DE2557435C2 - Plethysmograph - Google Patents

Description

M)M)

Hierin bedeuten:Herein mean:

Po = Umgebungsdruck abzüglich Wasserdampfdruck;Po = ambient pressure minus water vapor pressure;

Vo = intrathorakales Gasvolumen (IGV);Vo = intrathoracic gas volume (IGV);

/JV = Volumenänderungen des Thorax während der Messung. / JV = changes in volume of the thorax during the measurement.

In der Praxis schwankt nun V₀ bei Personen gleichen Körpergewichts praktisch um höchstens den Faktor 2, während der Alveolardruck um einen Faktor bis zu 20 verschieden sein kann. Berücksichtigt man also das Körpergewicht, wie es bei der vorliegenden Erfindung durch die Normiervorrichtung geschieht, so kann trotz der Vernachlässigung etwaiger Schwankungen von V₀ ein aussagekräftiges Ergebnis allein auf Grund der Messung von AV erzielt werden. Das IGV. also V₀, läßt sich nach Ulmer »Normal Values for Respiratory Function in Man« Verlag Panminerva Medica, Milano, 1969 aus Körpergröße H, Körpergewicht KG, und Alter A durch die folgende Formel ermitteln:In practice, V ₀ for people of the same body weight practically fluctuates by a factor of 2 at most, while the alveolar pressure can differ by a factor of up to 20. If one takes into account the body weight, as is done in the present invention by the standardization device, a meaningful result can be achieved solely on the basis of the measurement of AV _{despite the neglect of any fluctuations in V 0.} The IGV. So V ₀ , can be determined according to Ulmer "Normal Values for Respiratory Function in Man" Verlag Panminerva Medica, Milano, 1969 from body size H, body weight KG, and age A using the following formula:

IGV = 0,0299 H (cm)+ 0,0094 A-0,01593 KG - 1,358(1) ±0,821IGV = 0.0299 H (cm) + 0.0094 A-0.01593 KG - 1.358 (1) ± 0.821

Das IGV beträgt in der Praxis etwa 4,5% des normalen Körpergewichts und nimmt mit zunehmendem Alter auf etwa 5% zu, nur in ganz seltenen, pathologischen Fällen treten Werte bis zu 10% auf. Beim Kranken könnte das IGV zusätzlich durch eine vorangegangene Messung der Vitalkapazität korrigiert werden. Dann beträgt der Schätzfehler ±20%. Eine noch genauere Kompensation wird durch eine zusätzliche Normierung aufgrund der gemessenen Vitalkapazität erreicht.In practice, the IGV is around 4.5% of normal body weight and increases with age up to about 5%, values of up to 10% only occur in very rare, pathological cases. With the sick could the IGV can also be corrected by a previous measurement of the vital capacity. Then that is Estimation error ± 20%. An even more precise compensation is provided by an additional standardization based on the measured vital capacity reached.

In der Praxis kann man also einen bestimmten Grenzwert vorgeben, der, wenn er überschritten wird, ein Abweichen von der Norm bedeutet und eine eingehendere Untersuchung der betreffenden Person angezeigt erscheinen läßt (Reihenuntersuchung auf krankhafte Veränderungen).In practice, you can specify a certain limit value that, if it is exceeded, a Deviating from the norm means and a more detailed examination of the person concerned is indicated can appear (serial examination for pathological changes).

In der Zeichnung ist ein Plethysmograph gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung stark vereinfacht dargestellt _ _t .In the drawing, a plethysmograph is shown greatly simplified in accordance with an embodiment of the invention _ _t.

Der als Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellte Piethysmograpn enthält ciPc i^abine zu 10. die durch eine dicht schließende Türe 12 zugänglich ist und eine luftdicht verschließbare Kammer 14 zur Aufnahme einer zu untersuchenden Person bilcfct Die Kabine kann beispielsweise so ausgebildet sein, wie es in der bereits erwähnten CH-PS 4 30 038 beschrieben ist.The Piethysmograpn shown as an embodiment of the invention in the drawing contains ciPc i ^ abine zu 10. which is accessible through a tightly closing door 12 and an airtight chamber 14 for Recording of a person to be examined bilcfct The cabin can be designed, for example, as shown in FIG the already mentioned CH-PS 4 30 038 is described.

An die Kabine ist eine Druckmeßeinrichtung 18 angeschlossen, 7 B. ein Differenzdruckmanometer. das ein elektrisches Signal liefert, welches der Druckdifferenz zwischen der Kammer 14 und der Umgebungsluft proportional ist. Die Druckänderungen sind im wesentlichen umgekehrt proportional zu den beim Atmen auftretenden Änderungen des Volumens der in der Lunge der untersuchten Person 16 befindlichen Luft Die Druckmessung kann bekanntlich auch über eine Strömungsmessung erfolgen, also durch Bestimmung der beim Druckausgleich zwischen Kammer 14 und Umgebungsluft strömenden Luftmenge. Auch eine auf diesem Prinzip arbeitende Meßeinrichtung soll hier unter den allgemeinen Begriff »Druckmeßeinrichtung« fallen.A pressure measuring device 18 is connected to the cabin, e.g. a differential pressure manometer. to be there provides an electrical signal which is proportional to the pressure difference between the chamber 14 and the ambient air is. The changes in pressure are essentially inversely proportional to those that occur during breathing Changes in the volume of air in the lungs of the person 16 being examined. The pressure measurement can, as is known, also take place via a flow measurement, i.e. by determining the pressure equalization Amount of air flowing between chamber 14 and ambient air. Also one that works on this principle Measuring device should fall under the general term "pressure measuring device".

Das Ausgangssignal der Druckmeßeinrichtung 18 wird dem Eingang einer Normiervorrichtung 20 zugeführt, deren Übertragungsmaß (Verhältnis von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung) mittels eines von Hand bequem betätigbaren Stellgliedes verstellbar ist 2. B. mittels eines Drehkopfes 22, der eine mit einer Skala zusammenwirkende Markierung hat Die Normiervorrichtung kann im einfachsten FaIk aus einem Potentiometer bestehen oder z. B. auch eine Verstärkerschaltung enthalten, deren Verstärkungsgrad mittels des Drehknopfes 22 definiert verstellbar ist Additive oder multiplikative Faktoren können über Analogrechnerschaltungen verarbeitet werden.The output signal of the pressure measuring device 18 is fed to the input of a standardizing device 20, their transfer rate (ratio of input voltage to output voltage) using a manually Conveniently operable actuator is adjustable 2. B. by means of a rotary head 22, the one with a scale The standardizing device can, in the simplest form, consist of a potentiometer exist or z. B. also contain an amplifier circuit whose gain by means of the rotary knob 22 can be adjusted in a defined manner Additives or multiplicative factors can be set using analog computer circuits are processed.

Der Ausgang der Normiervorrichtung 20 ist mit dem Eingang eines Anzeigegerätes 24 verbunden, das z. B. einen Streifenschreiber 26 oder einen Oszillographen enthalten kann. Vorzugsweise enthält das Anzeigegerät eine nur schematisch dargestellte Einrichtung 28 zur digitalen Anzeige der Maximalamplitude des normierten i§ Drucksignales. Das Anzeigegerät 24 kann ferner einen Drucker enthalten, der die ermittelten Werte auf einemThe output of the standardization device 20 is connected to the input of a display device 24 which, for. B. may include a strip chart recorder 26 or an oscilloscope. The display device preferably contains a device 28, shown only schematically, for digitally displaying the maximum amplitude of the normalized i§ pressure signal. The display device 24 can also contain a printer that prints the determined values on a

kartenförmigen Aufzeichnungsträger oder dgl. ausdruckt.card-shaped recording medium or the like. Prints out.

fi Ein zu untersuchender Proband wird zuerst z. B. gewogen und dann mit der Anweisung, auf ein Zeichen hin fi A subject to be examined is first z. B. weighed and then with the instruction, for a sign

tief und gleichmäßig zu atmen, in die Kabine gesetzt. Das Stellglied, also der Drehknopf 22, der Normiervorrich-to breathe deeply and evenly, seated in the cabin. The actuator, i.e. the rotary knob 22, of the standardizing device

lung 20 wird auf das Körpergewicht des Probanden eingestellt und die Messung kann dann beginnen. Die vomment 20 is adjusted to the body weight of the test person and the measurement can then begin. The ones from

f Anzeigegerät 24 angezeigten Maximalamplituden des Drucksignales sind in erster Näherung dem Alveolar-f Display device 24 indicated maximum amplitudes of the pressure signal are in a first approximation the alveolar

i§ üi uck beim Aimcn proportional. Der Alveclardruck beträgt bei einem gesunden Erwachsenen ca. Ii cm Ws, beii§ üi uck when aiming proportional. The Alveclar pressure in a healthy adult is about Ii cm Ws, at

!| einem Bronchitiker ca. 6 bis 10 cm Ws und kann bei lebensbedrohenden Erkrankungen der Atemwege Werte bis! | a bronchial patient approx. 6 to 10 cm Ws and can with life-threatening diseases of the respiratory tract values up to

m zu 30 cm Ws annehmen. Da das intrathorakale Luftvolumen bei Personen gleichen Gewichts selbst im Krank- m to accept 30 cm Ws. Since the intrathoracic air volume in people of the same weight even in the patient

S hcitsfall nw etwa im Verhältnis 1 :2 schwankt, können auch bei Vernachlässigung des intrathorakalen Gasvolu-S hcitsfall nw approximately in the ratio 1: 2 varies, can also neglecting the intrathoracic gas volume

mens V_u aussagekräftige Meßergebnisse erzielt werden.mens V _u meaningful measurement results can be achieved.

Bei Untersuchungen der oben beschriebenen Art werden also einfach alle Personen zur Nachuntersuchung ausgesondert, bei denen die normierten Druckschwankungen Alveolardruckwerten über z. B. 5 cm Ws entspre-In examinations of the type described above, everyone simply goes to the follow-up examination excluded, in which the normalized pressure fluctuations alveolar pressure values over z. B. 5 cm Ws corresponding

|ii chen. Die Untersuchung kann daher als Reihenuntersuchung in kürzester Zeit und auch von angelerntem| ii chen. The examination can therefore be carried out as a series examination in the shortest possible time and also by trained personnel

Ϊ Personal im Zuge einer Reihenuntersuchung zur Früherkennung von Lungenkrankheiten mit zuverlässigem 5b Ϊ Personnel in the course of a screening for the early detection of lung diseases with a reliable 5b

λ' Ergebnis durchgeführt werden. Da kein Atemrohr benötigt wird, besteht auch praktisch keine Infektionsgefahr.λ 'result can be carried out. Since no breathing tube is required, there is practically no risk of infection.

Die Meßergebnisse lassen sich dadurch noch verbessern, daß man den Probanden während der Untersuchung in einen mit körperwarmem Wasser gefüllten Kunststoffbcuiel atmen läßt, um HTBS-Bedingungen zu schaffen.The measurement results can be further improved by looking at the test person during the examination Breathe into a plastic bowl filled with water at body temperature to create HTBS conditions.

Der vorliegende Plethysmograph eignet sich außerdem hervorragend für die Untersuchung von Säuglingen und Kleinkindern sowie von Tieren, bei denen es erfahrungsgemäß sehr schwierig ist die Atemluftströrmmg zuverlässig zu messen.The present plethysmograph is also ideal for examining infants and small children as well as animals, where experience shows that it is very difficult to breathe air to measure reliably.

Die Normiervorrichtung muß von der die Untersuchung durchführenden Person bequem und reproduzierbar eingestellt werden können. Sie darf also nicht mit irgendwelchen Einstellgliedrrn (Trimmpotentiometern und dgl.) verwechselt werden, wie sie in elektronischen Geräten üblich sind und zum Abgleich des betreffenden Gerätes im Zuge der Fertigung dienen. Man hat bisher auch schon den Innendruck in der Kammer eines Plelhysmographen für sich gemessen und aufgezeichnet, da jedoch bisher keine Normiermöglichkeit für d:e Amplitude des Drucksignales vorhanden war, konnten solche Aufzeichnungen auch nicht für sich allein zu Diagnosezwecken verw ;fidet werden.The standardization device must be convenient and reproducible for the person carrying out the examination can be adjusted. So you must not use any setting elements (trimming potentiometers and Like.) are confused, as they are common in electronic devices and to compare the relevant Serve device in the course of production. So far, one already has the internal pressure in the chamber of one Plelhysmographs measured and recorded individually, since no normalization option for d: e has been possible so far If the amplitude of the pressure signal was present, such recordings could not be made on their own either Used for diagnostic purposes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Plethysmograph zur Untersuchung der Lungenfunktion eines Probanden, mit einer luftdicht verschließbaren Kammer zur Aufnahme des Probanden, einer Druckmeßeinrichtung zum Bestimmen dss Druckes im Kanunerinneren und einem Auswerte- und Anzeigegerät das mit der Druckmeßeinrichtung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßeinrichtung (18) über eine Normiervorrichtung (20), deren Übertragungsmaß (Verhältnis von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung) mittels mindestens cues von Hand betätigbaren Stellgliedes (22) reproduzierbar verstellbar ist mit der Anzeigevorrichtung (24) gekoppelt ist deren Anzeige ausschließlich von dem durch die Normiervorrichtung (20) normierten Ausgangssignal der Druckmeßeinrichtung (18) abhängt.1. plethysmograph for investigation of the lung function of a subject, comprising a hermetically sealable chamber for receiving the subject, a pressure measuring device for determining dss pressure in the canoe interior and an evaluation and display device which is coupled to the pressure measuring device, characterized in that the pressure measuring device (18) Via a standardization device (20), whose transmission factor (ratio of input voltage to output voltage) is reproducibly adjustable by means of at least cues manually operable actuator (22) coupled to the display device (24), the display of which is coupled exclusively to the output signal standardized by the standardization device (20) the pressure measuring device (18) depends. 2. Plethysmograph nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet daß die Anzeigevorrichtung (24) eine Einrichtung (28) zur digitalen Anzeige des Maximalwertes des normierten Drucksignals enthält2. Plethysmograph according to claim I, characterized in that the display device (24) has a Contains device (28) for digitally displaying the maximum value of the normalized pressure signal 3. Plethysmograph nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Anzeigevorrichtung einen Schreiber (26) enthält3. Plethysmograph according to claim I or 2, characterized in that the display device has a Includes scribe (26) 4. Plethysmograph nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Anzeigevorrichtung einen4. Plethysmograph according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the display device has a Drucker enthältIncludes printer Die vorliegende Erfindung betrifft einen Piethysmographen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der Zeitschrift »The Journal of Clinical Investigation«, 1956, Band XXXV, S. 322—326, ist ein plethysmographisches Verfahren zum Messen des intrathorakalen Gasvolumens bekannt, bei welchem der Proband in einer Plethysmographenkabine Atembewegung ausführt während seine Atemwege durch eine Atemmaske mit einem magnetisch betätigten Verschluß blockiert sind. Man mißt gleichzeitig dv.·. Änderung des Munddruckes (die wegen der fehlenden Atemluftströmung gleich den Änderungen des Alveolardruckes sind) und die Änderungen des Druckes in der Plethysmographenkabine. Die beiden Drucksignale werden den X- bzw. Y-Platten eines Oszillographen zugeführt der eine schrägstehende Gerade schreibt, aus deren Steigung aufgrund der bekannten Gasgesetze das p.trathorakale Gasvolumen berechnet werden kann.The present invention relates to a piethysmograph according to the preamble of claim 1.
From the magazine "The Journal of Clinical Investigation", 1956, Volume XXXV, pp. 322-326, a plethysmographic method for measuring the intrathoracic gas volume is known, in which the test subject in a plethysmograph cabin performs breathing movements while his airways through a breathing mask with a magnetically operated lock are blocked. One measures dv. · At the same time. Change in mouth pressure (which is equal to changes in alveolar pressure due to the lack of breathing air flow) and changes in pressure in the plethysmograph cabin. The two pressure signals are fed to the X and Y plates of an oscilloscope, which writes an inclined straight line, from the slope of which the p.trathoracic gas volume can be calculated based on the known gas laws. Aus der Veröffentlichung von Bartlett und Mitarbeitern in J. Appl. PhysioL 14(1) 89—96,1959 und der CH-PSFrom the publication by Bartlett et al in J. Appl. PhysioL 14 (1) 89-96, 1959 and the CH-PS 4 30 038 sind Ganzkörperplethysrnographen bekannt die in erster Linie zur Messung des Atemwegwiderstandes dienen und außer einem Druckmeßgerät zur Messung des Druckes im Inneren der Plethysmographenkabine auch ein sogenanntes Atemrohr mit einem Strömungsmeßgerät zur Messung der Atemluftströmung enthalten.No. 4 30 038 are whole-body plethysrnographs known which are primarily used to measure airway resistance serve and apart from a pressure gauge for measuring the pressure inside the plethysmograph cabin also contain a so-called breathing tube with a flow meter for measuring the breathing air flow. Bei den bekannten Piethysmographen werden die Atemluftströmung und der Alveolardruck des ProbandenWith the known Piethysmographs, the breathing air flow and the alveolar pressure of the test person gemessen, erstere durch Messung der Atemluftgeschwindigkeit mittels eines Strömungswiderstandes und letzterer über die Druckänderungen im Kammerinneren, die durch die beim Atmen auftretenden Änderungen des Volumens der Luft in der Lunge des Probanden verursacht werden. Die Diagnose erfolgt amf Grund von Diagrammen, die durch Kombination der Atemluftströmungssignale und Drucksignale gewonnen werden und zwar werden diese Signale jeweils gewöhnlich dem einen bzw. anderen Koordinateneingang eines x/y-Schrcibers oder Oszillographen zugeführt.measured, the former by measuring the breathing air speed by means of a flow resistance and the latter on the changes in pressure inside the chamber caused by changes in the Volume of air in the subject's lungs. The diagnosis is made on the basis of Diagrams obtained by combining the breathing air flow signals and pressure signals and these signals are usually sent to one or the other coordinate input of an x / y recorder or oscilloscope supplied. Die Verarbeitung der beiden Signale, die ein konventioneller Plethysmograph liefert, erfordert naturgemäß einen nicht unbeträchtlichen apparativen Aufwand. Außerdem ist für die Auswertung eines konventionellen Pletysmogramms ein Fachmann erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl den apparativen Aufwand, der bei einem Piethysmographen erforderlich ist, um aussagekräftige Meßdaten zu erhalten, als auch die Anforderungen an die Fachkenntnis der Person, die die Auswertung der Meßergebnisse vornehmen soll, zu verringern und die Bedienung zu erleichtern.The processing of the two signals that a conventional plethysmograph delivers naturally requires a not inconsiderable amount of equipment. In addition, a specialist is required to evaluate a conventional pletysmogram.
The present invention is based on the task of reducing both the outlay on equipment that is required in a piethysmograph in order to obtain meaningful measurement data and the requirements for the specialist knowledge of the person who is to evaluate the measurement results, and to improve operation facilitate. Diese Aufgabe wird durch einen Piethysmographen mit den im Patentanspruch 1 im einzelnen aufgeführten erfinderischen Merkmale gelöst.This task is accomplished by a piethysmograph with those listed in claim 1 in detail inventive features solved. Bei dem vorliegenden Piethysmographen geht also die Afmluftströmung nicht in das Meßergebnis ein, das die Grundlage für die Diagnose bilden soll. Es wurde nämlich festgestellt, daß schon die Druckschwankungen im Innern der Kammer eines Piethysmographen eine genügende Aussagekraft haben, wenn man gewisse Parameter des Probanden, insbesondere sein Körpergewicht oder seine Vitalkapazität berücksichtigt. Man braucht beim vorliegenden Piethysmographen also nur den Probanden zu wiegen oder die Vitalkapazität mit einem Spirometer messen und das Stellglied der Normiervorrichtung entsprechend dem ermittelten Gewicht oder Volumen einstellen und kann dann auf Grund der gemessenen Druckschwankungsamplituden mit hoher Zuverlässigkeit feststellen, ob die Lungenfunktion des Probanden normal ist oder von der Norm abweicht. Das vorliegende Gerät eignet sich also hervorragend für Reihenuntersuchungen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die folgende Erkenntnis zugrunde: Der Alveolardruck P.% läßt sich bckunnllieh nach der folgenden Gleichung ermitteln:In the case of the Piethysmograph at hand, the flow of air is not included in the measurement result, which is intended to form the basis for the diagnosis. It was found that even the pressure fluctuations in the interior of the chamber of a piethysmograph are sufficiently informative if certain parameters of the test person, in particular his body weight or vital capacity, are taken into account. With the piethysmograph at hand, you only need to weigh the subject or measure the vital capacity with a spirometer and set the actuator of the standardization device according to the determined weight or volume and then, on the basis of the measured pressure fluctuation amplitudes, you can determine with high reliability whether the subject's lung function is normal or deviates from the norm. The present device is therefore ideally suited for series examinations.
The present invention is based on the following knowledge: The alveolar pressure P.% can be determined according to the following equation: