DE3517786C2 - Gerät zum Messen des Atemwegwiderstandes nach der Verschlußdruckmethode sowie Verfahren zum Verarbeiten der Meßwerte bei einem derartigen Gerät - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Gerät zum Messen des Atemwegwiderstandes nach der Verschlußdruckmethode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es z. B. aus der "Zeitschrift für die gesamte experimentelle Medizin", Bd. 128, (1956), S. 55-75 bekannt ist, und sie umfaßt auch Verfahren zum Verarbeiten der Meßwerte bei einem derartigen Meßgerät.

Zur Erfassung und Diagnose von Erkrankungen der Lunge ist der Atemwiderstand eine bedeutende Größe. Die exakteste Bestimmung dieses Wertes erfolgt heutzutage mit Hilfe eines sog. Bodyplethysmografen, der jedoch einen erheblichen technischen Aufwand erfordert. Eine wesentliche Vereinfachung demgegenüber, so daß sie auch durch niedergelassene Ärzte durchführbar wird, ist die Verschlußdruckmethode, wie sie in der eingangs erwähnten Zeitschrift dargestellt ist. Hierbei werden die zur Bestimmung des Atemwegwiderstandes erforderlichen Größen des Alveolardrucks und des Volumenstromes nacheinander gemessen, woraus man den Atemwegwiderstand durch Quotientenbildung erhält. Zur Messung des Alveolardruckes wird das Atemrohr des Probanden für Sekundenbruchteile verschlossen und dann wieder freigegeben, wobei die Verschlußzeit einerseits mindestens so lang zu bemessen ist, daß ein vollständiger Druckausgleich zwischen den Alveolen und dem im Meßgerät befindlichen Druckmesser möglich ist, andererseits jedoch so kurz gewählt werden muß, daß die Atmung des Probanden nicht behindert wird und aus der unwillkürlichen eine willkürliche Atmung wird, was zu Verfälschungen der natürlichen Atmung und demzufolge auch des Meßergebnisses führen würde. Aus diesem Grund darf die maximale Verschlußzeit nur 0,2-0,3 Sekunden betragen. Andererseits muß die Verschlußzeit so lange bemessen sein, daß sich der vollständige Druckausgleich zwischen den Alveolen und dem Druckmesser einstellt, was um so länger dauert, je höher der Atemwegwiderstand des Probanden ist, was insbesondere bei Schwerkranken, Personen also mit starken Obstruktionen, sehr lange Zeiten erfordert. In diesen, klinisch besonders interessierenden Fällen erhält man fehlerhafte bis unbrauchbare Meßwerte. Weiter ist von Nachteil, daß nach dem Verschließen und insbesondere auch dem Öffnen innerhalb der im Gerät eingeschlossenen Luftsäule Schwingungen auftreten, die ebenfalls zu Verfälschungen des Meßergebnisses führen.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Verbesserung derartiger Geräte dahingehend zur Aufgabe gemacht, daß eine wesentliche Erhöhung der Präzision der Meßwerte erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Gerät nach dem Anspruch 1 gelöst und durch die Verfahren zum Verarbeiten der Meßwerte nach den Ansprüchen 2 und 3 weiter gefördert.

Demzufolge soll sich zwischen Mundstück und Verschluß nur noch der Druckmesser, nicht hingegen wie beim Stand der Technik, auch der Flowmesser befinden, der hinter dem Verschluß und näher am eigentlichen Gerät angebracht ist. Dieser Vorschlag basiert auf zwei grundlegenden Erkenntnissen: Die Aufbauzeit des Alveolardruckes während der Verschlußzeit im Bereich des Druckmessers hängt nicht alleine von dem Atemwegwiderstand des Probanden allein, sondern auch von dem mit dem Alveolardruck zu beaufschlagenden Volumen ab, da ein Druckausgleich bei einem höheren Volumen einer längeren Zeit bedarf. Ein möglichst geringes und deshalb rasch mit dem Alveolardruck erfüllendes Volumen erhält man, wenn unmittelbar hinter dem Mundstück Druckmesser und Verschluß angeordnet werden. Eine andere wesentliche Erkenntnis der Erfindung ist, daß die durch das Öffnen und Verschließen auftretenden Schwingungen innerhalb des Volumenstrommessers ihre Ursache haben. Dieser besteht in aller Regel aus zwei Druckaufnehmern, welche über Schläuche an einen Differenzdruckmesser angeschlossen sind und durch die der Flow erfaßt wird. Da die beiden Schläuche an unterschiedlichen Stellen enden und darüber hinaus unterschiedliche Längen besitzen, werden beim Öffnen und Schließen auch hier Schwingungen ausgelöst. Wenn sich nun der Volumenstrommesser hinter dem Verschluß befindet, werden diese Schwingungen in wesentlich geringerem Maße ausgelöst oder sind kaum noch vorhanden, da die Druckspitzen wesentlich reduziert sind. Der Vorteil der Anordnung besteht somit darin, daß zum einen durch den rascheren Druckausgleich ein schnelles Arbeiten und insbesondere auch die Erfassung von Meßwerten bei großen Obstruktionen möglich wird, und zum anderen durch das Wegfallen von Schwingungen Fehlmessungen vermieden werden können.

Es lassen sich zudem ohne weiteres häufige Messungen und die Herstellung von Tagesprofilen auf Grund der einfachen Handhabbarkeit durchführen.

Im folgenden werden Steuerungsverfahren für das soeben beschriebene Meßgerät angegeben und näher erläutert. In Abweichung vom Stande der Technik, bei dem man bislang kurz nach Öffnen des Verschlusses den Volumenstrom gemessen und diesen bei der Quotientenbildung zur Ermittlung des Atemwegwiderstandes zugrunde gelegt hat, soll nunmehr der Volumenstrom vor dem Schließen und nach dem Öffnen des Verschlusses in mehreren Punkten abgetastet und durch Interpolation der Verlauf des Volumenstromes bei geschlossenem Verschluß ermittelt werden. Wie diese Interpolation vorgenommen werden soll, steht dabei letztlich frei, da sie beispielsweise numerisch durch Programmierung eines entsprechenden Kleinrechners oder aber auch durch eine entsprechende elektronische Schaltungsanordnung analog realisierbar sein kann. Der hierdurch erreichte Vorteil ist zweifach: Aus prinzipiellen Erwägungen heraus ist bei der Verschlußdruckmethode der Alveolardruck und der Volumenstrom nicht gleichzeitig, d. h. im selben Augenblick erfaßbar, was zur exakten Bestimmung des Atemwegwiderstandes erforderlich wäre. Im Stande der Technik wird deshalb der Volumenstrom möglichst kurzzeitig nach der Messung des Alveolardruckes erfaßt und der hierdurch bedingte Fehler als geringfügig in Kauf genommen. Bei der vorgeschlagenen Interpolation hingegen sind beide zur Quotientenbildung erforderlichen Meßwerte gleichzeitig erfaßbar. Ein weiterer Vorzug besteht darin, daß der der Quotientenbildung zugrunde gelegte Wert des Volumenstromes auf Grund von in aller Regel mehreren Abtastpunkten vor dem Schließen und nach dem Öffnen in dem gewünschten Zeitpunkt sehr exakt bestimmbar ist. Da im Stande der Technik bei Bestimmung des Volumenstromes ein einziger Meßpunkt kurz nach dem Öffnen des Verschlusses erfaßt und der Berechnung des Atemwiderstandes zugrunde gelegt wird, ergeben sich häufig Fehler daraus, daß das aus den oben bereits erwähnten Gründen bereits unmittelbar nach Öffnen des Verschlusses Schwingungen der Luftsäule innerhalb des Gerätes als auch insbesondere innerhalb des Volumenstrommessers auftreten, während der Volumenstrom gemessen wird, was teilweise zu unbrauchbaren Werten führt. Ein längeres Zuwarten bis nach dem Abklingen der Schwingungen verbietet sich deshalb, da dann der zeitliche Abstand zwischen den Messungen des Alveolardrucks und dem des Volumenstromes noch größer wird. Im Ergebnis erhält man einen wesentlich exakteren Wert des Volumenstromes einmal auf Grund der Tatsache, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung Schwingungen nur noch in sehr geringem Maße auftreten und zum anderen deshalb, da durch das Abtasten der Meßkurve und durch Extrapolation zusätzlich Fehler vermieden werden.

Nach Betätigen des Verschlusses wird der Volumenstrom unterbunden und es steigt an dem unmittelbar vor dem Verschluß befindlichen Druckmesser der dort herrschende Druck exponentiell auf den in der Lunge herrschenden Alveolardruck an. Da andererseits die Unterbrechnung zur Vermeidung willkürlicher Reaktionen des Probanden maximal 0,2-0,3 Sekunden betragen darf, erhält man am Druckmesser nur dann den exakten Alveolardruck, wenn vor dem Öffnen des Verschlusses bereits der Druckausgleich vorgelegen hat. Die hierfür erforderliche Zeit ist unterschiedlich und wird bestimmt u. a. durch den Atemwegwiderstand des Probanden, der bei Patienten mit hohen Obstruktionen sehr groß ist. Um auch gerade in diesen, besonders interessierenden Fällen einen guten Meßwert zu erhalten, wird in Weiterbildung vorgeschlagen, nach dem Betätigen des Verschlusses den am Druckmesser herrschenden und ansteigenden Druck zu erfassen und hieraus den Grenzwert zu extrapolieren. Für das Öffnen des Verschlusses muß nicht mehr so lange gewartet werden bis am Druckmesser der Alveolardruck herrscht, was sich in der Beendigung des Druckanstieges äußert. Bereits aus mehreren Meßpunkten aus dem exponentiell ansteigenden Druckbereich läßt sich der Grenzwert bestimmen. Der Vorteil besteht darin, daß mit kürzeren Verschlußzeiten und damit wesentlich rascher und auch physiologischer gearbeitet werden kann und darüber hinaus auch bei Probanden mit hohen Obstruktionen exakte Meßwerte erhaltbar werden.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein Meßgerät in Seitenansicht wiedergegeben. Es besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem Rohr 1, an dessen linkem Ende ein Mundstück 2 angeformt ist. Hinter dem Mundstück befindet sich als nächstes ein Druckmesser 3 sowie weiter nach innen zu ein Verschluß 4. Aufgabe des Druckmessers 3 ist die Erfassung des in diesem Teil des Rohres jeweils befindlichen Druckes der Atemluft. Der Verschluß 4 ist so gesteuert, daß er während des Ausatemvorganges für eine kurze Zeit, die nicht länger als 0,2-0,3 Sekunden betragen darf, das Rohr 1 verschließt, so daß der Volumenstrom schlagartig Null wird. Während dieser Betriebsphase baut sich dann in dem vom Mundstück 2 bis zum Verschluß 4 verlaufenden Teil des Rohres 1 der im Inneren der Lunge herrschende Druck der sog. Alveolardruck auf. Die hierfür erforderliche Zeit hängt ab vom Atemwegwiderstand als auch von dem durch die Atemluft zu beaufschlagendem Volumen. Aus diesem Grunde soll der Abstand des Verschlusses 4 vom Mundstück 2 möglichst gering sein.

An den Verschluß 4 schließt sich der Volumenstrommesser 5 an, der über zwei Schläuche 5 mit einem Differenzdruckmesser 7 verbunden ist, durch den die unmittelbare Anzeige des durch das Rohr 1 fließenden Volumenstromes erfolgt. An seinem rechten Ende geht das Rohr 1 in zwei Abzweigrohre 8 über, die alternierend über ein Zweiwegeventil 9 zuschaltbar sind. Letzteres kann beispielsweise so angesteuert werden, daß während eines Ausatemvorganges die vom Probanden eingegebene Atemluft über das eine Abzweigrohr 8 nach außen wieder abgegeben wird und nach Umschalten des Ventiles 9 die Einatmung beispielsweise eines Helium-Gemisches, das der Feststellung des Restvolumens der Lunge dient, über das andere Abzweigrohr 8 vorgenommen wird.

Als Ergebnis erhält man ein Meßgerät mit dessen Hilfe ein besonders rasches und präzises Bestimmen des Atemwegwiderstandes nach der Verschlußdruckmethode möglich wird.

Claims (3)

1. Gerät zum Messen des Atemwegwiderstandes nach der Verschlußdruckmethode, mit einem Mundstück (2), einem Druckmesser (3), einem Verschluß (4) und einem Volumenstrommesser (5), sowie mit Elementen zur Steuerung und zur Verarbeitung, Anzeige und Speicherung der Meßwerte, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (4) unmittelbar hinter dem Mundstück (2) und dem Druckmesser (3) angeordnet ist.

2. Verfahren zum Verarbeiten der Meßwerte bei einem Meßgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom vor dem Schließen und nach dem Öffnen des Verschlusses (4) abgetastet und hieraus der Verlauf des Volumenstromes bei geschlossenem Verschluß (4) interpoliert wird.

3. Verfahren zum Verarbeiten der Meßwerte bei einem Meßgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen Zustand des Verschlusses (4) der erfaßte Druck abgetastet und zu seinem Grenzwert hin extrapoliert wird.