DE19950237A1 - Vorrichtung zur Erfassung des respiratorischen Nasenstroms - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Registrierung des respiratorischen Nasenstroms, bei der in die Wand eines kleinen verformbaren Rohrstückes (1) zwei sehr empfindliche Drucksensoren (2) in einem bestimmten Abstand voneinander eingebracht sind, deren Meßsignale einer Meßvorrichtung (5) zur Ermittlung der aufzuzeichnenden Signaldifferenz zugeführt werden. Die verwendeten Drucksensoren (2) haben eine hohe obere Grenzfrequenz, vorzugsweise von mindestens 1000 Hz. Zwischen den beiden Drucksensoren (2) ist vorzugsweise eine Klemme (3) zur Optimierung der Signaldifferenz angeordnet. Die Signaldifferenz wird vorzugsweise in einer auf dem Schlauch (1) angebrachten Meßvorrichtung (5) ermittelt und telemetrisch übertragen.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erfassung des respiratorischen Nasenstroms mit den Merkmalen der Patentansprüche.

In der Intensivmedizin und in der Schlafanalyse besteht die Notwendigkeit, die Atmung des Patienten möglichst nichtinvasiv, und somit nicht störend und möglichst genau zu überwachen und zu analysieren. Das primäre Signal des Atmens ist der respiratorische Strom. Daher bietet es sich an, diesen mit möglichst empfindlichen Sensoren fortlaufend zu erfassen.

In der Intensivmedizin tritt das Problem der Überwachung der Atmung insbesondere während der Entwöhnung von der Beatmungsmaschine auf: Man entfernt den Tubus und möchte dann eine nichtinvasive Kontrolle darüber haben, ob und wie der betreffende Patient spontan atmet. Thoraxbewegungen, die sich elektrisch erfassen lassen, sind kein zuverlässiges Signal für eine intakte Atmung; dies ist nur der Atemstrom durch den Mund und/oder die Nase, wobei hier die Nase wichtiger ist, da sie normalerweise nicht verschlossen werden kann.

Bezüglich der Schlafanalyse kommt es nicht nur darauf an, Atmungsstillstände, sogen. Apnoen, festzustellen; worunter man definitionsgemäß ein Sistieren der Atmung für länger als 10 Sekunden versteht. Diese Stillstände müssen zudem differenziert werden, nämlich ob sie obstruktiv sind - d. h. durch eine mechanische Verlegung der Atemwege bedingt sind - oder ob das nervale Atmungszentrum aussetzt. Eine solche Unterscheidung kann mit Hilfe der sogenannten kardiogenen respiratorischen Oszillationen gelingen, die im Atemstrom gemessen werden; es handelt sich um herzschlagsynchrone Variationen einer Signalgröße. Zwei Arten solcher Variationen unterscheidet man: die einer Konzentration eines Atemgases (Kohlendioxid oder Sauerstoff) und die Variation des Atemstroms. Die kardiogenen Oszillationen kommen deshalb zustande, weil normalerweise der Herzschlag das Atemgas um knapp 10 ml kurzzeitig hin und her schiebt. (Barnikol, Perspektiven einer innovativen Funktionsdiagnostik des Bronchialsystems, Dustri-Verlag 1997, ISBN-3-87185- 276-7), was zum normalen Atmungsvolumen von etwa 600 Millilitern vergleichsweise wenig ist.

Misst man nun am Mund sowohl den periodischen Atemstrom und gleichzeitig Kohlendioxid-Signale (beispielsweise mit einem Pneumotachographen bzw. mit einem Kohlendioxid-Sensor), so fassen sich Apnoen (Atmungsstillstände) in obstruktive und zentrale unterteilen. Ist nämlich weder ein Atemstrom noch ein kardiogenes Signal vorhanden, so liegt eine obstruktive Apnoe vor; ist dagegen nur das kardiogene Signal vorhanden, so wurde die Apnoe zentral ausgelöst; denn das vom Herzen erzeugte Signal mit seiner typischen Grundfrequenz von etwa 1 Hz indiziert einen offenen Atmungstrakt, da sonst diese Signale den Mund nicht erreichen könnten.

Das Problem der kardio-respiratorischen Konzentrationssignale ist, dass sie nicht in jedem Moment einen offenen Respirationstrakt anzeigen können, weil sie nicht in jeder Phase des Atmungszyklus vorhanden sind, beispielsweise während der Inspiration nicht. Sie können nämlich nur dann entstehen, wenn der Konzentrations-Sensor gerade einen Konzentrationsgradienten "sieht".

Deshalb ist es erforderlich einen zuverlässigen Sensor, der sich am Mund im Atemstrom befindet, für ein kardiogenes Signal zu haben. Anders als die kardiogenen Konzentrationssignale ist der Atemstrom selbst ein zuverlässiges kardiogenes Signal, denn die mechanischen kardio-respiratorischen Oszillationen sind - unabhängig von der Zusammensetzung des Atemgases - immer vorhanden. Allerdings muss ein hier brauchbarer Atemstrom-Sensor extrem empfindlich sein, darf praktisch keine Ansprechzeit und muß eine ausreichend geringe Einstellzeit von etwa 1 ms haben, um die stets kleinen schnellen mechanischen kardio-respiratorischen Signale deutlich erfassen zu können - und er darf nicht stören, weder die Atmung beeinflussen noch den Menschen irritieren.

Eine Meßvorrichtung, die den vorsehend genannten Anforderungen entspricht, ist im Stand der Technik nicht bekannt.

Die dargelegte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines Nasenstromsensors gelöst, der zwei in der Wand eines elastischen Schlauchs in bestimmtem Abstand angeordnete Drucksensoren aufweist und in eines der beiden Nasenlöcher des betreffenden Menschen eingebracht wird. Das andere Nasenloch kann offen bleiben und auch der Mund, sodass der Nasenstromsensor nur einen Teil des Atemstroms erfasst. In jedem Teil des Atemstroms findet sich immer auch die mechanische kardio-respiratorische Komponente wieder.

Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Nasenstromsensors. Dieser besteht aus einem Stück Schlauch (1), in dessen Wand in einem geeigneten Abstand zwei empfindliche Drucksensoren (2) derart eingebracht sind, dass sie den Gasdruck im Inneren des Schlauchstückes signalisieren können. Durch die Anordnung der Sensoren wird erreicht, dass das Sensorsystem praktisch keine Ansprechzeit besitzt. Die Sensoren haben vorzugsweise eine obere Grenzfrequenz von mindestens 1000 Hz. Zwischen den beiden Sensoren befindet sich vorzugsweise eine Schlauchklemme (3), mit deren Hilfe die Weite des Schlauches so optimiert werden kann, daß die Signaldifferenz beider Drucksensoren während der Atmung des betreffenden Menschen maximal wird. An einer Seite ist das Schlauchstück von einem zylinderförmigen und leicht verformbaren Mantel (4) - beispielsweise aus Schaumstoff - umgeben, mit dessen Hilfe der Sensor im Nasenloch gehalten wird; das längere Schlauchstück weist nach außen. Um das freie längere Stück des Schlauches herum ist gegebenenfalls die erforderliche Elektronik (5) angebracht. Die Signale des Nasensensors werden über eine Kabelverbindung, vorzugsweise aber telemetrisch (6) auf einen Empfänger übertragen.

Abb. 2 zeigt als Anwendung eines derartigen Sensors eine Originalregistrierung von einer Normalperson; das freie Nasenloch war offen, der Mund des Probanden geschlossen; die Registrierung erfolgte in Atmungsruhe. Während einer kurzen Zeitspanne hat der Proband seine Glottis willkürlich geschlossen. In dieser Zeit verschwinden die mechanischen respiratorischen Signale mit ihrer typischen Grundfrequenz von etwa 1 Hz.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Registrierung des respiratorischen Nasenstroms, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wand eines kleinen verformbaren Rohrstückes (1) zwei sehr empfindliche Drucksensoren (2) in einem bestimmten Abstand voneinander eingebracht sind, deren Meßsignale einer Meßvorrichtung (5) zur Ermittlung der aufzuzeichnenden Signaldifferenz zugeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Drucksensoren (2) eine Klemme (3) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Drucksensoren (2) eine hohe obere Grenzfrequenz, vorzugsweise von mindestens 1000 Hz haben.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßvorrichtung (4) auf dem Schlauch (1) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signaldifferenz einem Telemetriesender (6) zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Telemetriesender (6) in die Meßvorrichtung (5) integriert ist.