DE4210399A1 - Breathing monitor - has gas sensor to give partial oxygen@ pressure of exhaled air with time without constant calibration - Google Patents

Abstract

To monitor the breathing function of a patient, to establish life, at least one gas sensor (G1) gives a detection action according to the partial oxygen pressure, to give oxygen partial pressure of the exhaled air by time. The periodic partial pressure change is used to monitor the breathing function. Also claimed is an appts. with a thermally insulated measurement chamber (M) containing at least one gas sensor (G1). Gas channels (V1,V2) ensure that ambient air is the inhaled air and that the exhaled air flows through the measurement chamber (M). An ion conductive gas sensor (G1) is pref. used, which uses air (L) as the reference gas, and its Nernst voltage indicates the partial oxygen pressure. The gas sensor (G1) is of ZrO2, SiTiO3, BaTiO3, TiO2 or CeO2, for electron conductivity, with changes in conductivity and resistance to give the partial oxygen pressure. Two gas sensors can be used, where the second sensor gives a resistance change only on temp. variations to give partial oxygen pressure related to temp.. USE/ADVANTAGE - The method is for monitoring the breathing function of human and animal patients, especially during surgery. The system functions, independently of temp., without constant calibration.

Description

Vor allem während und nach Operationen ist es aus medizini­ scher Sicht wünschenswert, die Atemfunktion und somit auch die Lebensfunktion von Menschen und Tieren zu überwachen. Hierfür werden Geräte benötigt, die in der Lage sind, jeden Atemzyklus zu erfassen. Beim menschlichen Atmen werden ca. 4% Sauerstoff der eingeatmeten Luft in der Lunge in CO₂ umgewandelt. Im ausgeatmeten Gasgemisch hat also der Sauer­ stoff einen geringeren Partialdruck als in der eingeatmeten Umgebungsluft. Dieser Sachverhalt kann herangezogen werden, um den Atemzyklus eines Lebewesens zu bestimmen.From a medical point of view, especially during and after operations, it is desirable to monitor the respiratory function and thus the life function of humans and animals. This requires devices that are able to record every breathing cycle. During human breathing, approx. 4% oxygen of the inhaled air in the lungs is converted into CO ₂ . In the exhaled gas mixture, the oxygen has a lower partial pressure than in the inhaled ambient air. This fact can be used to determine a person's breathing cycle.

Bisher kann zum Beispiel folgende Methode zur Kontrolle der Atemfunktion angewendet werden:So far, for example, the following method for checking the Respiratory function can be used:

Sauerstoff kann mit elektrochemischen Gasmeßzellen, sog. Clarkzellen, gemessen werden. Gasmeßzellen arbeiten zwar bei Raumtemperatur, besitzen jedoch den Nachteil, daß sie in relativ kurzen Abständen immer wieder neu geeicht werden müssen. Außerdem erlaubt es ihre zeitliche Auflösung auch nicht, atemzyklusselektiv zu arbeiten.Oxygen can be measured with electrochemical gas measuring cells. Clark cells. Gas measuring cells work at room temperature, but have the disadvantage that they are re-calibrated at relatively short intervals have to. It also allows their temporal resolution not to work on a breath cycle basis.

Genauere Angaben über die Funktions- und Wirkungsweise von solchen Gasmeßzellen kann man folgenden Artikeln entnehmen:
L.C.Clark, R.C.Weld, Z.Taylor "Continuous Recording of Blood Oxigen Tension" Journal Appl. Physiol., Vol. 6, 1953, 189 ff
M.Koudelka "Performance Characteristics of a Planar "Clark Type" Oxygen Sensor" Sensors and Actuators, Vol. 9 (1986) 249 ff.More detailed information on the function and mode of operation of such gas measuring cells can be found in the following articles:
LCClark, RCWeld, Z. Taylor "Continuous Recording of Blood Oxigen Tension" Journal Appl. Physiol., Vol. 6, 1953, 189 ff
M.Koudelka "Performance Characteristics of a Planar" Clark Type "Oxygen Sensor" Sensors and Actuators, Vol. 9 (1986) 249 ff.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, eine weitere Anordnung und ein Verfahren anzugeben, mit der die Atemfunktion von Lebewesen überwacht werden kann, das nicht die Nachteile bisheriger Verfahren und Anordnungen aufweist.The problem underlying the invention is to specify a further arrangement and a method with which can monitor the respiratory function of living beings, not the disadvantages of previous methods and Has arrangements.

Dieses Problem wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved according to the features of claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention result from the subclaims.

Besonders vorteilhaft am erfindungsgemäßen Verfahren ist der Einsatz von Gassensoren, die aus der Kfz-Technik bekannt sind und die bekannterweise kurze Ansprechzeiten und hohe Genauigkeiten aufweisen. Es bestehen also keine Schwierigkeiten, daß der Sensor den 15 bis 20 Atemzügen, die ein Mensch beispielsweise pro Minute tätigt, mit seinem Reaktionsverhalten nicht folgen kann.Is particularly advantageous in the method according to the invention the use of gas sensors that come from automotive engineering are known and the known short response times and have high accuracy. So there are none Difficulty getting the sensor to take 15 to 20 breaths, that a person does, for example, per minute with cannot follow his reaction behavior.

Vorteilhaft am Einsatz Nernst′scher Sonden beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Tatsache, daß die Sonden direkt eine Nernst′sche Spannung zur Verfügung stellen, die ein Äquivalent zum im Gasgemisch vorhandenen Sauerstoffpartialdruck darstellt und somit direkt für Messungen zur Verfügung steht.Advantageous when using Nernst probes The inventive method is the fact that the A Nernst voltage is available directly to the probes places that are equivalent to the existing in the gas mixture Represents oxygen partial pressure and thus directly for Measurements is available.

Besonders vorteilhaft in bezug auf Nernst′sche Sonden haben sich solche aus dem Material ZrO₂ erwiesen, da sie ein besonders gutes Ansprechverhalten auf Sauer­ stoffpartialdruckänderungen aufweisen. Those made from the material ZrO _{2 have} proven to be particularly advantageous with regard to Nernst probes, since they have a particularly good response to changes in partial pressure of oxygen.

Vorteilhaft beim Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren ist auch die Anwendung elektronenleitender Gassensoren, da sie aufgrund ihrer in Dünnschichttechnologie hergestellten Geometrie geringere Abmessungen aufweisen und somit kürzere Ansprechzeiten und höhere Genauigkeit als vergleichbare Nernst′sche Sonden.Advantageous when used in the method according to the invention is also the use of electron-conducting gas sensors, because they are made on the basis of their thin-film technology Geometry have smaller dimensions and thus shorter Response times and higher accuracy than comparable ones Nernst probes.

Besonders günstig für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren sind Gassensoren aus Metalloxiden, da sie be­ kannterweise Sauerstoff in ihrer Gitterstruktur intersti­ tiell gelöst enthalten und entsprechend leicht auf Sauer­ stoffpartialdruckänderungen im Umgebungsgas, in diesem Fall der ausgeatmeten Luft, reagieren können.Particularly favorable for use in the invention Methods are gas sensors made of metal oxides because they are known to intersti oxygen in their lattice structure tially dissolved and correspondingly slightly acidic Partial pressure changes in the ambient gas, in this Case of exhaled air, can react.

Besonders günstige Materialien für den Einsatz in erfin­ dungsgemäßem Verfahren sind die Metalloxide SrTiO₃, BaTiO₂, CeO₂ oder TiO₂. Sie reagieren besonders ausgeprägt auf Sau­ erstoffpartialdruck-Änderungen.Particularly favorable materials for use in the process according to the invention are the metal oxides SrTiO ₃ , BaTiO ₂ , CeO ₂ or TiO ₂ . They react particularly strongly to changes in oxygen partial pressure.

Um schnelle Temperaturschwankungen, wie sie bei raschen Gaswechseln auftreten können, im erfindungsgemäßen Verfah­ ren vermeiden zu können, ist es günstig, zwei resistive Gassensoren zu verwenden, von denen einer nicht auf Partial­ druckänderungen und nur auf Temperaturänderungen mit seinen Leitfähigkeitsänderungen reagiert. Bei der Differenzbildung der beiden Signale, die diese Gassensoren liefern, kürzt sich der Temperatureinfluß heraus.To rapid temperature fluctuations, such as rapid Gas changes can occur in the inventive method In order to be able to avoid the use of two resistive Use gas sensors, one of which is not on partial pressure changes and only on temperature changes with its Conductivity changes responded. When forming the difference of the two signals that these gas sensors deliver the influence of temperature.

Weiterhin ist es vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Verfah­ ren die Sensoren auf einem Substrat, z. B. Al₂O₃, aufzubrin­ gen, da dieses thermisch stabil ist und es erlaubt, Gassen­ soren mit geringen geometrischen Abmessungen einzusetzen.Furthermore, it is advantageous in the process according to the invention, the sensors on a substrate, for. B. Al ₂ O ₃ , aufzubrin gene, since this is thermally stable and allows alley sensors with small geometric dimensions to be used.

Besonders vorteilhaft ist es, dieses Verfahren in einer Meßkammer anzuordnen, die einen Gassensor enthält und ent­ sprechende Rückschlagventile und Schläuche anzubringen, so daß die ausgeatmete Luft über den Sensor strömt und die eingeatmete Luft Umgebungsluft ist. Auf diese Weise wird vermieden, daß das Lebewesen vom Sensor erhitzte Luft ein­ atmet. Auch kann so sichergestellt werden, daß die ausgeat­ mete Luft möglichst vollständig am Gassensor vorbeiströmt.It is particularly advantageous to use this method in one Arrange measuring chamber containing a gas sensor and ent  install speaking check valves and hoses, so that the exhaled air flows over the sensor and the inhaled air is ambient air. That way Avoided that the living creature heated air from the sensor breathes. This also ensures that the exhaled mete air flows as completely as possible past the gas sensor.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren und Ausführungsbeispielen weiter erläutert.In the following the invention with reference to figures and Embodiments further explained.

In Fig. 1 ist eine Nernst′sche Sonde zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.In Fig. 1, a Nernst probe for performing the method according to the invention is shown.

In Fig. 2 sind zwei resistive Sonden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.In FIG. 2, two resistive probes are shown for performing the method according to the invention.

Fig. 3 zeigt den an den Gassensoren G1 und G2 gemessenen Signalverlauf bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 3 shows the gas sensors G1 and G2 measured waveform in carrying out the inventive method.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 4 shows an arrangement for performing the method according to the invention.

Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 5 shows an exemplary arrangement for performing the method according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine Nernst′sche Sonde G1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Nernst′sche Sonde kann beispielsweise aus Zirkondioxid ZrO₂ ausgeführt sein und ist in diesem Fall auf einem Substrat S aufgebracht. Dieses Substrat kann beispielsweise Aluminiumoxid sein. Die Sonde G1 schließt luftdicht mit dem Substrat S ab. An der Außenseite und an der Innenseite der Sonde G1 sind Elektroden E3 und E4 angebracht, an denen sie Nernst′sche Spannung gemessen wird. Im Substrat befindet sich eine Bohrung, durch die die Innenseite der Sonde G1 mit der Außenluft L in Kontakt kommt. Auf der anderen Seite der Sonde befindet sich die ausgeatmete Luft AL, die von dem Lebewesen erzeugt wurde. Die ausgeatmete Luft AL enthält weniger Sauerstoff als die Außenluft L, d. h. der Sauer­ stoffpartialdruck der ausgeatmeten Luft L ist um das Maß geringer, um das das Lebewesen L Sauerstoff verbraucht hat. Zwischen der Außenseite der Sonde G1, auf der sich die ausgeatmete Luft AL und der Innenseite der Sonde G1, auf der sich die Außenluft L befindet, bildet sich ein Kon­ zentrationsgefälle aufgrund der bestehenden Partialdruck­ differenz des Sauerstoffs aus. Durch Sauerstoffionenlei­ tung versucht das Material des Sensors G1 dieses Partial­ druckgefälle des Sauerstoffs auszugleichen. Es fließt ein Strom zwischen der Außenseite und der Innenseite der Sonde und eine Spannung kann an den Elektroden E3 und E4 ge­ messen werden. Diese Spannung ist die sog. Nernst′sche Spannung. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Span­ nung ausgewertet, um den Atemzyklus eines Lebewesens in Abhängigkeit von der Zeit zu erfassen. Fig. 1 shows a Nernst probe G1 for performing the method according to the invention. This Nernst probe can be made of zirconium dioxide ZrO ₂ , for example, and is applied to a substrate S in this case. This substrate can be aluminum oxide, for example. The probe G1 is airtight with the substrate S. On the outside and on the inside of the probe G1 electrodes E3 and E4 are attached, on which it is measured Nernst voltage. There is a hole in the substrate through which the inside of the probe G1 comes into contact with the outside air L. On the other side of the probe is the exhaled air AL that was created by the living being. The exhaled air AL contains less oxygen than the outside air L, ie the oxygen partial pressure of the exhaled air L is lower by the amount by which the living being L has consumed oxygen. Between the outside of the probe G1, on which the exhaled air AL and the inside of the probe G1, on which the outside air L is located, a concentration gradient forms due to the existing partial pressure difference of the oxygen. The material of sensor G1 tries to compensate for this partial pressure drop of the oxygen by oxygen ion conduction. A current flows between the outside and the inside of the probe and a voltage can be measured at electrodes E3 and E4. This tension is the so-called Nernst tension. In the method according to the invention, this voltage is evaluated in order to record the breathing cycle of a living being as a function of time.

Fig. 2 zeigt zwei resistive Sonden G1 und G2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Am Sensor G2 sind die Elektroden E1 und E2 angebracht und am Sensor G1 sind die Elektroden E3 und E4 vorgesehen. Die beiden Sensoren G1 und G2 sind auf einem Substrat beispielsweise Aluminiumoxid aufgebracht. Die Sensoren G1 und G2 können beispielsweise aus SrTiO₃, BaTiO₃, TiO₂ oder CeO₂ ausge­ führt sein. Zwischen den beiden Sonden G1 und G2 befindet sich eine trennende Materialschicht TM, die sicherstellt, daß die Sonde G2, nur mit der Luft L in Kontakt kommt und daß die Sonde G1 nur mit der ausgeatmeten Luft AL in Be­ rührung kommt. Fig. 2 shows two resistive probes G1 and G2 for carrying out the inventive method. The electrodes E1 and E2 are attached to the sensor G2 and the electrodes E3 and E4 are provided on the sensor G1. The two sensors G1 and G2 are applied to a substrate, for example aluminum oxide. The sensors G1 and G2 can, for example, be made of SrTiO ₃ , BaTiO ₃ , TiO ₂ or CeO ₂ . There is a separating material layer TM between the two probes G1 and G2, which ensures that the probe G2 only comes into contact with the air L and that the probe G1 only comes into contact with the exhaled air AL.

Zunächst soll dargelegt werden, wie das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Sensor G1 alleine durchgeführt werden kann. Der Sensor G1 wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der ausgeatmeten Luft L in Kontakt gebracht und ändert auf diese Weise seine Leitfähigkeit oder seinen Widerstand. Im Kristallgitter vorhandene Sauerstoffionen versuchen entsprechend dem Konzentrationsgefälle in der ausgeatmeten Luft durch Ausdiffusion aus dem Gitter das Konzentrationsgefälle auszugleichen, oder im Falle einer Erhöhung des Sauerstoff­ partialdruckes in der ausgeatmeten Luft Sauerstoffionen aus der Luft zu binden. Dadurch ändert sich die Leitfähig­ keit des Sensormaterials und an den Elektroden E3 und E4 kann diese Änderung gemessen werden.First, it should be explained how the invention Procedures with the sensor G1 can be carried out alone can. The sensor G1 is used when the inventive method with the exhaled air L  contacted and thus changes his Conductivity or its resistance. In the crystal lattice existing oxygen ions try accordingly Concentration gradient in the exhaled air Diffusion from the lattice the concentration gradient balance, or in the event of an increase in oxygen partial pressure in the exhaled air oxygen ions bind from the air. This changes the conductivity speed of the sensor material and on the electrodes E3 and E4 this change can be measured.

Die Änderung dieser Leitfähigkeit bzw. des Ohm′schen Wi­ derstandes wird verwendet, um im erfindungsgemäßen Verfah­ ren die Atemzykluszeit, d. h. die Zeit eines Einatem- und Ausatemvorganges zu ermitteln. Mit dem Sensor G2 können Temperatureinflüsse auf das erfindungsgemäße Verfahren eli­ miniert werden. Der Sensor G2, an dem die Elektroden E1 und E2 vorgesehen sind, besteht aus beispielsweise demsel­ ben Material wie der Sensor G1. Er wird jedoch nur mit der Umgebungsluft in Berührung gebracht. Deshalb liefert er ein konstantes Partialdrucksignal, welches dem Sauerstoff­ partialdruck in der Umgebungsluft L entspricht. Der Sensor G2 ändert so seine Leitfähigkeit bzw. seinen Ohm′schen Widerstand nur in Abhängigkeit der Temperatur. Im Falle von raschen Temperaturänderungen, wie sie beim erfindungsge­ mäßen Verfahren auftreten können, ändern beide Sensoren ihr temperaturabhängiges Leitfähigkeitsverhalten. Der Sensor G1 wird jedoch zusätzlich mit einem anderen Partialdruck des Sauerstoffs beaufschlagt als der Sensor G2. Durch eine Substraktion der Signale, die an den Elektroder E3 und E4 bzw. E1 und E2, d. h. am Sensor G1 und am Sensor G2 gemes­ sen werden können, wird der Temperatureinfluß eliminiert. Dieses temperaturunabhängige Signal kann im erfindungs­ gemäßen Verfahren benutzt werden, um die Atemzykluszeit zu bestimmen. The change in this conductivity or the Ohm's Wi derstandes is used to in the inventive method ren the respiratory cycle time, d. H. the time of an inhalation and To determine exhalation. With the sensor G2 you can Temperature influences on the method according to the invention eli be mined. The sensor G2, on which the electrodes E1 and E2 are provided, for example consists of demsel material such as the G1 sensor. However, it is only with the Ambient air brought into contact. That's why he delivers a constant partial pressure signal, which the oxygen partial pressure in the ambient air L corresponds. The sensor G2 thus changes its conductivity or its ohmic Resistance only depending on the temperature. In the event of of rapid changes in temperature, as in the case of the invention According to the procedure, both sensors change it temperature-dependent conductivity behavior. The sensor However, G1 is additionally with a different partial pressure of oxygen applied as the sensor G2. By a Subtraction of the signals sent to the electrodes E3 and E4 or E1 and E2, d. H. measured on sensor G1 and on sensor G2 can be sen, the temperature influence is eliminated. This temperature-independent signal can fiction methods used to increase the breathing cycle time determine.  

In Fig. 3 ist der Signalverlauf, wie er bei der Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens an den Sensoren (G1, G2) auftritt, dargestellt. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit t aufgetragen und auf der vertikalen Achse der Partialdruckverlauf des Sauerstoffs. Der Signalverlauf zeigt sowohl den Partialdruckverlauf einer Nernst′schen Sonde, wie auch einer resistiven Sonde. Die Bezeichnungen sind analog zu den Fig. 1 und Fig. 2 verwendet. Von einer Nernst′schen Sonde z. B. wird direkt eine Sauer­ stoffpartialdruck-abhängige Spannung erzeugt, die in Kom­ bination mit einem x-y-Schreiber zum dargestellten Kur­ venverlauf führt.In Fig. 3, the signal curve as it occurs in the implementation of the inventive method on the sensors (G1, G2) is shown. The time t is plotted on the horizontal axis and the partial pressure curve of the oxygen is plotted on the vertical axis. The signal curve shows the partial pressure curve of a Nernst probe as well as a resistive probe. The designations are used analogously to the FIG. 1 and FIG. 2. From a Nernst probe. B. directly generates an oxygen partial pressure-dependent voltage, which in combination with an xy recorder leads to the curve shown.

Beim Einsatz einer resistiven Sonde wird diese aus einer Konstantstromquelle versorgt und der Spannungsabfall an ihr entspricht dem von der Nernst′schen Sonde abgegebenen Signal mit ihm wird analog weiterverfahren.When using a resistive probe, it is made from a Constant current source supplied and the voltage drop on it corresponds to that emitted by the Nernst probe The signal with it is processed analogously.

Der Sensor G2, der mit der Außenluft L in Kontakt kommt, zeigt einen konstanten Partialdruckverlauf unabhängig von der Zeit. Dieser Partialdruckverlauf ist mit G2 bezeichnet. Das vom Sensor G1 gelieferte Partialdrucksignal zeigt einen periodischen Verlauf in Abhängigkeit von der Zeit. Es steigt je nach Einatem-oder Ausatemvorgang des Lebe­ wesens an, oder fällt ab wie aus dem Verlauf, der mit G1 bezeichnet ist, erkennbar wird.The sensor G2, which comes into contact with the outside air L, shows a constant partial pressure curve regardless of currently. This partial pressure curve is designated G2. The partial pressure signal supplied by sensor G1 shows a periodic course depending on the time. It increases depending on the inhalation or exhalation process of life essence, or falls off as from the course that with G1 is identified.

In Fig. 3 werden drei Zeitpunkte t1, t2 und t3 unterschie­ den. Der Ausatemvorgang des Lebewesens dessen Atemzyklus überwacht werden soll, beginnt bei t1 und endet bei t2. Mit dem Zeitpunkt 2 beginnt das Einatmen des Lebewesens bis zum Zeitpunkt t3. Der Zeitraum, der zwischen t1 und t3 liegt, wird als Atemzyklus des Lebewesens bezeichnet. Am Signalverlauf kann man erkennen, daß beim Ausatmen, begin­ nend bei t1 der Partialdruck in der ausgeatmeten Luft AL abnimmt. Dies wird dadurch bewirkt, daß vom Lebewesen Sauerstoff aus der Außenluft umgewandelt wird und so in der ausgeatmeten Luft AL sich weniger Sauerstoff befindet, was sich in einem geringeren Sauerstoffpartialdruck der ausgeatmeten Luft AL äußert. Zum Zeitpunkt t2 beginnt das Lebewesen mit dem Einatmen. Der Sauerstoffpartialdruck der ausgeatmeten Luft wird nun nicht mehr gemessen. Aus der Außenluft L strömt Umgebungsluft an den Sensor G1. Dies bewirkt eine kontinuierliche Anpassung des Sauerstoffpartial­ druckes am Sensor an das Umgebungssauerstoffpartialdruckni­ veau. Am Kurvenverlauf kann man erkennen, daß diese An­ passung erfolgt und sich der Signalverlauf am Sensor G1 dem Signal des Sauerstoffpartialdrucksverlaufs der Um­ gebungsluft, welche durch den Sensor G2 angezeigt wird, annähert.In Fig. 3, three times t1, t2 and t3 are different. The exhalation process of the living being whose breathing cycle is to be monitored begins at t1 and ends at t2. At time 2 , the living being begins to inhale until time t3. The period between t1 and t3 is called the living being's breathing cycle. From the signal curve you can see that when exhaling, beginning at t1, the partial pressure in the exhaled air AL decreases. This is caused by the fact that the living being converts oxygen from the outside air and so there is less oxygen in the exhaled air AL, which manifests itself in a lower oxygen partial pressure of the exhaled air AL. At time t2, the living being begins to inhale. The oxygen partial pressure of the exhaled air is no longer measured. Ambient air flows from the outside air L to the sensor G1. This causes a continuous adjustment of the oxygen partial pressure at the sensor to the ambient oxygen partial pressure level. From the curve you can see that this takes place and the signal curve at the sensor G1 approximates the signal of the oxygen partial pressure curve of the ambient air, which is indicated by the sensor G2.

Zum Zeitpunkt t3 ist der Einatemvorgang des Lebewesens geschlossen. Der Atemzyklus beginnt von neuem. Änderungen in der Atemzykluszeit, bzw. im Signalverlauf der vom Sensor G1 geliefert wird, können für die Überwachung der Lebensfunktion eines Lebewesens Verwendung finden, indem diese Änderungen ausgewertet werden. Die verwendeten Sensoren G1 und G2, einmal resistive Sensoren und einmal Nernst′sche Sonden weisen eine sehr schnelle Ansprechzeit im Bereich von 0,1 sec auf. Das heißt sie können diesem Atemverlauf eines Lebewesens, der sich in Partialdruck­ änderungen äußert, mit genügender Schnelligkeit folgen, da ein Lebewesen, wie der Mensch z. B. ca. 15 bis 20 mal pro Minute atmet.At time t3, the living being's inhalation process closed. The breathing cycle starts again. Changes in the respiratory cycle time, or in the signal course of the Sensor G1 supplied can be used for monitoring the Life function of a living being find use by these changes are evaluated. The used Sensors G1 and G2, once resistive sensors and once Nernst probes have a very fast response time in the range of 0.1 sec. That means you can do this Breathing course of a living being, which is in partial pressure Expresses changes, follow with sufficient speed, because a living being, like man z. B. about 15 to 20 times each Minute breathes.

In Fig. 4 ist eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Sie zeigt eine Meßkammer M, einen Gassensor G1, der mit Elektroden E3 und E4 versehen ist und zwei Rückschlagventile V1 und V2, deren Durchlaßrichtung durch Pfeile markiert ist. In FIG. 4 illustrates an arrangement for implementing the method according to the invention. It shows a measuring chamber M, a gas sensor G1 which is provided with electrodes E3 and E4 and two check valves V1 and V2, the direction of passage of which is marked by arrows.

Die Meßkammer M ist von der Außenluft thermisch isoliert. Im Bereich des Sensors G1 befindet sich ausgeatmete Luft AL. Die gesamte Anordnung befindet sich in Außenluft L. Während des Einatemvorgangs läßt das Ventil V1 keine Luft passieren und das Lebewesen atmet über das Ventil V2 Außenluft L ein. Während des Ausatemvorgangs des Lebewesens läßt das Ventil V2 keine Luft passieren und das Ventil V1 ist durchlässig. Es wird bewirkt, daß die ausgeatmete Luft AL über den Sensor G1 nach außen strömt.The measuring chamber M is thermally insulated from the outside air. Exhaled air is in the area of sensor G1 AL. The entire arrangement is in outside air L. Valve V1 leaves no air during the inhalation process pass and the living being breathes outside air via the valve V2 L a. During the living being's exhalation process valve V2 does not allow air to pass and valve V1 is permeable. It causes the exhaled air AL flows outwards via sensor G1.

Dabei passiert sie den Sensor G1 und in der Meßkammer werden an den Elektroden E3 und E4 die Sauerstoff-Partial­ druckänderungen des Gases meßbar. Die Luft strömt aus der Meßkammer nach außen. Mit dieser Anordnung kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden und die Atemfunktion eines Lebewesens überwacht werden. Es wird damit insbesondere vermieden, daß das Lebewesen die vom Sensor erhitzte Luft einatmet und daß die ausgeatmete Luft nicht über den Sensor strömt.It passes sensor G1 and in the measuring chamber the oxygen partial at the electrodes E3 and E4 pressure changes in the gas can be measured. The air flows out of the Measuring chamber to the outside. With this arrangement it can The inventive method are carried out and the Respiratory function of a living being is monitored. It will thus in particular avoided that the living being from Sensor inhales heated air and that the exhaled air does not flow over the sensor.

In Fig. 5 ist ein Beispiel der erfindungsgemäßen Anord­ nung dargestellt. Sie zeigt Luft L und ausgeatmete Luft AL, sowie einen ersten Gassensor G1 und einen zweiten Gassensor G2. Der erste Gassensor G1 weist Anschlüsse E3 und E4 auf. Der zweite Gassensor G2 weist Anschlüsse E1 und E2 auf. Am ersten Gassensor kann ein Signal S1 gemes­ sen werden. Am zweiten Gassensor wird in Abhängigkeit der Temperatur ein Signal S2 gemessen. Eine trennende Materialschicht trennt die ausgeatmete Luft AL von der Luft L.In Fig. 5, an example of the invention is shown Anord voltage. It shows air L and exhaled air AL, as well as a first gas sensor G1 and a second gas sensor G2. The first gas sensor G1 has connections E3 and E4. The second gas sensor G2 has connections E1 and E2. A signal S1 can be measured at the first gas sensor. A signal S2 is measured at the second gas sensor as a function of the temperature. A separating material layer separates the exhaled air AL from the air L.

Über elektrisch leitende Verbindungsleitungen K1 bis K4 die gleich numeriert sind wie die Elektroden E, mit denen sie verbunden sind, sind der erste Gassensor G1 und der zweite Gassensor G2 mit einer nachgeschalteten Verarbei­ tungseinheit V verbunden. In der nachgeschalteten Verarbei­ tungseinheit V befinden sich eine Konstantstromquelle I1, die beispielsweise einen Strom von 100 Mikroampere lie­ fert. Diese Konstantstromquelle I1 versorgt den ersten Gassensor G1 mit einem Konstantstrom. Bei einer Widerstands­ änderung des ersten Gassensors findet an ihm ein Spannungs­ abfall statt. Eine zweite Konstantstromquelle I2 innerhalb der Verarbeitungseinheit V ist mit dem zweiten Gassensor G2 verbunden, der ein nur von der Temperatur abhängiges Signal liefert. Im Falle einer Widerstandsänderung am Gassensor G2 findet dort ein Spannungsabfall statt. Diese beiden Spannungsabfälle werden einem Differenzverstärker D zugeführt, dieser subtrahiert diese beiden Spannungsab­ fälle und liefert an den Ausgängen A1 und A2 ein dem Partialdruck eines Gases innerhalb des Gasgemisches proportionales Ausgangssignal. Hier wird der Sauerstoff­ partialdruck bestimmt. Der Differenzverstärker D kann beispielsweise aus einem Operationsverstärker aufgebaut sein. Dieser Operationsverstärker ist beispielsweise beschaltet wie es in U. Tietze, CH. Schenk, "Halbleiter­ schaltungstechnik" (9. Auflage) unter Subtrahierer be­ schrieben ist.Via electrically conductive connecting lines K1 to K4 which are numbered the same as the electrodes E with which they are connected are the first gas sensor G1 and the  second gas sensor G2 with a downstream processing unit V connected. In the downstream processing unit V are a constant current source I1, which, for example, has a current of 100 microamps finished. This constant current source I1 supplies the first Gas sensor G1 with a constant current. With a resistance Changes to the first gas sensor find a voltage on it waste instead. A second constant current source I2 within the Processing unit V is with the second gas sensor G2 connected, which is only dependent on the temperature Signal delivers. In the event of a change in resistance on Gas sensor G2 there is a voltage drop. These two voltage drops are a differential amplifier D supplied, this subtracts these two voltages falls and delivers a to the outputs A1 and A2 Partial pressure of a gas within the gas mixture proportional output signal. Here is the oxygen partial pressure determined. The differential amplifier D can for example, built from an operational amplifier be. This operational amplifier is for example wired as it is in U. Tietze, CH. Schenk, "Semiconductors circuit technology "(9th edition) under subtractor be is written.

Die Widerstandsänderung des ersten Gassensors, bzw. die Leitfähigkeitsänderung des ersten Gassensors unter Einfluß von Sauerstoffpartialdruckänderungen läßt sich wie folgt erklären: Im Falle einer Partialdruckzunahme des Sauerstof­ fes versuchen Sauerstoffmoleküle in das Gitter, aus dem der erste Gassensor G1 aufgebaut ist, einzudringen. Sie spalten sich zu Ionen auf und diffundieren in das Gitter ein. Im Gitter binden diese Sauerstoffionen Elektronen an sich und das Gitter verarmt so langsam an Elektronen. Die Leitfähigkeit nimmt ab. Das heißt der Widerstand wird größer. Mit zunehmender Eindiffusion in das Gitter wird ein anderer Leitungseffekt dominierend. Die Defektelek­ tronenleitung, d. h. Löcherleitung. Die Leitfähigkeit des ersten Gassensors G nimmt wieder zu, bzw. der Ohm′sche Widerstand nimmt wieder ab. Diese beschriebenen Vorgänge sind reversibel. Falls also eine Sauerstoffpartialdruck­ abnahme stattfindet, so diffundieren die Sauerstoffionen wieder aus dem Gitter des ersten Gassensors heraus und bilden Sauerstoffmoleküle. Dabei hinterlassen sie im Gitter die Elektronen, die sie vorher an sich gebunden hatten und die Leitfähigkeit des Sensormaterials nimmt wieder zu, bzw. der Ohm′sche Widerstand nimmt ab. Diese Änderungen können mit der Verarbeitungseinheit V fest­ gestellt werden und führen zu einer Änderung im Aus­ gangssignal, das an den Anschlüssen A1 und A2 abgegeben wird.The change in resistance of the first gas sensor, or the Change in conductivity of the first gas sensor under influence of oxygen partial pressure changes can be as follows explain: In case of a partial pressure increase of the oxygen fes try oxygen molecules in the lattice from which the first gas sensor G1 is set up to penetrate. they split into ions and diffuse into the lattice a. These oxygen ions bind electrons in the lattice itself and the grid are slowly depleted of electrons. The Conductivity decreases. That means the resistance will  greater. With increasing diffusion into the lattice another line effect dominating. The defect electronics tron line, d. H. Hole line. The conductivity of the first gas sensor G increases again, or the ohmic Resistance is decreasing again. These processes described are reversible. So if an oxygen partial pressure decrease takes place, the oxygen ions diffuse out of the grid of the first gas sensor and form oxygen molecules. They leave behind in the Grid the electrons that they previously bound to themselves had and the conductivity of the sensor material decreases again, or the ohmic resistance decreases. These Changes can be fixed with the processing unit V. be made and lead to a change in the off output signal, which is output at the connections A1 and A2 becomes.

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung der Atemfunktion von Lebe­ wesen, bei dem

• a) mit wenigstens einem Gassenor (G1), der in Abhängigkeit des Sauerstoffpartialdruckes ein Detektionsverhalten aufweist, der Sauerstoffpartialdruck der ausgeatmeten Luft (AL) in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt wird,
• b) bei dem die periodische Partialdruckänderung zur Überwachung der Atemfunktion verwendet wird.

1. A method of monitoring the respiratory function of a living being

• a) with at least one gas sensor (G1) which has a detection behavior as a function of the oxygen partial pressure, the oxygen partial pressure of the exhaled air (AL) is determined as a function of time,
• b) in which the periodic partial pressure change is used to monitor the respiratory function.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein ionisch leitender Gassensor (G1) verwendet wird, der als Referenzgas Luft (L) benutzt und dessen Nernst′sche Spannung zur Ermittlung des Sauerstoffpartialdruckes Verwendung findet.2. The method of claim 1, wherein an ionic conductive gas sensor (G1) is used, which as Reference gas air (L) used and its Nernst'sche Voltage for determining the oxygen partial pressure Is used. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei der Gassensor (G1) aus ZrO₂ hergestellt wird.3. The method according to any one of claims 1 and 2, wherein the gas sensor (G1) is made of ZrO ₂ . 4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein elektronen­ leitender Gassensor (G1) verwendet wird, dessen Sauer­ stoffpartialdruck- abhängige Leitfähigkeitsänderung bzw. Widerstandsänderung zur Ermittlung des Sauerstoff­ partialdruckes findet.4. The method of claim 1, wherein an electron conductive gas sensor (G1) is used, its acid Partial pressure-dependent change in conductivity or change in resistance to determine the oxygen partial pressure finds. 5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Gassensor (G1) aus SrTiO₃, BaTiO₃, TiO₂ oder CeO₂ besteht.5. The method according to claim 4, wherein the gas sensor (G1) consists of SrTiO ₃ , BaTiO ₃ , TiO ₂ or CeO ₂ . 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem zwei Gassensoren (G1, G2) verwendet werden, von denen der andere (G2) seine Leitfähigkeit bzw. seinen Widerstand nur in Abhängigkeit der Temperatur ändert, so daß eine tem­ peraturabhängige Ermittlung der Sauerstoffpartial­ drücke erfolgt. 6. The method according to any one of claims 3 to 5, in which two gas sensors (G1, G2) are used, of which the others (G2) its conductivity or resistance only changes depending on the temperature, so that a tem temperature-dependent determination of the oxygen partial presses.   7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die beiden Sen­ soren auf einem Substrat (S) aufgebracht sind.7. The method according to claim 6, wherein the two sen sensors are applied to a substrate (S). 8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei der

• a) eine thermisch isolierte Meßkammer (M) vorgesehen ist, die wenigstens einen Gassensor (G1) enthält,
• b) weiterhin durch geeignete Gasführungsmittel (V1, V2) sichergestellt ist, daß die vom Lebewesen eingeatmete Luft (L) Umgebungsluft ist und die vom Lebewesen ausgeatmete Luft (AL) durch die Meßkammer (M) hindurchströmt.

8. Arrangement for performing the method according to one of claims 1 to 6 in the

• a) a thermally insulated measuring chamber (M) is provided which contains at least one gas sensor (G1),
• b) it is further ensured by suitable gas guidance means (V1, V2) that the air (L) inhaled by the living being is ambient air and the air (AL) exhaled by the living being flows through the measuring chamber (M).