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Gerät zur Analyse des von einem Patienten ausgeatmeten Gasgemisches
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Analyse des von einetatienten ausgeatmeten
Gasgemisches mit einem Atemrohr mit Strömungsmessgerät (Pneumotachograph). für die
Bestimmung der Atemstromstärke und einer über eine Saugleitung am Atemrohr angeschlossenen
Absaugpumpe, die während der Exspirationsphase einen Teil der ausgeatmeten Luft
absaugt und der Messkammer des Analysegerätes zuführt.
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Bei einem bekannten Gerät dieser Art mündet die Saugleitung in dem
Atemrohrteil, der zwischen dem Strömungsmessgerät und dem Mundstück liegt. Damit
die Zusammensetzung des abgesaugten Teiles der bei einem Atemzug ausgeatmeten Gasmenge
genau der Zusammensetzung der dabei im ganzen ausgeatmeten Gasmenge entspricht,
wird die Saugleistung der Absaugpumpe atemstromproportional gesteuert. Man erhält
dabei eine Anzeige der mittleren Zusammensetzung des ausgeatmeten Gasgemisches.
Bei diesem bekannten Gerät atmet der Patient während der Inspirationsphase zunächst
die im Strömungsmessgerät vorhandene Luft ein, die von der vorhergehenden Exspiration
stammt. Die Zusammensetzung der eingeatmeten Luft - und demzufolge auch die der
dann ausgeatmeten Luft - unterscheidet sich daher von der bei der Atmung ohne Mesegerät
gegebenen Zusammensetzung. FUr die Diagnose stellung ist es aber wichtig, die unverfälschte
Zusammensetzung der ausgeatmeten Luft kennenzulernen. Die durch das Strömungsmessgerät
verursachte Abweichung in der Zusammen-Setzung der ausgeatmeten Luft von den natürlichen
Verhältnissen
ist abhängig von der Grösse des in Exspirationsrichtung
nach der Mündungsstelle der Saugleitung liegenden Totraumes, der durch die Innenabmessungen
des Strömungsmessgerätes und des in Exspirationsrichtung davor liegenden Atemrohrteiles
bestimmt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der eingangs genannten Art
su schaffen, bei dem die Zusammensetzung der abgesaugten Luft möglichst genau der
bei der Atmung ohne das Atemrohr mit dem Strömungsmessgerät vorhandenen Zusammensetzung
entspricht, bei der also durch -das Atemrohr mit dem Strömungsmessgerät keine Veränderung
der Zusammensetzung der ausgeatmeten Luft gegenüber den natürlichen Verhältnissen
verursacht wird.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Atemrohr
nahe seinem mundsdtigen Ende eine ins Freie führende Öffnung und eine Verschlusseinrichtung
besitzt, die abwechselnd beim Einatmen den zur Absaugpumpe führenden Atemrohrteil
und beim Ausatmen die Öffnung verschliesst. Bei dem Gerät nach der Erfindung wird
also immer Frischluft eingeatmet, weil durch die erfindungsgemässe Lösung der Totraum
im Atemrohr vernachlässigbar klein gehalten ist. Anstelle eines Mundstückes kann
auch eine Mund und Nase umfassende Atemmaske Verwendung finden.
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Es empfiehlt sich, die Steuerung der Verschlusseinrichtung durch im
mundseitigen Atemrohrteil angeordnete druckabhängige, vorzugsweise elektrische Schaltmittel
vorzunehmen. Dabei kann im Rahmen der Erfindung als Schaltmittel ein Druckfühler
mit nachgeschaltetem Diskriminator benutzt sein, der bei einer Strömungsumkehr im
Atemrohr (Nulldurchgang der Atemdruckkurve) der Verschlusseinrichtung über
Steuervorrichtung einen Umschaltimpule zuführt. Als Verschlusseinrichtung wird zweckmässigerweise
ein elektromagnetisches Ventil benutzt. Ein besonders einfacher Aufbau des Geräten
wird erreicht, wenn die
Verschlusseinrichtung als Umschaltventil
ausgebildet wird. Zum Ausgleich der während einer Exspiration auftretenden Schwankungen
in der Zusammensetzung des ausgeatmeten Gasgemisches empfiehlt es sich, in dem in
Exspirationsrichtung nach der Absperrvorrichtung liegenden Atemrohrteil ein Mischgefäss
anzuordnen, dessen Volumen etwa gleich dem Volumen eines Atemzuges ist und an dem
die Saugleitung der Absaugpumpe angeschlossen ist. Zur Konstanthaltung der Verzögerung
zwischen einer Änderung und der Anzeige der Zusammensetzung der Exspirationsluft
kann gemäss einer Weiterbildung der Erfindung in der Saugleitung ein weiteres Mischgefäss
angeordnet und einer Steuervorrichtung für die Absaugpumpe eine vom Strömungsmessgerät
gebildete, dem jeweiligen Atemminutenvolumen entsprechende elektrische Grösse zugeführt
sein.
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\Jitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Patient mittels eines Mundstückes
an einem Atemrohr 1 angeschlossen, das die Teile 4 und 8 umfasst. Das Atemrohr 7
ist nahe seinem mundseitigen Ende mit einer ins Freie führenden Öffnung 2 versehen,
an der ein Rohrstutzen 16 angeschlossen ist. Im Atemrohr 1 ist ferner ein elektromagnetisch
betätigbares Umschaltventil 3 angeordnet, durch das die Öffnung 2 oder der in Exspirationsrichtung
danach liegende Atemrohrteil 4 verschliessbar ist. Zur Steuerung des umschaltventiles
3 bzw. dessen Magnetwicklung 3' ist ein Verstärker 5 vorgesehen, an dessen Eingang
ein im mundaeitigen Teil des Atemrohres 1 angeordneter elektrischer Druckfühler
6 angeschlossen ist.
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Der Atemrohrteil 4 mündet in einem Mischgefäss 7 mit einem Volumen,
das etwa gleich dem Volumen eines Atemzuges ist, durch
das Schwankungen
in der Zusammensetzung des ausgeatmeten Gasgemisches ausgeglichen werden. Im Mischgefäss
7 mündet ferner eine Luftleitung 8, die zu einem Strömungsmessgerät 9, beispielsweise
einem Pneumotachograph nach Fleisch führt, durch das die Stärke des ausgeatmeten
Atemetromes gemessen wird. Eine Rechenvorrichtung 15 bildet daraus das Atemminutenvolumen.
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Im Mischgefäss 7 mündet noch eine Saugleitung 10, in der ein weiteres
Mischgefäss ii angeordnet ist und die zu einer Absaugpumpe 12 führt. Das durch die
Absaugpumpe 12 aus dem Mischgefass 7 abgesaugte Gasgemisch wird einer Messeinrichtung
13 zugeführt, durch die die Zusammensetzung des abgesaugten Gasgemisches gemessen
und angezeigt wird. Der Absaugpumpe 12 ist eine Steuervorrichtung 14 zugeordnet,
die an der Rechenvor richtung 15 angeschlossen ist und durch die eine Steuerung
der Saugleistung der Absaugpumpe 12 in Abhängigkeit vom jeweiligen Atemminutenvolumen
erfolgt. Eine besonders hohe Messgenauigkeit bei der Messung der Stärke des Atemstromes
durch das Strömungsmessgerät 9 wird erzielt, wenn die durch die Absaugpumpe 12 aus
dem Nischgefäss 7 abgesaugte Luft in Exspirationsrichtung vor dem Strömungsmessgerät
9 wieder in das Atemrohr 1, und zwar in dessen Teil 8, zurückgeleitet wird, nachdem
ihre Zusammensetzung durch die Messeinrichtung 13 gemessen worden ist.
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Der Druckfühler 6 liefert bei jeder Strömungsumkehr im mundsei tigen
Teil des Atemrohrcs 1 einen Umschaltimpuls, der über den Verstärker 5 eine Umschaltung
des Ventils 3 bewirkt. Die Steuerung des Umschaltventils 3 erfolgt in der Weise,
dass am Ende einer Inspirationsphase die Öffnung 2 verschlossen und der Atemrohrteil
4 geöffnet wird, während umgekehrt am Ende einer Exspirationaphase der Atemrohrteil
4 verschlossen und die Öffnung 2 freigegeben wird. Der Totraum - der zwischen dem
Umschaltventil 3 und dem Mundstück liegende mundseitige Teil des
Atemrohres
1 - ist dabei vernachlässigbar klein, weil das Umschaltventil 3 sehr nahe beim Mundstück
des Atenrohres 1 angeordnet ist.
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Die Länge des Atemrohrteiles 4 ist für die Veränderung der Zusammensetzung
der ausgeatmeten Luft gegenüber den natürlichen Verhältnissen unerheblich. Die Glieder
7 bis 14 können daher entfernt vom Patienten angeordnet und durch eine Schlauchleitung
an dem nahe dem Patienten angeordneten Umschaltventil 3 angeschlossen sein, so dass
die Beweglichkeit des Patienten nicht durch eine grosse Messapparatur beeinträchtigt
wird. Das beschriebene Gerät eignet sich daher besonders zur Ergospirometrie.
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Eine Änderung der Zusammensetzung der Exspirationsluft, die bei einer
Leistungssteigerung oder -minderung des Patienten auftritt, wird von der Messeinrichtung
13 verzögert angezeigt. Die Verzögerung hängt vom Volumen der vor der Messeinrichtung
13 liegenden Luftführungsteile ab.
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Zur Konstanthaltung dieser Verzögerung wird die Saugleistung der Absaugpumpe
12 der jeweils gemessenen Änderung des Atemminutenvolumens und dem Volumen des >Lschgefässes
11 entsprechend gesteuert. Erhöht sich das Atemminutenvolumen, so wird die Saugleistung
der Absaugpumpe 12 reduziert. Bei einer Erniedrigung des Atemminutenvolumens wird
sie dagegen erhöht.
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Die Konstanthaltung der Verzögerung ist dabei dadurch erreicht, dass
in Jedem Fall die Exspirationsluft neuer Zusammensetzung zunächst durch das Mischgefäss
11 und den zu ihm führenden Leitungszug gesaugt wird, bevor die neue Zusammensetzung
angezeigt wird. Dieses Durchsaugen erfolgt im einen Fall langsam und im anderen
Fall schnell, so dass die Anzeigeverzögerung konstant bleibt.
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Das Strömungsmessgerät 9 kann an Jeder beliebigen Stelle des Atemrohrcs
1 in Exspirationsrichtung nach dem Umschaltventil 3 angeordnet werden. Falls durch
das Strömungsmessgerät 9 der inspirierte Atemstrom gemessen werden soll, so kann
es auch mit dem von der Öffnung 2 ins Freie führenden Rohrstutzeni6 verbunden werden.
Sollen sowohl der Inspirations- als auch der Exspirationsstrom gemessen werden,
so wird sowohl in dem zuletzt genannten Rohrteil als auch in dem in Exspirationsrichtung
nach dem Umschaltventil 3 liegenden Atemrohrteil ein Strömungsmes9gerät angeordnet.
Wesentlich ist jedoch immer, dass das Volumen des Atemrohrteiles, der sowohl von
der Inspirationsluft als auch von der Exspirationsluft durchströmt wird, also bei
dem Ausführungsbeispiel des in Exspirationsrichtung vor dem Umschaltventil 3 liegenden
Atemrohrteiles so klein wie möglich gemacht wird, dass also die ins Freie führende
Öffnung 2 im Atemrohr so mundnah wie möglich angeordnet wird.
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Anstelle der beschriebenen Anordnung zur Entnahme der der Messeinrichtung
13 zugeführten Luft kann nach dem Umschaltventil 3 auch.eine atemstromproportionale
Absaugung vorgesehen sein. In diesem Fall kann das Mischgafäss 7 eingespart werden.
Anstelle eines Umschaltventiles können auch zwei voneinander getrennte Ventile nach
Art von Pumpenventilen vorgesehen sein. Schliesslich können auch statt elektromagnetisch
gesteuerter Ventile unmittelbar durch den Druck im Atemrohr 1 betätigbare Ventile
Verwendung finden.