SE470564B - Förfarande och anordning för avkänning av andningen hos en människa eller ett djur - Google Patents

Description

4%? lO l5 20 25 30 35 554 z Metoden och. anordningen för' att avkänna andningen och andningssensorn enligt föreliggande uppfinning grundar sig pà det förhållandet att andningsluftens fuktighet varierar kraftigt mellan in- och utandning. Vid inandning är den relativa fuktigheten i andningsluftflödet vid näsan eller munnen ungefär lika med omgivningsluftens, dvs oftast långt under 100 % medan den vid utandning i princip är mättad med vattenånga, dvs l0O % relativ fuktighet.

Om man låter andningsluften passera en yta som är kallare än 37 grader C så kommer vatten att kondensera på ytan när utandningsluften passerar. Det bildas imma på ytan. Om nämnda yta exempelvis utgör änden på en optisk fiber kan kondenseringsförloppet studeras på följande sätt. In i den optiska fibern ledes ljus eller annan elektromagnetisk stråle som kan ledas genom en optisk fiber från en källa som kan vara en laser, laserdiod, lysdiod eller någon lampa. Den optiska strålen som når fiberns bortre ände komer till en del att reflekteras och till en del att läcka ut. Om fiberns ände blir belagd med imma komer detta förhållande att ändras så att en ndndre del av stràlen kommer att reflekteras tillbaka när fibern är fuktig än när den är torr. Anledningen till detta är att de små vattendroppar som imman består av bildar små linser som släpper ut strålning i fler vinklar än som är fallet för den torra fibern. Andningen kan sedan avkännas som intensitetsvariationer hos det återreflekterade ljuset på något lämpligt sätt som exemlifieras nedan.

Det är också möjligt att detektera intensitetsvariationerna hos den stråle som transmitteras för att ur denna variation avkänna andningen. Detta kan exempelvis ske med hjälp av fotodetektor eller en annan fiberände som fångar upp en del av den transmitterade strålningen i närheten av den första fiberns ände. Det är också möjligt att utnyttja principen enligt föreliggande uppfinning på annat sätt. Exempelvis kan en slinga av en optisk fiber utnyttjas, utgöres av ett fönster av godtycklig form som släpper ut en del av den i fibern ledda strålningen men leder återstoden vidare till fiberns andra. ände. där sensorytan På samma sätt som i lO 15 20 25 30 35 47% 564 3 grundutförandet påverkar fukten på fönstret styrkan hos strålen som emitteras genom fönstret och därmed också strålen som leds vidare i fibern.

Det är också möjligt att utnyttja principen enligt uppfinningen. utan att någon optisk ledare eller fiber används. Om ett helt eller delvis reflekterande eller transmitterande element placeras i. andningsströmmen och utsättes för en optisk signal så kan den transmitterade eller den reflekterade signalen avkännas och andningen bestämmas ur dess variationer. Den optiska signalen kan riktas direkt mot det reflekterande eller transmitterande elementet och detektorn likaså, eller också kan endera av källan till den optiska signalen eller detektorn eller bådadera innefatta reflekterande eller transmitterande element som. utgör sensoryta.

Försök som har utförts med reflekterad stråle från en optisk fiberände av plast visar att strålens intensitet varierar i god överensstämmelse med andningsluftflödet och att några särskilda åtgärder inte behöver vidtagas för att leda bort värme från fiberânden.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas i anslutning till ritningen, pà vilken figur 1 schematiskt visar en apparat enligt uppfinningen figurerna 2 och 3 visar olika utföringsformer av andningssensorer enligt uppfinningen, och figur 4 visar exempel på ett kretsschema som kan utnyttjas vid apparater enligt uppfinningen. vid utföringsformen av uppfinningen enligt figur l är en laserdrivkrets l kopplad till en laserdiod 2, vars optiska signal leds via en första optisk ledare 4, en fiberkopplare 3 och en andra optisk ledare 5 till närheten av en andningsväg hos en person 7 som utgör måtobjekt. Fiberkopplaren 3 är sådan att den optiska signalen från ledaren 4 i huvudsak leds vidare till ledaren 5 medan utgångssignalen på den tredje optiska ledaren 6 huvudsakligen härrör från den optiska 10 15 20 25 30 35 4-70 564 4 signal som leds in i fiberkopplaren 3 från den andra optiska ledaren 5 och som i förekommande fall härrör fràn den del av signalen från laserdioden 2 som reflekterats vid änden av den andra optiska fibern 5 där själva sensorytan är belägen.

Fiberkopplaren 3 kan bestà av att den första (4) och den tredje (6) fibern sammanfogats kant mot kant med den andra fibern 5, vars diameter är dubbelt så stor som de övrigas.

Från den tredje fibern 6 gàr den optiska signalen till en fotodetektor 8. Den elektriska utsignalen som alstras av ljuset som faller på fotodetektorn består av tvá delar. En likspánningsnivà som endast beror på strálkällans, fiberns och fotodetektorns egenskaper och en på denna överlagrad spänningsvariation som. beror på hur stor del av det infallande strálen som, på grund av imman pà sensorytan vid kopplas ut ur fibern vid mätobjektet. överlagrade spänningsnivàn har karaktären av en sinusvág. fiberänden, Den Den andningsberoende utsignalen från fotodetektorn 8 kan utnyttjas och bearbetas pà olika sätt. Det som illustreras i figur 1 är en detektorkrets 9, avsedd att omvandla fotodetektorns signal till fyrkantpulser i takt med andningen. Dessa omvandlas i tid-frekvens-omvandlaren 10 till andningsfrekvensen som visas på en display 11.

Figur 2 visar en föredragen utföringsform av en andningssensor enligt uppfinningen. Den optiska ledarens 5 ändyta 51 bildar sensoryta som normalt släpper ut en del av den tillförda optiska signalen och reflekterar en del, varvid förhållandet mellan transmission och reflektion påverkas av den av andningsluftflödet 71 initierade kondenseringsgraden på sensorytan 51. Signalen 52 i. den optiska ledaren 5 innefattar således en tillförd signal och en reflekterad signal. Den optiska ledarens 5 ände med sensorytan 51 är omgiven av en huvudsakligen rörformig hållare 20 avsedd att hålla ledaren 5 och pà plats i andningsluftflödet i exempelvis en násborre. sensorytan 51 Den optiska ledaren 5 kan utgöras av en komersiellt tillgänglig optisk 10 l5 20 25 30 35 Hö 5 fiber av plast. Företrädesvis skall sensorytan 51 ligga i huvudsak parallellt med luftflödet.

En variant av andningssensorn framgår av figur 3. Sensorytan 53 utgör här i stället ett parti av en optisk ledare på vilket ledarens claddingskikt tagits bort, och ledaren utgör här i stället en slinga så att den del av den tillförda strälen som inte lämnar ledaren vid sensorytan 53 leds vidare till en. mottagare. Med denna sensor krävs inte någon fiberkopplare 3 eller dylikt utan ena änden 4 kan mottaga den tillförda strálen 41 medan den andra änden 6 avger utsignal 61 som direkt kan gå till en fotodetektor 8.

Som tidigare nämnts är också andra utföranden av andnings- sensor tänkbara och skyddet skall endast begränsas av patentkravens lydelse. Inom ramen för uppfinningstanken är det också nñjligt exempelvis att ersätta den rörformiga hållaren 20 med något annat lämpligt för att hålla sensorytan i andningsströmmen, såsom tape eller dylikt eller en annorlunda utformad. hållare. Som ett exempel kan den rörformiga hällaren 20 förses med en flik för att underlätta fasttejpning. Det är naturligtvis också möjligt att anordna sensorer enligt uppfinningen i. andningsluftflödet till ansiktsmasker eller rör vid respiratorer eller annan liknande utrustning.

En speciell tillämpning där uppfinningen kan bli av stort värde är i magnetkameror. I dessa får inga metalliska delar införas och man har att övervaka sjuka patienter under relativt långa undersökningstider.

En utföringsform av detektorkretsen 9 visas i figur 4. Denna krets har konstruerats för att säkra andningsdetektorns och kraftigt störda Förutom huvudkretsen för detektering av funktion även vid osymmetriska andningscykler. andningssignalen innehåller figur 4 en +/- 5 volts converter- krets 9l och en drivkrets 1 för laserdioden Dl. 564' lO 1.5 20 25 30 35 40 Den av fototransistorn Tl (motsvarar 8 i figur 1) mottagna signalen förs till ett lågpassfilter 94 med brytfrekvensen 5 Hz. Den filtrerade signalen kopplas till en peak-detektor 95 uppbyggd av två operationsförstárkare. I en differential- förstärkare 96 bildas sedan skillnaden mellan signalerna på peak-detektorns in- och utgångar. På dess utgång finns nu signalens övre toppvärde som baslinje och signalen, förstärkt ca 100 ggr, placerad ovanpå denna linje. Förstârkarsteget följs av en pulsformare bestående av två på varandra följande NAND-grindar.(IC ll). Från den första NAND-grinden triggas en monostabil multivibrator MV 1 med pulslängden 6 s. Denna monovippa triggar endast på positiva (=uppátgående) pulsflanker. Nästa NAND-grind kopplas via ett deriverande nät till monovippans reset-ingång. Resultatet blir att monovippans 6-sekunderspuls avbryts när signalen går ner, vilket sker vid utandning. Om däremot utandningssignalen uteblir pga störningar, eller kdmer för sent, kommer tiden 6 sekunder att löpa ut och monovippan återställer sig själv.

Efter monovippan MV 1 följer ytterligare en monovippa MV 2 med pulslângden 0,1 s, vars uppgift år att via två fälteffekttransistorer 97 återställa peak-detektorn 95 så att en ny inandningsfas kan startas.

Utsignalen från kretsen utgörs av 0,1 s långa pulser med ett tidsmellanrum som utgör ett mått på andningsfrekvensen.

Utsignalen kan kopplas till en frekvensräknare för omvandling till en andningsfrekvens efter ett lämpligt antal pulser enligt konventionell teknik. Den kan också utnyttjas direkt för att styra en ljudsignal eller visas på en display, vilket också kan ske med den analoga andningssignalen, som i så fall lämpligen tas ut efter differentialförstärkaren 96.

Kretsen enligt figur 4 är anpassad till en detektor enligt figur 2, i vilken det är reflekterat ljus från sensorytan som detekteras. Om i stället transmitterat ljus från sensorn enligt figur 3 detekteras kan samma krets utnyttjas under förutsättning att signalen inverteras.

V)

Claims (11)

1. l0 15 20 25 30 35 v i 47% '564 PATENTKRAV J.. Förfarande för avkänning av andningen hos en människa eller ett djur, kännetecknat därav, att en andnings- sensor, som pà optisk väg detekterar förändringar i pà sensorn utfälld fukt, placeras i andningsluftflödet och att förändringar av transmitterad och/eller reflekterad optisk signal beroende pà den utfàllda fukten avkännes. att en optisk signal sänds till andningssensorn via en optisk ledare, att ledarens ändyta utgör sensoryta och att förändringar i den i ändytan reflekterade optiska signalen avkännes och att andningen indikeras som en funktion av

2. Förfarande enligt krav l, kännetecknat därav, förändringarna . att en optisk signal sänds till andningssensorn via en optisk ledare, att ett parti av ledarens yta bildar ett fönster som utgör sensoryta och att förändringar i den i ledaren förbi

3. Förfarande enligt krav l, kännetecknat därav, fönstret transmitterade optiska signalen avkännes och att andningen indikeras som en funktion av förändringarna.

4. Andningssensor, kännetecknad därav, att den innefattar en sensoryta (51, 53) avsedd att utsättas för ett andningsluftflöde, (51, 53) och/eller reflektion av en optisk signal förändras av att fukt från luftflödet utfälles pà resp. sensorytan och att förändringarna av den optiska signalen avkännes som ett mätt pà andningsluftflödet. att sensorytans transmission avdunstar f rån

5. Andningssensor enligt krav 4, kännetecknad därav, att sensorytan utgöres av ändytan (51) av en optisk ledare (5) och att det är förändringarna av en i ändytan (51) till den optiska ledaren (5) reflekterad optisk signal som avkännes . l0 l5 20 25 30 35 ê7O 564 8

6. Andningssensor enligt krav 5, kännet ecknad därav , att ändytan (51) är anordnad väsentligen vinkelrätt mot den optiska ledaren.

7. Andningssensor enligt krav 4, kännetecknad därav, att sensorytan utgöres av ett parti (53) av en optisk ledare som bildar ett fönster som avleder en del av den i den optiska ledaren transmitterade signalen och att det är förändringarna av den transmitterade signalen som avkännes.

8. Andningssensor enligt något av kraven 5, kännetecknad 6 eller 7, (51, 53) är anordnad väsentligen tangerande andningsluftflödet. därav , att sensorytan

9. . Anordning för avkänning av andningen hos en människa eller ett djur, kännetecknad av, att den innefattar organ (1,2) för Zavgivande av en optisk signal, en andningssensor med en sensoryta (51, 53) avsedd att placeras i andnings- luftflödet varvid den optiska signalen (52, 41) är riktad mot sensorytan (51, 53) och denna är sådan, att den optiska signalens transmission och/eller reflektion förändras beroende pà variationer i frán andningsluftflödet utfälld fuktighet, samt organ (8, 9) för att avkänna förändringar i en optisk signal (52, 61) från sensorn som ett mätt pâ andningen.

10. Anordning enligt krav 9, kännetecknad av organ (9) för att avkänna extremvärden i den optiska signalen fràn sensorn och organ (10, ll) för att indikera andnings- frekvensen efter ett förutbestämt antal avkända extremvärden.

11. Anordning enligt krav 9 eller 10, kännetecknad av organ för att avge larm om upphörande andning en förutbestämd tid efter ett avkänt extremvärde hos den optiska signalen från sensorn, om inget nytt extremvärde dessförinnan uppnås. .a