DE2812447A1 - Treatment chamber for bronchial complaints - has air conditioned hood of min. volume with ergometer, monitoring and control system - Google Patents
Treatment chamber for bronchial complaints - has air conditioned hood of min. volume with ergometer, monitoring and control systemInfo
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- A61B5/0806—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs by whole-body plethysmography
Abstract
Description
Bezeixhnung: GanzkörperplethysmographName: full body plethysmograph
Die Erfindung betrifft einen Ganzkörparplathysmooraphen, bestehend aus einer den Probanden luftdicht umschließenden Kammer, einem im Kammerinnern am Probanden angeschlossenen Atemrohr mit Pnaumatachograph und einem Kammerwand-Pnaumotachographen zur Messung der Kammerdruck- bzw. -volimenänderungen sowie an einen Rechner angeschlossenen Meßgeräten für Einzelwarte eder Lungenfundtionsprüfung.The invention relates to a whole body plathysmooraphen, consisting from a chamber that encloses the test subject airtight, one inside the chamber on the Subjects connected breathing tube with a pnaumatachograph and a chamber wall pnaumotachograph for measuring the chamber pressure or volume changes as well as connected to a computer Measuring devices for individual observers of the pulmonary foundation test.
Im Rahmen der Lungenfunktionsprüfung ist es erforderlich, diagnostisch entscheidende Werte der Atemmechanik zu messen.As part of the pulmonary function test, it is necessary to diagnostic to measure decisive values of the breathing mechanics.
Hierzu gehören unter anderem die Bestimmung des bronchialen Strömungswiderstandes, des intrathorakalen Gasvolumens sowie der gasdynamischen Atemarbeit.This includes, among other things, the determination of the bronchial flow resistance, the intrathoracic gas volume and the gas dynamic work of breathing.
Wenn die intra-pulmonalen Druckverhältnisse zur Beschleunigung des Atemstromes in oder aus der Lunge sowie der Atemfluß gemessen werden, läßt sich feststellen, ob die bronchialen Strömungsverhältnisse behindert sind bzw. ob zu hohe (krankhafte) Drücke in der Lunge zur tiberwindung von Strömunoswiderständen, z.9. bei einer Bronchitis, erforderlich sind.If the intra-pulmonary pressure conditions accelerate the The respiratory flow in or out of the lungs and the respiratory flow can be measured determine whether the bronchial flow conditions are obstructed or whether to high (pathological) pressures in the lungs to overcome flow resistance, z.9. if you have bronchitis.
Das Gasvolumen in der Lunge läßt sich dadurch ermitteln, daß ein in einer geschlossenen Kammer befindlicher Proband uersucht, gegen ein verschlossenes Rohr ein- und auszuatmen.The volume of gas in the lungs can be determined by the fact that an in A test person located in a closed chamber is tried against a closed one Inhale and exhale tube.
Die dabei entstehenden Druckänderungen in der Lunge werden gleichzeitig mit den in der Kammer dabei auftretenden Druck-oder Volumenänderungen auf einem XY-Schreiber aufgezeichnet.The resulting pressure changes in the lungs are simultaneous with the pressure or volume changes occurring in the chamber on one XY recorder recorded.
Da das Kammervolumen, die Druck- bzw. Volumenänderungen in der Kammer und die Änderungen des intra-pulmonalen Druckes, gemessen als Ausatemdruck (Munddruck) bei verschlossenem Atemrohr, bekannt sind, läßt sich aus der Steioung der aufgezeichneten Meßkurve unter Zugrundelegung des Boyle-Mar Gesetzes das intrathorakale Gasvolumen ermitteln.Since the chamber volume, the pressure or volume changes in the chamber and the changes in intra-pulmonary pressure, measured as exhalation pressure (mouth pressure) when the breathing tube is closed, are known, can be derived from the Steioung of the recorded Measurement curve determine the intrathoracic gas volume based on the Boyle-Mar law.
Man unterscheidet bei den bekannten Ganzkörperplethy smographen volumenkonstante und druckkonstante Systeme zur trmitlung dieser Lungenfunktionswerte.A distinction is made between volume constant with the well-known whole-body plethymographs and constant pressure systems for determining these lung function values.
Ein volumenkonstan-ter Plethysmograph besteht aus einer den Probaoden aufnehmenden, luftdicht abgeschlossenen Kammer, in der durch dis atemsynchronan Brustkorbbswegungen des Probanden der jeweilige intra-alveoläre Druck in der Lunge dadurch ermittelt wird, daß die Druckänderung beim Ein- und Ausatmen im Kammeri-nnern gemessen und registriert wird.A plethysmograph of constant volume consists of one of the test floors receiving, airtight chamber, in which breath synchronously through dis Chest movements of the test person the respective intra-alveolar pressure in the lungs is determined by the fact that the pressure change in the interior of the chamber during inhalation and exhalation is measured and registered.
Ein druckkonstanter Plethysmograph besteht aus einer luftdicht verschlossenen, einen Probanden aufnehmenden Kammer, in deren Wand ein Pneumotachograph eingebaut ist, der die zeitliche Luftmenge registriert, die durch die Brustkorbbswegungen des Probanden verdrängt bzw. angesaugt wird.A constant pressure plethysmograph consists of an airtight, a test subject receiving chamber, in the wall of which a pneumotachograph is installed which registers the amount of air over time that is caused by the thoracic movements the subject is displaced or sucked in.
Durch geeignete Umrechnungsfaktoren, die das Kammervolumen berücksichtigen, können mittels eines Rechners die jeweiligen zur Volumenänderung umgekehrt proportionalen intra-alveolären Druckänderungen innerhalb der Lunge bestimmt werden (vgl.Using suitable conversion factors that take into account the chamber volume, can use a computer to make the respective inversely proportional to the change in volume intra-alveolar pressure changes within the lungs can be determined (cf.
H. Matthys, "Lungenfunktionsdiagnostik mittels Ganzkörperplsthysmographie" F.K. Schattauer-Verlag, Stuttgart - New York 1972).H. Matthys, "Lung Function Diagnostics Using Whole-Body Plsthysmography" F.K. Schattauer-Verlag, Stuttgart - New York 1972).
Die bekannten Vorrichtungen einnen sich insbesondere nicht für die Lungenfunktionsprüfujng bei einekm Probanden der unte börperlicher Belastung steht, da dass durch Veränderungen in der Zusammensetzung der Kabinenluft, insbesondere dem Temperaturanstieg, dem Anstieg der relativen Luftfeuchte und des koblensäure-Gehaltes sowie des Abfalls der Sauerstoff-Konzentration, länger dauernder Untersuchungen bei verschieden hohen Belastungsstufen nicht möglich sin.The known devices are not particularly suitable for Lung function test in one kilometer of subjects who are under physical strain, because that due to changes in the composition of the cabin air, in particular the rise in temperature, the rise in relative humidity and the content of coblenic acid as well as the decrease in the oxygen concentration, longer-lasting examinations not possible with different high load levels.
Bei bekannten Kammern mit Volumina von ca. 700 - 1000 1 ergibt sich bei Probanden in Ruhestellung bereits innerhalb von 5 min. ein Temperaturanstieg von 1,4 K. Wenn man bedenkt, daß bereits ein Temperaturanstieg von 1 K eine Volumen -vergrößerung von 2500 -3400 ml argibt, so stellt dies bei einem Meßwert von 2U ml bereits einen beträchtlichen Fehlwert dar.In known chambers with volumes of approx. 700-1000 l, the result is in the case of test persons in the resting position, a temperature increase within 5 minutes of 1.4 K. If you consider that a temperature rise of 1 K already creates a volume - an enlargement of 2500 -3400 ml argues, this represents a measured value of 2U ml already represents a considerable deficit.
Innerhalb von 17 min. steigt die im Kammerinnern herrschende Feuchte von 50 auf 100 @, was ebenfalls zu einer die Meßergebnfsse verfälschenden unerwünschten Druck- bzw. Volumenänderung führt und darüberhinaus den Probanden erheblich beansprucht.The humidity inside the chamber increases within 17 minutes from 50 to 100 @, which also leads to an undesirable one which falsifies the measurement results Changes in pressure or volume leads and, in addition, places considerable strain on the test subject.
Bei ruhendem Probanden nimmt innerhalb von 20 min der Sauerstoff um 1 d,o, d.-h. Von 21- Vol % auf 20 Vol % ab. Schließlich steigt dis Kohlensäure in 25 min. von 0,03 Vol / auf 1,0 Vol ?a und bewirkt auf das Atemzentrum des Probanden eine unabdingbare Staigerung des Atemminutenvolumens. When the test person is at rest, the oxygen decreases within 20 minutes by 1 d, o, d.-h. From 21 vol% to 20 vol%. Finally the carbon dioxide rises in 25 min. from 0.03 vol / to 1.0 vol a and affects the respiratory center of the test person an indispensable increase in the minute ventilation.
Treten diese klimaänderungen schon bei rubendem Probanden auf, so ergeben sich noch- stärkere und raschere Änderungen bei körperlicher Belastung. So ergibt sich rechnerisch bei einer körperlichen Selastung von 320 W eine Steigerung des Energieumsatzas um ca. 1600 W und eine Steigerung der Schweißbildung von 0,13 auf 2014 1/n. Während im Ruhezustand die relative Feuchte in einer Kammer von 1000 1 Inhalt bei einet Schweiß bildung von 0,05 l/h erst in 17,0 min von 50 auf 100 2 steigt, ergibt sich die gleiche Feuchteänderung bei belastetem Probanden mit einer Schweißbildung von 2,5 1/5 bereits innerhalb-der- kurzen Zeitdauer von 0,3 min.If these climate changes already occur in test subjects, so there are even stronger and more rapid changes with physical exertion. Mathematically, this results in an increase with a physical load of 320 W. the energy consumption by approx. 1600 W and an increase in perspiration of 0.13 on 2014 1 / n. While the relative humidity in a chamber is 1000 1 content with a sweat formation of 0.05 l / h only in 17.0 min from 50 to 100 2 increases, the same change in humidity results in exposed test persons with a Sweat formation of 2.5 1/5 already within the short period of 0.3 min.
Bei eine gleichbleibenden Belastung von 150 W ergab sich ein Temperaturanstieg in der Kammer von mehr als 4 K innerhalb von jeweils 6 min. Gleichzeitig stieg die relative Feuchte innerhalb von weniger als 1 min von 50 auf 100 % Der Sauerstoffgehalt nahm nach jeweils 4,5 min um 1 % ab, während die Kohlensäurekonzentration bei jeweils 5 min um 1 o anstieg.A constant load of 150 W resulted in a temperature increase in the chamber of more than 4 K within 6 minutes each time relative Humidity from 50 to 100 within less than 1 minute % The oxygen content decreased by 1% after every 4.5 minutes, while the carbonic acid concentration every 5 min increased by 1 o.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ganzkörperplethysmographen zu schaffen, mit dem weitgehend einwandfreie Lungenfunktionsmessungen bei Patienten vorgenommen werden können, wenn diese sich im Ruhezustand oder einem beliebigen physischen meßbaren Belastungszustand befinden. Dabei sollen die oben erwähnten Störgrößen eliminiert und die mit den bekannten Ganzkörperplethysmogphen verbundenen Nachteile vermieden erden.The present invention is therefore based on the object To create whole-body plethysmographs with which to a large extent flawless lung function measurements Can be done in patients when they are at rest or at rest any physical, measurable stress condition. The above should be Eliminated the disturbance variables mentioned and those with the well-known whole-body plethysmogphs associated disadvantages avoided.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Kammer zur Stabilisieruno der im Kammerinnern herrschenden Klimabedingungen eine Belüftungseinrichtung und Mittel zur Wärme- und Feuchtesteuerung aufweist.The solution to the problem posed is according to the invention, that the chamber is used to stabilize the climatic conditions inside the chamber has a ventilation device and means for heat and humidity control.
Mit dieser Lösung geht die Erfindung bewußt von dem bekannten volumenkonstanten System aus und erreicht durch eine konstante ausreichende Durch lüftung die Unterdrückung der oben erwähnten Klimastörgrößen.With this solution, the invention is deliberately based on the known volume constant System off and achieves suppression through constant adequate ventilation of the climate disturbance variables mentioned above.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further features of the invention emerge from the subclaims.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zefchnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert und zwar zeigen: Fig. 1 eine schematische schaubildliche Wiedergabe eines Ganzkörpaarplethyamographen gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Strömungsverlaufes in einem Ganzkörperplethysmographen gemäß der Erfindung, Fig. 3 eine Querschnittsansicht durch die Kammer des Ganzkörperplethysmographen der Fig. 1 und Fig. 4. ein Schaltbild.The invention is based on the drawing of an exemplary embodiment explained in more detail and specifically show: FIG. 1 a schematic representation in perspective of a whole-body pair plethyamograph according to the invention, FIG. 2 is a schematic Representation of the flow course in a whole-body plethysmograph according to FIG Invention, FIG. 3 shows a cross-sectional view through the chamber of the whole-body plethysmograph 1 and 4 are a circuit diagram.
Der erfindungsgemäße Ganzkörperplethysmographen besteht im wesentlichen aus einer luftdicht abschließbaren Kammer 1.The whole-body plethysmograph according to the invention essentially consists from an airtight lockable chamber 1.
Diese w-iederum besteht aus einer länglichen Unterlage 2 aus gut wärmeleitendem Werkstoff z.B. Leichtmetall, qgf. auch mit Wärmeableitungslamellen oder -rippen und ist nach Art eines Röntgentisches vorzugsweise bis um 90 ° um eine quer zu ihrer Längsrichtung angeordnete waagerechte Achse 3 schwenkbar ausgebildet. Auf der Unterlage ist lösbar eine vorzugsweise aus transparentem, druckfestem Werkstoff, z.B. Polyacrylglas od.This in turn consists of an elongated base 2 made of good thermal conductivity Material e.g. light metal, qgf. also with heat dissipation fins or fins and is in the manner of an X-ray table preferably up to 90 ° around a transverse to it Horizontal axis 3 arranged in the longitudinal direction is designed to be pivotable. On the pad is detachable one preferably made of transparent, pressure-resistant material, e.g. polyacrylic glass or
dgl. bestehende Haube 4 befestigt. Diese ist mittelt an einer Längsseite angeordneter Gelenke dreh- bzw. schwenkbar mit der Hoterlage 2 verbunden und wird mittels nicht dargestellte Haftmagnete an der anderen Längsseite gegen die Unterlage 2 cedrückt. Zwischen der Haube 4 und der Unterlage 2 sind übliche Dichtungen angeordnet.Like. Existing hood 4 attached. This is centered on one long side arranged joints rotatable or pivotable with the hotel location 2 and is connected by means of holding magnets, not shown, on the other long side pressed against the base 2. Between the hood 4 and the base 2 are common Seals arranged.
Ilm ein einfaches Öffnen und Schließen der Haube 4 zu ermöglichen, it mindestens an einer Stirnwand 10 bzw. 13 der Kammer 1 ein nicht näher dargestelltes Kniehebelschnellschlußgetriebe 5 angeordnet, das ein Aufklappen der Haube 4 um etwa 70 ° zuläßt.-In der Kammer 1 befinden sich auf der Unterlage 2 für den Probanden 20 eine Auflagefläche 6, die zweckmäßio als Lattenrost z.B. aus Holz ausgebildet ist und eine schwingungsfrei angebrachte Fahrrad-Ergometereinheit 7 bekannter Bauart.To enable the hood 4 to be opened and closed easily, it is not shown in detail at least on one end wall 10 or 13 of the chamber 1 Arranged toggle quick-action gear 5, the opening of the hood 4 by about 70 ° allows.-In the chamber 1 are on the base 2 for the test person 20 a support surface 6, which is expediently designed as a slatted frame, e.g. made of wood is and a vibration-free attached bicycle ergometer unit 7 of known design.
Die Haube 4 ist so gestaltet, daß sie ein möglichst geringes Volumen einschließt, das jedoch qroß genug ist, um den Probanden 20 und die erforderlichen Meßgeräte unterzubringen.The hood 4 is designed so that it has the smallest possible volume but is large enough to accommodate subject 20 and the required To accommodate measuring devices.
Um eine möglichst druckfeste Gestaltung-der Haube 4 zu gewährleisten, hat diese im Bereich der Beine und des Oberkörpers des Probanden 20 einen im wesentlichen halbelliptischen (8) und im Kopf-, Hals- Schulterbereich des Probanden einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt 9.In order to ensure that the hood 4 is as pressure-resistant as possible, this has an essentially one in the area of the legs and the upper body of the test subject 20 semi-elliptical (8) and one in the head, neck and shoulder area of the test subject essential semicircular cross-section 9.
An der kopfseitigen Stirnwand 10 der Kammer 1 befindet sich -eine Zuluftöffnung 11, an die ein Pneumotachograph 12 a-ngeschlossen ist. An der fußseitigen Stirnwand 13 der Kammer 1 ist eine Abluftöffnung 14 vorgesehen, an die eine Abluftleitung 15 angeschlossen ist, die mit einem Sauggebläse 16 verbunden ist. Vor dem Sauggebläse 16 befindet sich ein Steuerventil 17, das im wesentlichen aus einer Düse, vorzugsweise einer einstellbaren oder austauschbaren Laval-Düse besteht.On the head-side end wall 10 of the chamber 1 there is one Air inlet opening 11 to which a pneumotachograph 12 is connected. On the foot side End wall 13 of the chamber 1 is provided with an exhaust air opening 14 to which an exhaust air line 15, which is connected to a suction fan 16. In front of the suction fan 16 is a control valve 17, which consists essentially of a nozzle, preferably an adjustable or interchangeable Laval nozzle.
Das Steuerventil 17 ist so ausgelegt, daß im engsten Düsenquerschnitt in bekannter Weise Schallgeschwindigkeit herrscht.The control valve 17 is designed so that in the narrowest nozzle cross-section in a known way the speed of sound prevails.
Hinter der Düse bildet sich dann bekanntlich eine Übersckallgeschwindigkeit des strömenden Mediums, die hier nicht weiter ausgenutzt wird. Die Düsenanordnung bildet eine aerodynamische Verblockung der Abluftleitung, so daß Druckstöße auf die Verhältnisse vor der Düse, d.h. insbesondere in der Kammer 1 sowie auf die konstante Durchströmung keinen Einfluß haben.As is well known, an overhead speed then forms behind the nozzle of the flowing medium, which is not used here any further. The nozzle arrangement forms an aerodynamic blockage of the exhaust air line, so that pressure surges occur the conditions in front of the nozzle, i.e. in particular in chamber 1 as well as the constant Flow have no influence.
Wegen des geringen kritischen Druckverhältnisses ist die Verwendung eines kleinen Absauggebläses möglich. Vorteilhaft ist der Austausch verschiedener Düsengrößen vorgesehen, so daß konstante Durchflußmengen von beliebig vorgegebener Größe vorgesehen werden können.Because of the low critical pressure ratio, the use a small exhaust fan possible. It is advantageous to exchange different ones Nozzle sizes provided so that constant flow rates of any given Size can be provided.
So lange das kritische Druckvarhältnis eingehalten wird, herrscht im engsten Querschnitt der Düse Schallgeschwindikeit, so daß pumpenseitige Schall- oder Druc-kwellen diesen Querschnitt nicht durchdringen können. Da die Schallocschwindigkeit nur von der Wurzel aus der absoluten Temperatur und dem Verhältnis der spezifischen Wärme (Adiabatenexponent) des Gases abhängig ist, bleiben bei konstanter Temperatur innerhalb der Kammer die Schallgeschwindigkeit und auch der Gasdurchsatz bzw. Kammardurchfluß beim jeweiligen konstanten Sohallquerschnitt gleich. Auch können die Gaskonstante und die spezifische Wärme bei Verwendung von Umgebungsluft als konstant angesehen werden.As long as the critical pressure ratio is maintained, there is sound velocity in the narrowest cross-section of the nozzle, so that the pump-side or pressure waves cannot penetrate this cross-section. As the sound speed only from the root of the absolute temperature and the ratio of the specific Heat (adiabatic exponent) of the gas is dependent, remain at constant temperature inside the chamber the speed of sound and also the gas flow rate or chamber flow rate the same for the respective constant bottom cross-section. You can also use the gas constant and the specific heat when using ambient air is considered to be constant will.
Mit der vorgenannten Anordnung läßt sich der Gasstrom mit größtmöglicher Konstanz- nhne besondere Steuereinrichtungen auf einfachste und wirkungsvollste Weise dosieren.With the aforementioned arrangement, the gas flow can be as large as possible Constancy without special control devices in the simplest and most effective way Dosing wisely.
Da die Luft am Kopfende der Kammer 1 durch die Stirnwand 10 eingeföhtt und am Fußende durch die Stirnwand 13 mit konstanter Geschwindigkeit abgesaugt wird, ergibt sich primär eine Längsdurchströmung 19 (Fig. 2) der Kammer 1. @@ diese Längsdurchströmung nicht in der Lage ist, klimatische Störfaktoren völlig auszugleichen, ist eine Einrichtung zur Erzeugung einer allgemeinen Luftdurchmischung vorgesehen. Zu diesem Zweck sind an der einen inneren Längsseite der Unterlage 2 mehrere Umluftgebläse 18, gegebenenfalls auch zusätzlic -he Leiteinrichtungen vorgesehen, die eine Quer- oder Drallströmung oberlagen, mis sie in Fig. 2 mit den Pfeilen 21 an-geg-eben ist.Since the air is injected at the head end of the chamber 1 through the end wall 10 and is sucked off at the foot end through the end wall 13 at a constant speed, this results primarily in a longitudinal flow 19 (FIG. 2) through chamber 1. @@ this longitudinal flow is not able to fully compensate for climatic disturbances is a facility intended to generate a general air mixture. To this end are on the one inner longitudinal side of the base 2 several circulating air fans 18, if necessary also add -he guiding devices are provided, which have a transverse or swirl flow, which is indicated by arrows 21 in FIG. 2.
Die Verbesserung der Strömung an Grenzflächen, vor allem im Bereich de-r Unterlage 2 aus thermisch gut leitfähigem Werkstoff, bewirkt eine günstige Ableitung der an der Körperoberfläche entstehenden Wärme, sowie eine erhebliche Herabsetzung der Schweißbildung. Die Ausbildung der Auflage 6 als Latten rost verhindert auch die Ansammlung von Schweißflüssigkeit am Rücken und gewährleistet eine gleichmäßige Schweißverdunstung am yanzen körper. The improvement of the flow at interfaces, especially in the area The base 2 made of thermally highly conductive material causes a favorable Dissipation of the heat generated on the body surface, as well as a considerable amount Reduction of perspiration. The formation of the support 6 prevents rust as a slat also the accumulation of sweat fluid on the back and ensures an even Sweat evaporation from the body.
Versuch-e- -ergab-en, daß bei einer konstanten physischen Belastung von 150 W über mehr als 6 min der Temperaturanstieg bis zum Erreichen das Wärmßgleichgewichts maximal bei 1,2 K lag, wobei die thermische Zeitkonstante ca. 15 s betrug.Trials showed that with constant physical exertion of 150 W for more than 6 minutes, the temperature rise until thermal equilibrium is reached was a maximum of 1.2 K, the thermal time constant being approx. 15 s.
Der in der Kammer 1 befindliche Pro band 20 ist an ein übliches Elektrokardiogramm (EKG) 35 über Körperableitungselektroden 22 angeschlossen. Ferner ist eine übliche Blutdruckmeßeinrichtung 36 mit einer Armmanschette vorgesehen. Die Ergometereinheit 7 ist an eine bekante. Einrichtung 23 zur Belastungseinstellung angeschlossen.The Pro band 20 located in the chamber 1 is connected to a conventional electrocardiogram (EKG) 35 connected via body lead electrodes 22. Furthermore, it is a common one Blood pressure measuring device 36 is provided with an arm cuff. The ergometer unit 7 is on a known edge. Device 23 connected for load adjustment.
Ferner ist ein beweglicher Halter 24 vorgesehen, an dem ein Pneumotachoaraph 25 befestint ist, des seinerseits direkt mit einem in des Mued des Prahanden 29 eingeführten Atemroht 26 vebunden ist, Über ossienete eitusen ist der Bneumotachoeraph 25 mit Meleinrichtyaren 31, 32, 33 zur Bestimmane der Sauarstoff- und Kolensäurefraktionen (31) sowie der Durchflußmedce der Atemluft (32) und des Atmdruckes (33) verhunden. In der Atemluftieituss ist ferner ein Shutter 27 enge ordnet, der zweckmäßig mit einer elektronischen Prorammsteuerune 49 verbunden ist. Der Shutter 27 dient dazu, das Atemrohr zu bewstimmten Zeiten zu verschließen, Der kammerwandpneumotacfh@@raph ist mit einer Meßeiorichtung 30 zur Bestimmung der alloemeinen Kemmerdurchflußmenge verbunden.Furthermore, a movable holder 24 is provided on which a Pneumotachoaraph 25 is fastened, in turn directly with an in des Mued des Prahanden 29 introduced Atemroht 26 is connected, over ossienete eitusen is the Bneumotachoeraph 25 with Meleinrichtyaren 31, 32, 33 for the determination of the oxygen and colenic acid fractions (31) as well as the flow medce of the breathing air (32) and the atmospheric pressure (33). In the Atemluftieituss a shutter 27 is also closely arranged, which is useful with an electronic program control unit 49 is connected. The shutter 27 is used to to close the breathing tube at certain times, the chamber wall pneumotacfh @@ raph is with a measuring device 30 for determining the general Kemmer flow rate tied together.
Schließlich ist eine in den Oseophaous des Probanden 20 einführbare Ballonsonde 28 voroesehen, die an ein Druckmeßgerät 34 anneschljossen ist. Die Meßceräte 30 -36 sind ihrerseits an weitere elektronische Rechnereinheiten aneeschlossen, die sich aus dem Schaltild der Fie. 4 eroeben.Finally, one is insertable into the subject 20's oseophaous Provide balloon probe 28, which is attached to a pressure measuring device 34. The measuring instruments 30 -36 are in turn connected to other electronic computer units, which emerges from the circuit board of the Fie. 4 eroeben.
--Fig 4 zeigt in oberen Teil schematisch die Kammer 1 mit den in the untergebrachten wesentlichen Meßstellen, mämlich dem Atemrohr 26 mit dem Pneutotachoaraphes 27 und den biervon abgehenden Meßleitungen, der Ballonsonde 28 sowie dem Kammerwandpnesmatachographen 12.--Fig 4 shows in the upper part schematically the chamber 1 with the in the accommodated essential measuring points, namely the breathing tube 26 with the Pneutotachoaraphes 27 and the outgoing measuring lines, the balloon probe 28 and the chamber wall pnesmatachograph 12th
Bigen wesentlichen Störfaktor in der Ganzkörperplethyamographie h-ildet die Luftermätmung in der Kammer durch die Wärmeabgabe de-s Probanden 20. Bigen is a major disruptive factor in whole-body plethyamography the air breathing in the chamber due to the heat emission of the test subject 20.
Der Energieumsatz des menschlichen Körpers, der im Ruhezustand etwa 85 W und bei Belastung von z.B. 150 W etwa 700 W beträgt. bew-irkt eine Temperatursteigerung von ca. 1,5 K in Ruhe und ca. 4 K bei Belastung. Bei einem Kammervolumen von 1000 1 bei 293-K bewirkt diese Temperatursteigerung eine Volumenvermahrung von 3,4 1, d. h. ein Vielfaches des Meß wertes, der in der Größenordnung von 20 ml liegt. The energy expenditure of the human body, which is approximately at rest 85 W and with a load of e.g. 150 W is about 700 W. causes an increase in temperature of approx. 1.5 K at rest and approx. 4 K under load. With a chamber volume of 1000 1 at 293-K, this increase in temperature causes a volume increase of 3.4 1, d. H. a multiple of the measured value, which is of the order of 20 ml.
Die bekannten Ausgleichsmittel in der Form von Hochpaßfiltern sind unzureichend. Es ist daher erforderlich, die mittlere Kammertemperatui zu bostimmen, wobei es nicht ausreicht, die Kammertemperatur nur an einer Stelle zu messen. Damit würden an anderer Stells auftretende Temperaturabweichungen infolge Strahlung, Strömungseinflüssen usw. nicht ausreichend erfaßt.The known compensating means are in the form of high pass filters insufficient. It is therefore necessary to tune the mean chamber temperature, whereby it is not sufficient to measure the chamber temperature at only one point. In order to there would be temperature deviations occurring elsewhere as a result of radiation, flow influences etc. not sufficiently covered.
Die u@terschiedliche Größenordnung von Maß- und Störsignal, nämlich 0,02 1 einerseits und 3,4 1 andererseits macht jednch eine analoge Verrechnung schaltungstechnisch unmöglich, da die üblichen Rechenverstärker für derartige Übersetzungen nicht vorgesehen sind.The different order of magnitude of measure and interference signal, namely 0.02 1 on the one hand and 3.4 1 on the other hand do an analog calculation in terms of circuitry impossible, since the usual computer amplifiers are not intended for such translations are.
Zur Erfassung des für die Kompensation notwendinen Temperatur~ gradienten zwischen dem Innern der Kammer 1 und der Umgebung sind daher 2 Meßschleifen 37, 3B aus dünnem Kupferdraht vorgesehen. Eine Meßschleife 37 ist innerhalb der Kammer 1 zweckmäßig unterhalb der Auflage 6 des Probanden 20 im Anblasebereich der Umluftgebläse 18 angeordnet. Diese wälzen das Kammervolumen etwa alle 5D s einmal um. Lokale Temperaturerhöhungen können nur lokale Widerstandserhöhungen der Meßschleife haben, so daß sich aus der Widerstandsänderung der Meßschleife der mittlere Iemperaturanstieg ergint.To record the temperature gradient required for compensation between the interior of the chamber 1 and the environment are therefore 2 measuring loops 37, 3B made of thin copper wire. A measuring loop 37 is within the chamber 1 expediently below the support 6 of the test subject 20 in the blowing area of the circulating air fan 18 arranged. These circulate the chamber volume once every 5D s. Local temperature increases can only have local increases in resistance of the measuring loop, so that from the Change in resistance of the measuring loop results in the mean temperature rise.
Die Maßschleife 38 ist dagegen untehalb der Unterlage 2 angeordnet und erfaßt die für den Temperaturgradienten wichtige Umgebungstamperatur.The measuring loop 38, on the other hand, is arranged below the base 2 and records the ambient temperature that is important for the temperature gradient.
Wegen der unterschiedlichen Größenordnunnen der Meßwerte wird nicht das gesamte Störsignal sondern lediglich die zeitliche Anderung des Störsignals ermittelt. Dieser Wert liegt in der gleichen Größenordnung wie das Meßsignal und kann daher leicht mit der zeitlichen Änderung des Kammervolumens d.h. der Durchflußmenge der Kammer verrechnet werden.Because of the different magnitudes of the measured values, will not the entire interfering signal but only the change in the interfering signal over time determined. This value is in the same order of magnitude as the measurement signal and can therefore easily with the change in chamber volume over time i.e. offset against the flow rate of the chamber.
Gemäß Fig. 4 sind die Meßschleifehn 37,38 Teil einer geeigneten Meßbrücke @@ einer Temperaturkompensationseinrichtung 39. Die Brückenspannung ist der Temperaturdifferenz zwischen Kammer 1 und Umgebung proportional. Es folgen ein nicht dargestellter Differenzverstärker und ein Tiefpaßfilter zur Aushlendung hochfrequenter Störungen. Ein Differenzierglied bildet die zeitliche Ableitung des Temperaturgradienten und speist das erhaltene Korrektursignal in die Meßleitung für die Durchflußwerte der Kammer hinter der Einrichtung 30 ein. According to FIG. 4, the measuring loops 37, 38 are part of a suitable measuring bridge @@ a temperature compensation device 39. The bridge voltage is the temperature difference proportional between chamber 1 and the environment. A differential amplifier (not shown) follows and a low-pass filter to suppress high-frequency interference. A differentiator forms the time derivative of the temperature gradient and feeds the obtained Correction signal in the measuring line for the flow values of the chamber behind the device 30 a.
Die Meßeinrichtungen 30, 32, 33 und 34 bestehen im wesentlichen jeweils aus einem Druckmeßwandler 42 und einem Träoerfrequenzmeßverstärker 43.The measuring devices 30, 32, 33 and 34 consist essentially of each from a pressure transducer 42 and a carrier frequency measuring amplifier 43.
Zum Ausgleich von Druckänderunoen der Umgebungsatmosphäre ist noch eine weitere Meßeinrichtung 47 vorgesehen, deren Ausgang ebenfalls an die Meßleitung der Einrichtung 30 angeschlossen ist Diese Meßleitung, die die allgemeinen Durchflußw-erte der Kammer 1 wiedergibt, ist wahlweise an einen Integrator 44 anschließbar, der am Ausgang 50 das Durchflußvolumen liefert, während am Ausgang 51 der zeitliche Durchflußwert erscheint. Beide Werte sind proportional dem alveolären Druck. To compensate for changes in pressure in the ambient atmosphere is still a further measuring device 47 is provided, the output of which is also connected to the measuring line the device 30 is connected to this measuring line, which the general flow values reproduces the chamber 1 can optionally be connected to an integrator 44 which at the output 50 supplies the flow volume, while at the output 51 the temporal Flow value appears. Both values are proportional to the alveolar pressure.
Die Einrichtung 32 zur Messuno des Atemflusses ist über einen Integrator 45 mit dem Ausgang 55 verbunden, der das Atemvolumen anzeigt. Der den Integrator umgehende Ausqang 56 gibt direkt den Atemfluß an.The device 32 for measuring the respiratory flow is via an integrator 45 connected to the output 55, which indicates the tidal volume. The integrator immediate output 56 directly indicates the respiratory flow.
Parallel zum Integrator 45 ist ein Inversionspunktgenerator 46 angeschlossen, der auf eine Shutter-Steuerung 47 einwirkt, die zugleich mit einer Fernbedienung 48 versehenen Programmautoma tik- 49 verbunden ist, in die die Meßwerte der Ausgänge 50, 55, 56 sowie ein Zeitwert 59 mit einem Taktgeber 62 eingespeist werden.An inversion point generator 46 is connected in parallel with the integrator 45, which acts on a shutter control 47, which at the same time with a remote control 48 provided program automatic 49 is connected, in which the measured values of the outputs 50, 55, 56 and a time value 59 can be fed in with a clock 62.
An die Atemflußmeßleitung ist ferner ein Rechner 63 angeschlossen, der Korrekturwerte hinsichtlich der Körpertemperatur des Probanden usw. an die Meßstelle 50 weiterleitet.A computer 63 is also connected to the respiratory flow measuring line, the correction values with regard to the subject's body temperature etc. to the measuring point 50 forwards.
Über geeignete Elektronikeinrichtungen bekannter Art lassen sich ferner von der Atemflußmeßleitung an den Ausgängen 52 bis 54 das Atemzugvolumen Atemminutenvolumen und die Atemfrequenz messen.Suitable electronic devices of a known type can also be used from the respiratory flow measurement line at the outputs 52 to 54, the tidal volume, minute volume and measure the respiratory rate.
An den Ausqängen 57, 58 der Programmautomatik ist der XY Schreiber angeschlossen.The XY recorder is at the outputs 57, 58 of the automatic program connected.
Mit dem beschriebenen Ganzkörperplethysmographen läßt sich simultan eine kardio-pulmonale Funktionsanalyse sowohl bei ruhesdem als auch physisch helastetem Probanden in jeder Körperstellung von 0 -90 °, d,h, in diegender, sitzender oder aufrachtaer Haltung durchführen.With the described whole-body plethysmograph you can simultaneously a cardiopulmonary function analysis at both calm as also physically loaded test persons in every body position from 0 -90 °, i.e. in Perform the gender, seated, or upright posture.
Hinsichtlich der Atemmerhanik lassen sich der pronchiale Strömenqswiderstand, die oasHynamische Atewarbait, das intrathorakals Sasvolumn und 99fl damit gleichzeitig die Atemarbeit bestimmen Messungen, die bei beliehig starker und langer körperlicher Belastung mit bekannten V@rrichtunnen bisher noch nicht möglich waren. With regard to the breathing technique, the pronchial flow resistance, the oasHynamic atewarbait, the intrathoracic Sasvolumn and 99fl at the same time The work of breathing is determined by measurements that are performed at any strength or length of physical activity Load with known V @ rrichtunnen were not possible up to now.
neben diesen atemmechanischen Werten läßt sich im Bereich der Spiroergometrie das Atemzugvolumen, Atemminutenvolumen und die Atemflußgeschwindickeit, die Sauerstoffaufnahme und kohlensäureabgabe messen und hieraus der respiratorische Qujotient (C02 -Abgabß: 02 -Aufnahme), das Atemäquivlent, d.h. das Einatemvolumen, das zur Aufnahme von 1 ml 02 im Blut nötig ist Und das Verhältnis von Sauerstoffaufnahme: Pulsfrequenz ermittelt. Schließlich können in bekannter Weise die kardialen Meßwerte des angeschlossenen Elektokarkardiogramms, Blutdruck, Druckwerte in der Arteria plumonalis und der Lungenkapillardruck und ggf. das Herx-Zeitvolumen bestimmt und die hiervon abgeleiteten weiteren diagnostischen Werte ermittelt werden. In addition to these respiratory mechanical values, in the area of spiroergometry the tidal volume, the minute volume and the respiratory flow rate, the oxygen uptake and measure carbon dioxide output and from this the respiratory quotient (C02 output: 02 uptake), the respiratory equivlent, i.e. the inhalation volume required for the uptake of 1 ml of 02 in the blood is necessary And the ratio of oxygen uptake: pulse rate determined. Finally, in a known manner, the cardiac measured values of the connected Electocardiogram, blood pressure, pressure values in the arteria plumonalis and the pulmonary capillary pressure and, if necessary, the Herx time volume is determined and the other diagnostic results derived from this Values are determined.
Diese Meßwerte werden bei weitestgehender Schonung des Probanden ohne wesentliche Störeinflüsse erhalten und erschließen damit ein weiteres diagnostisches Gebiet. These measured values are saved as much as possible for the test person received without significant interference and thus open up a further diagnostic Area.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
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