DE7411233U1

DE7411233U1 - Device for detecting lung perfusion

Info

Publication number: DE7411233U1
Application number: DE19747411233
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1974-03-30
Publication date: 1979-01-25

Description

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Siemens Aktiengesellschaft Erlangen, 28. März 1974Siemens Aktiengesellschaft Erlangen, March 28, 1974

Henkestraße 127Henkestrasse 127

VPA 74/5055 Kue/KalVPA 74/5055 cage / cal

Vorrichtung zum Erfassen der LungenperfusionDevice for detecting lung perfusion

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.The invention relates to a device for recording lung perfusion, with a whole-body plethysmograph cabin, in which a test person breathes cabin air through a breathing tube and at times an NpO mixture from a gas container, the breathing tube having at least means for detecting the breathing flow in the breathing tube as well as an NpO meter and the cabin Pressure gauge for measuring the cabin pressure against a reference pressure and means for compensating for thermal effects generated cabin fluctuations are assigned.

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-Leaving a test person in a gas-tight plethysmograph booth If you inhale an N “O mixture, the NpO uptake in the blood, the total number of gas molecules in this The space is smaller, which means that the pressure in the cabin drops. The up

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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 Beziehungwould take the gas is dependent on the N _? O-tension in the alveoli and the solubility factor of NpO in the blood. It is 0.47, ie 100 ml of blood can absorb _{47 ml of N 2 O.} Based on Fick's principle, the amount of gas that has entered the bloodstream is proportional to the amount of blood that flows through the pulmonary capillaries in a unit of time. With this method, you can therefore increase the lung perfusion after the relationship

^VN_o0
V ₌ 2 . κ ^V N _o 0
V ₌ 2. κ

^{S λ}Ν₂0 * ^FA (N₂O) ^{S λ} Ν ₂ 0 * ^F A (N ₂ O)

bestimmt werden, wobeibe determined, where

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 (V is the lung perfusion in (ml / sec) or (ml / min.), Λ · N ₀ O = o, 47 the N ₀ O - solubility factor in the blood, F _Ä / "q \ the alveolar NpO concentration in (

K einen Korrekturfaktor für die Druckdifferenz P₁ K is a correction factor for the pressure difference P ₁

^Vk - ^V k -

zwischen Kabinendruck und Referenzdruck (K = -between cabin pressure and reference pressure (K = -

^Vk mit V, = Kabinenvolumen und V = Körpervolumen der ^V k with V, = cabin volume and V = body volume of the

Versuchsperson) und V„ ₀ die NpO-Aufnahme in(ml/sec.) bedeuten.Test subject) and V “ ₀ mean the NpO uptake in (ml / sec.).

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.The alveolar N ₂ O concentration F _A / _{N q} n can be determined by the NpO meter, which is calibrated in percent by volume. V _n , ο, on the other hand, results graphically from the measured data and, for example, by means of an inkjet printer or the like. recorded pressure curve P. by determining the difference in the steepness of the chamber pressure curves during the expiration phases without NO breathing and with NpO breathing.

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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. |However, the problem arises here that during the inspiration phase the inhaled gas volume warms up from cabin temperature to body temperature and is additionally saturated with water vapor. As a result of this warming and humidification, the inspired gas volume increases and causes an increase in cabin pressure. This increase in pressure in turn shifts the pressure profile P. also in the expiratory phases, so that incorrect slope profiles and accordingly incorrect V _nn values result when they are evaluated. |

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.The object of the invention is to eliminate this disadvantage with the lowest possible technical effort, ie. a device of Specify the type mentioned at the beginning, in which it is ensured that a pressure increase in the cabin for the reasons mentioned above cannot occur during the inspiratory phases. The least technical effort means that the desired Aim without the help of e.g. an additional breathing bag with heated air or the like. (e.g. German utility model 1 983 650) is reached.

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.The object is achieved according to the invention in that as a compensation means a pressure equalization system is available, which is controlled by the breath flow in the breathing tube in the Wei ^ se that it is in each case for the duration of the inspiratory phase sets the cabin pressure to the reference pressure value.

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.In the device according to the invention by adjusting the cabin pressure to the reference pressure during the During inspiration phases, a pressure increase in the cabin is prevented. This means that there can be no faulty slope curves in the expiratory phases and thus in the slope evaluation no incorrect V "" values result.

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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. ·Further advantages and details of the invention result from the following description of an exemplary embodiment based on the drawing in "connection with the subclaims. ·

Es zeigen: ' IIt show: 'I

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Prinzipaufbau,1 shows the device according to the invention in a basic structure,

Fig. 2 Diagramme von mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 gewonnenen Meßkurven zur Erläuterung deren Funktionsweise. FIG. 2 diagrams with the device according to FIG. 1 obtained measurement curves to explain how they work.

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.Fig. 1 shows schematically a cabin 1 of a whole-body plethysmograph, in the interior of which a breathing tube 2 with an oral connection ~ 5, a shutter 4 (e.g. electromagnetically operated shut-off device according to DOS 1 566 I65) and a flow resistance 5j, preferably a meat nozzle, is arranged . A breathing bag 7, which has a mixture of approx. 79 N> 0 and 21% O ₂ , is also connected to the breathing tube 2 between the shut-off device 4 and the flow resistance 5 via a suction valve 6.

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 desIn the cabin 1 there is also a comparison vessel 8 for a predeterminable reference pressure. With 9 and 10 two pressure take-off nozzles are designated, which are used to take the chamber pressure in the plethysmograph cabin 1 against the reference pressure in the comparison vessel 8. A differential pressure manometer 11 is used to detect the pressure difference P ₁ , which feeds the measured differential pressure P. The correction computer 13 is used for the computational correction of the

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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.Pressure signal with regard to itself by temperature and humidity differences between the inhaled and exhaled -. * ¹ ^"1 -Luft resulting signal differences A Korrekturreeimer this type is known, for example by the German Patent 1,566,160.

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 dasIn the wall of the comparison vessel 8 in the interior of the cabin 1 and in the wall of the cabin 1, a solenoid valve 14 and 15 is also provided. These two valves are controlled as a function of an electrical signal that reproduces the breathing flow in breathing tube 2 when breathing deeply, so that both valves ΙΛ and I5 are open at the same time during the inspiration phase and are only closed during the expiration phase. The respiratory flow signal is obtained in the usual way by decreasing the differential pressure across the flow resistance 5 by means of the pressure lines and converting the differential pressure -Δ ρ into an electrical signal by means of a differential pressure manometer 17 j which works as a mechanical-electrical pressure transducer. The electrical pressure signal obtained in such a way that the flow in the breathing tube 2 is proportional to, after amplification in an amplifier 18 and one-way rectification in a rectifier 19 (only the negative, i.e. the expiratory half-wave of the breathing signal is detected), is fed to a valve control element 20, which the valves Ik, I5 closes during the period of occurrence of the negative half-wave and opens during the signal zero times. An NpO meter 22 (infrared absorption meter) is also connected to the breathing tube 2 via a suction line 21 (with a return line 21 ') which, when NpO is inhaled by the patient from the gas bag 7, records the amount of NO in the breathing gas in percent by volume and one of the recorded Amount of corresponding electrical signal EV. _Q generated. Finally, 3 EKG electrodes are designated with 23, which are used to take the EKG from the patient inside the plethysmograph booth 1 (from EKG, the heartbeat sequence can be used to

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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.Heartbeat volume or cardiac output volume can be determined). The recorded EKG signals are amplified by an EKG amplifier • and then by the aforementioned ink pen 26 forwarded for recording. The same applies to the amplified respiratory flow signal, its expiratory signal Volume fractions after integration (V) in an integrator 25 are fed to the inkjet printer for recording. The output of the NpO meter 22 becomes the same registered on the one hand on the inkjet writer 26 and on the other hand on an enlarged scale on an X-Y writer 27.

Die Punktionsweise der Vorrichtung nach der Fig. 1 ergibt sich damit wie folgt:The method of puncturing the device according to FIG. 1 results as follows:

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.Before starting the measurement, the patient takes a seat in cabin 1, where the EKG electrodes 23 are placed on him. After closing he breathes through the cabin door for about three minutes with the valves 14 and 15j open and without the mouthpiece 3 of the breathing tube 2 to be connected. Then he is asked to to connect to the mouthpiece 3, slide on a nose clip and as evenly as possible after a predetermined cycle to breathe. The chamber pressure is measured continuously against the reference pressure in the comparison vessel 8 and the measured signal P. registered by the ink pen 26 (see curve profile P, as a function of time t in FIG. 2). The chamber pressure P ^ is, as usual in plethysmography, directly calibrated in volume (ml).

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 15Since the patient does not breathe any preheated cabin air, the inspiratory gas is heated from cabin temperature to body temperature during inspiration and is 100 % saturated with water vapor. As a result of this heating and humidification, the inspired gas volume increases and would now cause a pressure release in the cabin with the cabin 1 being completely closed. However, since the valves 14 and 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.are opened and remain open during the entire inspiration phase, the cabin pressure and the pressure in the reference vessel become 8 adjusted to the ambient pressure, i.e. the pressure P. set to zero. With expiration, on the other hand, the reverse occurs Case a. The expired air cools down again on the breathing tube and thereby reduces its volume, so that results in a chamber pressure drop. Since both valves 14 and 15 are closed during the expiratory phase, there is expiration a certain chamber pressure drop is always registered.

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.After about ten breaths of the type described, the actual NpO measurement begins. This is done at the end of expiration the shut-off device 4 is closed, so that the patient inevitably via the suction valve 6 (inspiration valve) inhales the NpO mixture from the gas bag 7. With the now following expiration there is an additional loss of volume due to the NpO uptake in the blood. The chamber pressure P ^. will therefore drop even more than in the previous breaths. From the difference in the slopes (e.g. 27 resp. according to FIG. 2) of the chamber pressure curves during the expiratory phases Without NpO breathing and with NpO breathing, the NpO uptake can be determine the blood graphically. A time scale 29 is used as a graphic evaluation aid, which shows a specific Time cycle, e.g. second cycle, for curve recording reproduces.

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Claims

New protection claims 1 and 2 Our mark (replace previous claims VPA 74/5035 1-6)

1. Device for detecting lung perfusion, with a full-body plethysmograph booth, in which a test person uses a breathing tube to get air from the booth and intermittently breathes an NpO mixture from a gas container, the breathing tube having means for detecting the breathing flow in the breathing tube as well as an NpO meter and the cabin a pressure meter for measuring the cabin pressure against a reference pressure and means for compensating for cabin pressure fluctuations generated due to thermal effects are, characterized in that in a partition between the cabin (1) and the reference pressure vessel (8) a valve (14) is arranged to produce a pressure equalization connection between the cabin (1) and reference pressure vessel (8) during the inspiratory phase and to interrupt the Connection for the duration of the expiratory phase.

2. Apparatus according to claim 1, wherein the reference pressure vessel is arranged inside the cabin, characterized in that at least two valves (14, 15) are present, of which the first valve (14) is arranged on the reference pressure vessel (8) is and in the open state the reference pressure vessel (8) connects to the cabin (1), and the second Valve (15) is attached to the cabin (1) and, in the open state, the cabin interior with outside air connects.

Kue 5 Kof / 10.20.1978

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