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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Vitalograph ist ein internationaler Hersteller von Spirometern, EKGs und Bakterien-Viren-Filtern zur sicheren Lungenfunktionsdiagnostik. Darüber hinaus sind wir weltweit als Technologie- und Service-Provider für klinische Arzneimittelstudien und Telemedizinapplikationen aktiv.
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