Spirometrie-Messtechnik
In ihrer einfachsten Form ist die Spirometrie die Messung, wie viel Luft eine Person in einem forcierten Atemzug ausatmen kann, bekannt als forcierte exspiratorische Vitalkapazität (FVC). Anhand der Flüsse während des FVC-Manövers können verschiedene Parameter gemessen werden. Medizinisches Fachpersonal interpretiert Volumen- und Flussdaten zusammen mit Diagrammen, die Volumen/Zeit und Fluss/Volumen zeigen, um die Lungengesundheit zu bewerten.
Vitalograph hat viele verschiedene Präzisionstechnologien zur Messung von Fluss und Volumen untersucht. Heute wird in den Diagnose-Spirometern von Vitalograph zur Flussmessung bevorzugt der Fleisch-Pneumotachograph und zur Volumenmessung das Rolldichtungs-Spirometer eingesetzt. Wir verwenden in unseren Laborspirometern Sieb-Pneumotachographen vom Lilly-Typ und in unseren Überwachungs- und Screening-Geräten die Stator-Rotor-Flussmesstechnik.
Fleisch-Pneumotachograph
Die Spirometer von Vitalograph zur Flussmessung verfügen über einen Fleisch-Pneumotachographen, eine etablierte Technologie, die 1953 von Professor Alfred Fleisch in Lausanne entwickelt wurde.
Der Fleisch-Pneumotachograph ermöglicht die genaueste, präziseste und zuverlässigste Flussmessung. Er bildet die Grundlage unserer V-Core Messtechnologie, die als Goldstandard der Spirometrie gilt. Das lineare Signal ist einfach zu verarbeiten und das Spirometriegerät ist äußerst robust, da es keine beweglichen Teile hat. Selbst mit einem Bakterien-Viren-Filter (BVF), der für eine effektive Hygiene zwischen Patient und Messsystem unerlässlich ist, ist die Flussimpedanz des Systems auch bei hohen Flussraten gering und liegt weit innerhalb der Anforderungen der aktuellen Spirometernorm ISO 26782:2009. Fleisch-Flussmessgeräte können beheizt oder unbeheizt sein, aber in der Büro-Spirometrie werden Flussmessgeräte aus Gründen der Sicherheit, der Schnelligkeit der Anwendung und der Genauigkeit in der Regel unbeheizt verwendet. Vitalograph-Spirometer verwenden einen unbeheizten Fleisch-Pneumotachographen.
Sehen Sie sich unsere Spirometer mit V-Core Messtechnologie und Fleisch-Pneumotachograph an.
Ein Fleisch-Pneumotachograph besteht aus einem Bündel kleiner Kapillarschläuche, die eine pseudolaminare Strömung erzeugen. Das Ergebnis ist ein lineares Ausgangsdrucksignal, das durch zunehmenden Luftstrom erzeugt wird. Zwei ringförmig angeordnete Druckmessstellen in der Fleisch-Komponente werden auf einen Differenzdruckwandler mit extrem niedrigem Messbereich übertragen, der im linearen Bereich des Wandlers arbeitet. Der Differenzdruck wird von der zugehörigen Elektronik mit einer Frequenz von mindestens 100 Hz und 14 Bit abgetastet, um die sofortige und genaue Berechnung der Flussraten und, durch Differenzierung im zeitlichen Verlauf, des akkumulierten Volumens zu ermöglichen. Das Turndown-Verhältnis eines solchen Geräts liegt bei beeindruckenden 20:1, wodurch sowohl sehr niedrige als auch sehr hohe Flüsse genau gemessen werden können.
Einfach zu bedienen, ohne Kabel oder Arme, ohne bewegliche Teile
Extrem robust, hält auch häufigem Fallenlassen stand
Präzise, linear und stabil
Auch bei sehr geringen Flüssen präzise
Zuverlässig mit konstanten Ergebnissen
Geringe Flussimpedanz, auch mit BVF (weit innerhalb der Norm)
Einfaches und hygienisches System mit Bakterien-Viren-Filtern
Einfach zu reinigen
Leichte Überprüfung der Genauigkeit (mit einer Präzisionspumpe)
Entspricht den Spirometrie Standards ISO 26782: 2009 and ISO 23747: 2007
Entspricht den ATS / ERS 2019 Richtlinien für Spirometrie
Stator-Rotor
Vitalograph-Überwachungs- und Screening-Geräte verwenden die Stator-Rotor-Flussmesstechnik. Diese leichten Handgeräte haben im Vergleich zu Spirometern eine begrenzte Lebensdauer und sind ideal für die Überwachung zu Hause oder für Atemwegsuntersuchungen geeignet.
Das Gerät ist klein und leicht und das einfache digitale Signal, das durch die Drehung des Rotors erzeugt wird, liefert genaue Ergebnisse für die Überwachung und das Screening von Atmungsparametern wie PEF, FEV1 und FEV6. Bei Vitalograph-Geräten liefert ein einfacher LCD-Bildschirm sofortige Ergebnisse, und das Gerät speichert mehrere hundert Tests, die heruntergeladen werden können, um Trends in den Patientendaten anzuzeigen. Diese spirometrische Messtechnik wird oft als „Turbine“ bezeichnet, obwohl eine echte Turbine eine gebogene Schaufel hat und keinen Stator benötigt.
Sehen Sie sich unser Angebot an Monitoren und Screenern an, die diese Technologie verwenden.
In einem Stator-Rotor-System induziert ein mehrflügeliger Stator einen Wirbel auf den Luftstrom, der eine flache Schaufel (den Rotor) zum Drehen bringt. Der Rotor unterbricht eine Lichtquelle, während er sich dreht, und ein Detektor misst den Luftstrom durch Zählen der Umdrehungen. Der Rotor dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die ungefähr proportional zum Fluss ist. Die Geräte werden zum Zeitpunkt der Produktion kalibriert.
Stator-Rotor- und Turbinen-basierte Systeme sind aufgrund des Trägheitseffekts beim Drehen des Rotors keine geeignete Technologie für die Messung sehr niedriger Flüsse, was sie für eine vollständige Spirometrie ungeeignet macht. Anstatt ungenaue FVC-Messwerte zu riskieren, verwenden Vitalograph-Geräte ein bewährtes Ersatzmaß (FEV61, 2) in unseren kostengünstigen Überwachungs- und Screening-Geräten, die die Stator-Rotor-Flussmesstechnik nutzen.
1 Bellia V, Sorino C, Catalano F, et al Validation of FEV6 in the elderly: correlates of performance and repeatability Thorax 2008;63:60-66.
2 M. Akpinar-Elci, K. B. Fedan, P. L. Enright FEV6 as a surrogate for FVC in detecting airways obstruction and restriction in the workplace European Respiratory Journal Feb 2006, 27 (2) 374-377.
Einfach zu verwenden.
Klein, leicht und kompakt.
Kostengünstig.
Schnelltests für Screening und Epidemiologie.
FEV6 ist ein akzeptabler Ersatz für FVC.
Kann auf Genauigkeit überprüft werden.
Erfüllt die Spirometrienorm ISO 26782:2009 für FEV1
Erfüllt die ISO-Norm 23747:2007 für PEF.
Die Flussimpedanz der Vitalograph-Geräte entspricht anerkannten Normen (ungewöhnlich für diese Technologie).
Rolldichtung
Die Spirometer von Vitalograph zur Volumenmessung verfügen über eine Rolldichtungstechnologie und messen bis zu 12 Liter. Die Rolldichtungstechnologie misst die tatsächliche Volumenverschiebung und bietet damit die höchste Genauigkeit für Volumenmessungen.
Die direkte Bestimmung des Volumens hat den Vorteil, dass sie absolut ist und bei Umgebungsbedingungen sowohl während der Inspiration als auch der Exspiration gemessen wird. Durch diese hohe Genauigkeit eignet sich die Rolldichtung gut für klinische Routineuntersuchungen, Forschung und als Genauigkeitsreferenz für andere nicht volumetrische Spirometer. Volumetrische Geräte sind auch ideal für Schulungen, bei denen die direkte Bestimmung des Volumens eine klare Plattform für die Demonstration und Erklärung von Technik und Ergebnissen bietet.
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Ein leichter Kolben ist horizontal in einem Zylinder montiert und eine reibungsfrei gelagerte Stange stützt den Kolben, der durch eine flexible Kunststoffdichtung an der Zylinderwand befestigt ist. Wenn der Proband einen Spirometrie-Atemstoß ausführt, bewegt sich der Kolben, indem er die Dichtung auf sich selbst rollt, anstatt zu gleiten, und zwar in direktem Verhältnis zum Volumen der ausgeatmeten Luft. Der Kolben mit großem Durchmesser muss nur wenige Zentimeter bewegt werden, um eine große Volumenänderung zu erfassen. Ein hochgenaues digitales Signal wird über ein Potentiometer an einen PC zur Anzeige und Speicherung der Daten übertragen. Um ein gleichmäßiges, genaues Flussprofil zu gewährleisten, hat Vitalograph einen besonders widerstandsarmen Bewegungsablauf im als Goldstandard geltenden Rolldichtungsmechanismus entwickelt.
Direkte Bestimmung des Volumens.
Hochpräzise Volumina.
Extrem geringer Widerstand.
Einfache Verwendung und Reinigung,
Ergebnisse direkt am PC.
Geschlossenes System beseitigt das Risiko von Aerosolbildung. aerosolization.
Sieb-Pneumotachograph (Lilly-Typ)
In Laborspirometern werden beheizte Sieb-Pneumotachographen vom Lilly-Typ verwendet, wenn zusätzliche Testarten in den Messkopf integriert werden müssen und die Anforderungen an eine einfache Reinigung, Wartung und Stabilität über längere Zeiträume von größter Bedeutung sind.
Sieb-Pneumotachographen vom Lilly-Typ messen den Durchfluss auf ähnliche Weise wie die Fleisch-Technologie, wobei ein feinmaschiges Sieb mit geringem Luftstromwiderstand verwendet wird. Der Fluss wird durch Messung der Druckdifferenz über einen oder mehrere Siebe berechnet. Dieser Gerätetyp ist sehr genau und stabil. Ein Sieb-Pneumotachometer ist schlank und lässt im Messkopf Platz für andere Funktionen, z. B. Lungenautomaten und andere Gasein- und -ausgänge, sodass es sich für die Laborspirometrie eignet, die zusätzliche Gase für Tests wie DLCO und Stickstoffauswaschung benötigt.
Das in einem Pneumotachographen vom Lilly-Typ verwendete Sieb ist sehr einfach zu reinigen und zu warten. Das beheizte Sieb sorgt für eine stabile Messung über längere Testzeiträume hinweg, obwohl der Messkopf aufgrund der zusätzlichen elektronischen Komponenten für die Büro-Spirometrie weniger geeignet ist als die Fleisch-Messkopftechnologie.
Äußerst präzise.
Stabil.
Geeignet für den Klinikeinsatz mit hohem Patientendurchsatz.
Geeignet für längere Testzeiträume.
Geeignet für laborbasierte DLCO-Tests und Stickstoffauswaschungstests.
Einfache Reinigung und Wartung.
Kompatibel mit Spirometriegeräten in Laboren.
Ultraschall
Die Ultraschalltechnik wird in der Flussmessung von Büro-Spirometriesystemen eingesetzt. Ultraschall-Spirometer sind klein und leicht und messen den Fluss durch die Bestimmung des Dopplereffekts in der ausgeatmeten und eingeatmeten Luft mittels Ultraschall. Die Variation der Ultraschallwellen, die durch eine Änderung der Gasgeschwindigkeit verursacht wird, wird verwendet, um die durchschnittliche Gasgeschwindigkeit zwischen zwei Messwertwandlern als Analogsignal zu messen.
Obwohl diese Technologie sehr empfindlich ist, verwendet Vitalograph keine Ultraschall-Flussmesstechnik, da sie vor der Messung bei niedrigen Flussprofilen durch die Bewegung der Umgebungsluft fehleranfällig ist und niedrige Flüsse nicht genau misst3. Die Genauigkeit hängt von einem entwickelten Flussprofil ab, das in turbulenter ausgeatmeter Luft nicht zu finden ist. Daher müssen die Flussraten das turbulente Gasflussprofil berücksichtigen; in der Ultraschalltechnik wird dies durch Software-Algorithmen auf der Grundlage der Gauß-Verteilung korrigiert. Der turbulente Luftstrom wird in der Fleisch-, Sieb-, Stator-Rotor- und Turbinenmesstechnik durch Konstruktionselemente überwunden, die den Luftstrom steuern, d. h. den Wirbel, der bei Stator-Rotor-Geräten durch den Stator induziert wird, die laminare Strömung, die durch Kapillaren in der Fleisch-Komponente induziert wird, und das Sieb in der Lilly-Technik.
Die Hygiene in Ultraschallgeräten ist abhängig von teuren Einweg-Flussschläuchen mit zusätzlichen Filtern, die zur Infektionskontrolle benötigt werden.
3 Perera, A., Friedrich, P., & Ledermüller, R. (2018). Novel hot-wire based spirometry is highly accurate at low flow rates, Current Directions in Biomedical Engineering, 4(1), 513-515.
Bei einem Ultraschall-Flussmessgerät ist die Strecke, die ein Ultraschallimpuls zwischen den Wandlern zurücklegen muss, bekannt, ebenso wie die Zeit, die der Impuls benötigt, um sich zwischen den Wandlern zu bewegen, ohne dass ein Gasfluss bei bekannten Temperatur-, Druck- und Luftfeuchtigkeitswerten stattfindet. Änderungen im Gasfluss erzeugen messbare Änderungen in der Zeit, die die Ultraschallimpulse benötigen, um sich zwischen den Wandlern zu bewegen, und diese Differenz erzeugt ein analoges Signal, das gemessen werden kann, um die Gasflussrate durch das Spirometer zu berechnen.
Die Zeit, die der Ultraschallimpuls benötigt, um sich zwischen den Wandlern zu bewegen, wird durch Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Umgebungsströme beeinflusst, sodass diese Faktoren gemessen und Korrekturalgorithmen angewendet werden müssen.
Hitzdraht-Anemometer
Bei Spirometern mit Hitzdraht-Anemometer-Flussmesstechnik basiert das Messprinzip auf der Widerstandsänderung eines beheizten Drahtes, wenn Wärme an das vorbeiströmende Gas übertragen wird.
Die Hitzdraht-Messtechnik wird in Labor-Spirometersystemen eingesetzt, da sie in der Lage ist, durch Anwendung von Umrechnungsfaktoren den Fluss mit anderen Gasen als Raumluft zu messen und sehr stabile, genaue Messungen zu liefern. Die Notwendigkeit empfindlicher elektrischer Leitungen innerhalb des Messkopfs bedeutet jedoch, dass die Technologie nicht für tragbare Anwendungen geeignet ist und unzuverlässig sein kann. Vitalograph verwendet keine Hitzdraht-Messtechnik, da diese zerbrechlich ist und die Patientensicherheit durch die Einbeziehung elektrischer Teile in den Messkopf zusätzlich beeinträchtigt wird.
Das Vorbeiströmen von Gas an einem elektrisch beheizten Drahtelement bewirkt eine Temperaturabnahme proportional zur Gasmasse und zum Fluss. Dadurch ändert sich auch der Widerstand des Drahtes. Die Widerstandsänderung des Drahtes wird zu einem Maß für die Flussrate. Das Durchflusssignal wird elektronisch oder per Software integriert, um eine Volumenmessung zu erhalten.
Vermächtnis und Spirometer-Forschungstechnologie
Keilbalg
Vitalograph ist wahrscheinlich am bekanntesten für seine ikonischen Keilbalg-Spirometer, die ab 1962 produziert wurden, wobei die letzten Exemplare dieser Geräte in den frühen 2000er Jahren verkauft wurden. Viele dieser Geräte sind noch immer in Forschungs- und Lehreinrichtungen im Einsatz, was für die Robustheit und die hohe Qualität der Vitalograph-Geräte spricht.
Wasserdichtung
Spirometer mit Wasserdichtung werden heute nur noch selten verwendet, da sie groß sind und viel wiegen, sich nur schwer bewegen lassen, eine potenzielle Kontaminationsquelle für verschüttetes Wasser darstellen und es schwierig ist, das Gerät sauber zu halten. Dennoch werden sie manchmal in Lehre und Forschung eingesetzt, da sie wie die Keilbalgtechnik hochgenaue Volumina liefern und die direkte Bestimmung von Volumina zu Demonstrationszwecken übersichtlich und einfach ist.
Weiterbildung in Atemwegsdiagnostik und Krankheitsmanagement
Als Experten in der Atemwegsdiagnostik engagieren wir uns dafür, das neueste Wissen in diesem Bereich zur Verfügung zu stellen.
