgt:

Vor Beginn der Messung nimmt der Patient in der Kabine 1 Platz, wo ihm die EKG-Elektroden 23 angelegt werden. Nach Schließen der Kabinentür atmet er zunächst ca. drei Minuten bei geöffneten Ventilen 14 und 15j ohne an'das Mundstück 3 des Atemrohres 2 angeschlossen zu sein. Danach wird er aufgefordert, sich an das Mundstück 3 anzuschließen, eine Nasenklemme aufzuschieben und möglichst gleichmäßig nach einem vorgegebenen Takt zu atmen. Der Kammerdruck wird fortlaufend gegen den Referenzdruck im Vergleichsgefäß 8 gemessen und das gemessene Signal P. vom Tintenschreiber 26 registriert (sh. Kurvenverlauf P, in Abhängigkeit von der Zeit t in Fig. 2). Der Kammerdruck P^ ist, wie bei der Plethysmographie üblich, direkt in Volumen (ml) geeicht.

Da der Patient keine vorgewärmte Kabinenluft atmet, wird das Inspirationsgas bei der Inspiration von Kabinentemperatur auf Körpertemperatur erwärmt und zu 100 % mit Wasserdampf gesättigt. Durch diese Erwärmung und Anfeuchtung vergrößert sich das inspirierte Gasvolumen und würde nun bei vollständig abgeschlossener Kabine 1 in der Kabine einen Druckausstieg bewirken. Da jedoch mit Beginn der Inspirationsphase die Ventile 14 und 15

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geöffnet werden und während der gesamten Inspirationsphase offen bleiben, werden Kabinendruck und Druck im Vergleichsgefäß 8 dem Umgebungsdruck angeglichen, d.h. der Druck P. auf Null gestellt. Bei der Exspiration tritt hingegen der umgekehrte Fall ein. Die Exspirationsluft kühlt sich am Atemrohr wieder ab und verkleinert hierdurch ihr Volumen, so daß sich ein Kammerdruckabfall ergibt. Da während der Exspirationsphase beide Ventile 14 und 15 geschlossen sind, wird also exspiratorisch immer ein bestimmter Kammerdruckabfall registriert.

Nach etwa zehn Atemzügen der beschriebenen Art beginnt die eigentliche NpO-Messung. Hierzu wird am Ende der Exspiration die Absperrvorrichtung 4 geschlossen, so daß der Patient zwangsläufig über das Ansaugventil 6 (Inspirationsventil) das NpO-Gemisch aus dem Gasbeutel 7 einatmet. Bei der nun folgenden Exspiration ergibt sich ein zusätzlicher Volumenverlust durch die NpO-Aufnähme im Blut. Der Kammerdruck P^. wird also noch stärker abfallen als bei den vorangegangenen Atemzügen. Aus der Differenz der Steilheiten (z.B. 27 bzw. gemäß Fig. 2) der Kammerdruckkurven während der Exspirationsphasen ohne NpO-Atmung und mit NpO-Atmung läßt sich die NpO-Aufnahme des Blutes graphisch bestimmen. Als graphische Auswertehilfe dient dabei eine Zeitskala 29, die einen bestimmten Zeittakt, z.B. Sekundentakt, für die Kurvenaufzeichnung wiedergibt.

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Claims (2)

Neue Schutzans-prüche 1 und 2 Unser Zeichen (ersetzen bisherige Ansprüche VPA 74/5035 1-6)

1. Vorrichtung zum Erfassen der Lungenperfusion, mit einer Ganzkörperplethysmographen-Kabine, in der ein Proband durch ein Atemrohr Kabinenluft und zeitweise ein NpO-Gemisch aus einem Gasbehälter atmet, wobei dem Atemrohr Mittel zum Erfassen des Atemstromes im Atemrohr sowie ein NpO-Messer und der Kabine ein Druckmesser zum Messen des Kabinendruckes gegen· einen Referenzdruck sowie Mittel zum Kompensieren von aufgrund Wärmeeffekten erzeugten Kabinendruckschwankungen zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Trennwand zwischen Kabine (1) und Referenzdruckgefäß (8) ein Ventil (14) angeordnet ist zur Herstellung einer Druckausgleichsverbindung zwischen Kabine (1) und Referenzdruckgefäß (8) während der Dauer der inspiratorischen Phase und zur Unterbrechung der Verbindung für die Dauer des exspiratorisehen Phase.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Referenzdruckgefäß innerhalb der Kabine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ventile (14, 15) vorhanden sind, von denen das erste Ventil (14) am Referenzdruckgefäß (8) angeordnet ist und im geöffneten Zustand das Referenzdruckgefäß (8) mit der Kabine (1) verbindet, und das zweite Ventil (15) an der Kabine (1) angebracht ist und im geöffneten Zustand das Kabineninnere mit Außenluft verbindet.

Kue 5 Kof / 20.10,1978

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