BREATH MONITORING DEVICE

Abstract: 1. A respiration monitor wherein the respiration of a patient is monitored by measurement of respiratory signals, preferably of changes of the thorax impedance caused by respiration, with a comparator (15) which suppresses respiratory signals below a certain amplitude threshold (uT) and with a threshold regulator (21) which in response to a decreasing amplitude of the respiratory signals glidingly reduces the amplitude threshold (uT) to a minimum value, characterized by a second threshold regulator (23, 25, 27, 29) acting in combination with the first threshold regulator, which glidingly raises the amplitude threshold (uT) to a higher value when the frequency of the respiratory signals falls beneath a predetermined minimum frequency, and which again glidingly reduces the amplitude threshold (uT) to its original value when the frequency of the respiratory signals rises above the predetermined minimum frequency again.

Description: ATEMMON ITOR Die Erfindung betrifft einen Atemmonitor gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein ausreichender Gasaustausch in der Lunge ist nur bei entsprechender Lungenbelüftung (Ventilation) gewährleistet. Diese Ventilation ist einerseits von der Atemfrequenz und andererseits von der Atemtiefe (Atemzugvolumen) abhängig. Zur Überwachung der Atmung gefährdeter Patienten, zum Beispiel in Intensivstationen oder bei Frühgeburten, werden Atemmonitoren verwendet. Solche Geräte zeichnen im allgemeinen die Atemtätigkeit auf und geben bei Atemstillstand (Apnoe) ein Alarmsignal ab, wenn die Dauer des Atemstillstands eine vorgegebene Alarmgrenze überschreitet. Die Überwachung der Atemtätigkeit beruht meistens auf der Messung der Thoraximpedanz des Patienten. Es sind jedoch auch andere Messmethoden zur Erfassung der Atemaktivität bekannt, z.B. Messung von Temperaturänderungen der Atemluft oder Änderungen des Auflagedrucks des Körpers auf der Unterlage. Da eine effektive Atmung sowohl mit relativ niedriger Frequenz und tiefen Atemzügen als auch mit relativ hoher Frequenz und flacheren Atemzügen möglich ist, ist bei einigen bekannten Atemmonitoren eine Empfindlichkeitsanpassung entsprechend der Amplitude der Atemsignale vorgesehen. Diese Anpassung erfolgt mit einer gewissen Verzögerung entsprechend einer vorgegebenen Zeitkonstante. Um dabei zu verhindern, dass Rausch- und andere Störsignale fälschlich als Atemsignale kleiner Amplitude gedeutet werden, ist ein Mindest-Amplitudenschwellwert vorgesehen, bei dessen Unterschreitung keine Atemsignalerfassung mehr erfolgt. Wird dieser Schwellwert für einen längeren Zeitraum unterschritten, wird bei Erreichen der Alarmgrenze ein Alarm ausgelöst. Da der Mindest-Amplitudenschwellwert so niedrig sein muss, dass noch alle effektiven Atemzüge erfasst werden, kann es vorkommen, dass Störsignale diesen Schwellwert überschreiten und fälschlich als Atemsignale gedeutet werden, obwohl möglicherweise ein Atemstillstand vorliegt. Solche Störsignale können z.B. von der Herztätigkeit herrühren. In der DE-AS 24 18 910 ist ein Atenonitor beschrieben, der auch solche Störsignale unterdrückt. Trotz weitgehender Unterdrückung von Störsignalen tragen aber die bekannten Aiemmonitoren nicht der Tatsache Rechnung, dass bestimmte weitere Voraussetzungen erfüllt sein müssen, um einen für den Patienten ausreichenden Gasaustausch sicherzustellen. Hat die Atmung eine niedrige Frequenz, muss zum Beispiel eine bestimmte Mindestatemtiefe erreicht werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Atemmonitor gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass nicht nur ein völliger Atemstillstand sondern auch eine unzureichende Atmung sicher erkannt werden. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Erfindungsgemäss wird der untere Amplitudenschwellwert in einer Atempause zunächst bis auf den genannten Mindestwert herabgesetzt. Hält die Atempause allerdings länger an, so wird der Schwellwert wieder heraufgesetzt, da eine längere Atempause eine Herabsetzung der Atemfrequenz bedeutet. Treten nun bei heraufgesetztem Amplitudenschwellwert unzureichende flache Atemzüge oder Störsignale auf, so werden diese nicht erfasst. Dieser Zustand wird also wie ein Atemstillstand behandelt. Erst ein tieferer Atemzug, dessen Signalamplitude mit zunehmendem zeitlichen Abstand vom letzten noch erfassten Atemzug zunehmen muss, wird sofort wieder als effektiver Atemzug betrachtet. Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann auch bei höheren Atemfrequenzen eine Anhebung des Amplitudenschwellwertes erfolgen, um sicherzustellen, dass auch dort eine effektive Atmung stattfindet und nicht nur "Totvolumen" hin- und herbewegt wird. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert, in der ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Atemmonitors dargestellt ist. In der Zeichnung nicht dargestellte Thoraxelektroden stehen mit einem üblichen Eingangsverstärker 11 in Verbindung, der im vorliegenden Beispiel eine definierte Signalspannung von 2,35 mV/A1Q abgibt. Diese mit uE bezeichnete Signalspannung ist also ptoportio- nal zur Xnderung der Thoraximpedanz. Die Spannung uE wird zunächst einem Bandpassfilter 13 zugeführt, welches im vorliegenden Beispiel -1 eine untere Grenzfrequenz von 0,2 Hz (12 min ) und eine obere Grenzfrequenz von 2 Hz (120 min 1) aufweist. Die Bandpasscharak teristik bewirkt, dass Signale mit Frequenzen ausserhalb der Grenzfrequenzen gedämpft werden, da sie für die Überwachung der Atemtätigkeit nicht relevant sind. Das Bandpassfilter 13 hat zusätzlich einen Verstärkungsfaktor von 426, so dass seine Ausgangsspannung uEB im Durchlassbereich 1 V/Al Q beträgt. Die Ausgangssignalspannung uEB des Bandpassfilters 13 wird dem positiven Eingang eines Komparators 15 zugeführt, dessen negativem Eingang eine Triggerschwellenspannung uT zugeführt wird, deren Erzeugung weiter unten erläutert wird. Der Komparator 15 gibt immer dann einen Ausgangsimpuls ab, wenn die Spitze/Spitze Amplitude der Spannung uEB grösser als die Schwellenspannung uT ist. Diese Impulse zeigen jeweils einen effektiven Atemzug an und können zum Beispiel in einer Anzeigeeinheit 17 weiterverarbeitet werden. Ausserdem werden sie einer retriggerbaren mono stabilen Kippstufe 19 zugeführt, deren Verzögerungszeit einer vorgegebenen Alarmgrenze entspricht. Ist der Impulsabstand kürzer als die Alarmgrenze, z.B. 30 Sekunden, so bleibt das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 19 auf seinem durch das Eingangssignal angeregten Zustand stehen. Dieser Zustand bedeutet, dass die Atmung effektiv ist. Wird jedoch die Alarmgrenze überschritten, kippt die monostabile Kippstufe 19 in ihren Grundzustand zurück, und dies wird als Alarm angezeigt oder auf andere Weise deutlich gemacht. Die Ausgangsimpulse des Komparators 15 werden jedoch nur zur Anzeigeeinheit 17 bzw. zur monostabilen Kippstufe 19 durchgelassen, wenn sie von einem UND-Glied 16 durchgelassen werden, wie weiter unten beschrieben ist. Die Schwellenspannung uT wird in einem Summierglied 32 als Summe zweier Schwellenspannungen UM und uR gebildet. Die Schwellenspannung uM liefert eine Schwellwertschaltung 21. Die Schwellwertschaltung 21 erzeugt die Schwellenspannung uM als bestimmten Bruchteil, zum Beispiel 60 % der Spitze/Spitze-Amplitude der gefilterten Signalspannung uEB. Die Schwellwertschaltung 21 ist als solche bekannt (siehe zum Beispiel DE-AS 24 18 910) und kann zum Beispiel zusätzlich für eine Anhebung der Schwellenspannung uM sorgen, wenn die Frequenz der Signalspannung uEB gleich der zusätzlich gemessenen Herzfrequenz des Patienten ist. Im vorliegenden Beispiel liefert die Schwellwertschaltung eine Mindest-Schwellenspannung UM min = 100 mV. Die gefilterte Signal spannung uEB wird weiterhin dem positiven Eingang eines Komparators 25 zugeführt, dessen negativem Eingang eine feste Schwellenspannung uC zugeführt wird, die im vorliegenden Beispiel 80 mV beträgt, was einer Thoraximpedanz änderung von 80 m Q entspricht. Dies ist die vorgegebene absolute Untergrenze für die Weiterverarbeitung der Atemsignale. Der Komparator 25 gibt nur dann einen Ausgangsimpuls ab, wenn die Spitze/Spitze-Amplitude von uEB grösser als uC ist. Die Ausgangsimpulse des Komparators 25 werden einer retriggerbaren monostabilen Kippstufe 27 zugeführt. Die Verzögerungszeit der monostabilen Kippstufe 27 beträgt im vorliegenden Beispiel 2,2 Sekunden. Dies ist die Periodendauer bei einer -1 Atemfrequenz von etwa 27 min . Das Ausgangssignal der mono- stabilen Kippstufe 27 bleibt solange Null, wie der Komparator 25 seine Impulse in einen Mindestabstand von 2,2 Sekunden abgibt. Wird dieser Impulsabstand überschritten, so kippt das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 27 für die Dauer der Zeitüberschreitung auf einen positiven Wert. Das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 27 wird einem Integrator 29 zugeführt. Dessen Ausgangsspannung UR bleibt 80 mV (entsprechend uc) oder geht entsprechend der Integrationsgeschwindigkeit auf 80 mV, wenn sein Eingangssignal Null ist. Positive Ausgangssignale der monostabilen Kippstufe 27 lassen jedoch die Spannung UR entsprechend der Integrationsgeschwindigkeit ansteigen, und zwar um so höher, desto länger das positive Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 27 ist, d.h. desto länger die Verzögerungszeit von 2,2 Sekunden überschritten wurde. Die Ausgangsspannung uR des Integrators ist nach oben auf 1,8 V begrenzt. Die Integrationsgeschwindigkeit beträgt bei steigender Ausgangsspannung UR 180 mV/s und bei fallender Ausgangsspannung uR 450 mV/s. Da die Spannung uR als Summand in die Schwellenspannung UT eingeht, wird auch die Ansprechschwelle des Komparators 15 entsprechend erhöht, wenn die Spannung uR ansteigt. Je höher aber die Schwellenspannung uT ansteigt, desto grösser muss die Spitze/Spitze-Amplitude von uEB sein, d.h. desto tiefer muss der jeweilige Atemzug sein, damit der Komparator 15 noch einen Ausgangsimpuls abgibt. Dadurch wird verhindert, dass z.B. nach einem Atemstillstand eine flache, ineffektive Atmung oder ein Störsignal durch Muskelbewegung bereits ausreicht, um die Auslösung eines Alarms zu verhindern. Im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel wird von der Schwellwertschaltung 21 einmal abgesehen die Triggerschwellencharakteristik im wesentlichen durch zwei von der Atemfrequenz abhängige Schaltungen bestimmt, nämlich einerseits das Bandpassfilter 13 und andererseits den aus Komparator 25, monostabiler Kippstufe 27 und Integrator 29 bestehenden Pfad für die Beeinflussung der Schwellenspannung. Abgesehen von der Filtercharakteristik des Bandpassfilters 13 ist bei der vorbeschriebenen Überwachung keine obere Atemfrequenzgrenze vorhanden. Mittels einer retriggerbaren monostabilen Kippstufe 31 lässt sich erreichen, dass oberhalb einer Grenzfrequenz -1 von z.B. 200 min 1 die Ausgangssignale des Komparators 15 unter- drückt werden, da solche Signale mit Sicherheit keine effektive Atmung mehr anzeigen. Die monostabile Kippstufe 31 wird von der abfallenden Flanke jedes Ausgangsimpulses des Komparators 15 getriggert. Ist der Impulsabstand des Ausgangssignals des Komparators 15 kleiner als 300ms, so ist das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 31 ständig Null. Das UND-Glied 16 bleibt dann gesperrt. Ist der Impulsabstand jedoch grösser als 300 ms, geht das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 31 auf logisch Eins, bevor der Komparator 15 den nächstfolgenden Impuls abgibt, so dass dieser das UND-Glied 16 passieren kann.

Claims: Patentansprüche 1. Atemmonitor, bei welchem die Atemtätigkeit durch Messung der durch diese verursachten änderungen der Thoraximpedanz oder anderer geeigneter Parameter des Patienten überwacht wird, mit einer Schwellwertschaltung (21), die die Ansprechempfindlichkeit (uT) des Atemmonitors mit kleiner werdender Amplitude der Atem signale vergrössert, sowie mit einer zweiten Schwellwertschaltung (25), die die gemessenen Signale unterhalb eines fest vorgege benen Amplitudenschwellwertes (uciuM min) unterdrückt, g e k e n n z e i c h n e t durch eine dritte Schwellwertschaltung (27, 29), die den Amplitudenschwellwert unterhalb einer vorgege benen Atemfrequenz mit fallender Atemfrequenz anhebt. 2. Atemmonitor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die vorgegebene Atemfrequenz etwa 0,45 Hz (27 min 1) beträgt. 3. Atemmonitor nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Atemsignal über ein Bandpassfilter (13) ge führt wird, dessen untere und obere Grenzfrequenzen den für die Bewertung der Atemtätigkeit relevanten Frequenzbereich ein schliessen. 4. Atemmonitor nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die untere Frenzfrequenz etwa 0,2 Hz und die obere Frenzfrequenz etwa 2 Hz betragen. 5. Atemmonitor nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Atem-Grenzfrequenzdetektor (16, 31), der oberhalb einer vorgegebenen absoluten Grenzfrequenz die erkannten Atem signale vollständig unterdrückt. 6. Atemmonitor nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die absolute Grenzfrequenz etwa 33 Hz (200 min 1) beträgt. 7. Atemmonitor nach Anspruch 1, bei dem die Atemtätigkeit durch Messung der durch diese verursachten Anderungen der Thorax impedanz des Patienten überwacht wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der fest vorgegebene Amplitudenschwell wert (u C+u M min) einer Impedanzänderung zwischen 100 und 300 m Q entspricht. 8. Atemmonitor nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Integrator (29), der während der Zeitintervalle, in denen die der vorgegebenen Atemfrequenz entsprechende Periodendauer überschritten wird, den Amplitudenschwellwert mit einer ersten Integrationsgeschwindigkeit anhebt und in den verbleibenden Zeitintervallen mit einer zweiten Integra tionsgeschwindigkeit absenkt. 9. Atemmonitor nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Integrationsgeschwindigkeit etwa einer änderung um den fest vorgegebenen Amplitudenschwellwert pro Sekunde entspricht und dass die zweite Integrationsgeschwindig keit etwa einer änderung um das 2,5-fache des fest vorgegebenen Amplitudenschwellwertes pro Sekunde entspricht.

Inventors: PROSS, GERHARD, DIPL.-ING., ROCHLITZER, FRANK
Applicants: HEWLETT-PACKARD GMBH
Application year: 1982
Main classification: A61B5
IPC codes: A61B5