Ogólna charakterystyka przetworników spirometrycznych.

Przetwornik spirometryczny jest pierwszym z bloków należących do schematu blokowego urządzenia spirometrycznego. Zaraz za nim kolejno są:

Przetwornik spirometryczny -> układ kondycjonujący -> układ próbkujący AC (filtr próbkujący)-> mikroprocesor -> układ ekspozycji -> cyfrowe wyświetlenie oraz wykresy.

W przetworniku zazwyczaj mierzone są dwie interesujące nas wielkości:

V=oraz Q=dV/dt

Przetworniki spirometryczne dzielą się na dwa główne rodzaje:

• Objętościowe

  • Przetwornik typu dzwonowego

  • Przetwornik typu mieszkowy

• Z kontrolą prędkości przepływu

  • Przetwornik termonemometryczny

  • Przetwornik ultradźwiękowy z dwoma elementami ultradźwiękowymi

  • Przetwornik ultradźwiękowy wykorzystujący zawirowania przepływu

  • Przetwornik typu wiatraczkowego

  • Przetwornik typu zwężkowego (np. w postaci sitka, jako przewężenia)

Zakres pomiarowy:

• Przepływowy: 10 l/sek.

• Pojemnościowy: .

Charakterystyka częstotliwościowa: f układu oddechowego = 4 Hz (spokojny oddech)

f natężony oddech = kilkanaście Hz

Przetwornik taki spełnia wymagania także i w innych dziedzinach pomiarowych, wtedy gdy spełnia następujące wymagania:

• Mierzy powietrze mające różny skład

• Jest nieczuły na zmiany temp., wilgotności, składu, gęstości.

• Martwa przestrzeń musi być jak najmniejsza, aby nie zmienił się skład powietrza w środku

• Powinien wskazywać wartość średnią przepływu w profilu

• Powinien być łatwy w sterylizacji

• Powinien nie zmieniać oporu przepływu ze względu na to co się wydziela podczas oddychania (np. gdy osadza się białko lub para wodna).

Istnieją trzy metody pomiarowe:

• Ekwilibracji gazów - mierzenie gazu oddechowego z gazem nieczynnym (znacznikowym), W tej metodzie jest to hel.

• Ekwilibracji gazów - w tej metodzie znacznikiem jest azot.

• Metoda platyzmograficzna

Spirometryczny przetwornik dzwonowy. Budowa. Charakterystyka parametrów technicznych.

Budowa i zasada działania przetwornika objętościowego

Przetwornikiem tym jest dzwon, który porusza się wraz ze zwiększaniem się objętości gazu wchodzącego (lub wychodzącego) do jego wnętrza (rys. 3). Dzwon zanurzony jest w wodzie, która stanowi naturalne uszczelnienie.

Ten rodzaj przetwornika stosowany jest od bardzo dawna. Obecnie, mimo nowoczesnych rozwiązań przepływowych przetworników spirometrycznych obserwuje się powrót do najprostszego i pierwotnego rozwiązania: dzwonu. Ma on podstawową zaletę: prócz możliwości pomiaru wydychanego gazu można wykonywać nim pomiary objętości zalegających (np. metodą helową).Dostający się pod dzwon ciepły gaz jest schładzany. Aby uzyskać prawidłową wartość objętości mierzonego gazu należy skorygować ją przy pomocy współczynnika konwersji K :

gdzie:

ATPS – aktualna temperatura i ciśnienie oraz nasycenie gazu parą wodną w czasie pomiaru,

BTPS – temperatura (temperatura ciała), ciśnienie zewnętrzne (otoczenia)

normalne ( Hg), nasycenie parą wodną: są to warunki, w których

gaz (powietrze oddechowe) znajduje się w płucach,

P_B [hPa] – ciśnienie atmosferyczne panujące w otoczeniu,

P_H2O [hPa] – ciśnienie pary wodnej w temperaturze otoczenia,

T₀ [ ^oC] – temperatura otoczenia.

Korekcje tę trzeba jednak przeprowadzić dopiero po ustaleniu się warunków termicznych pod dzwonem, co może trwać kilka sekund, czyli tyle, ile trwa natężony wydech.

Na skutek dmuchania, dzwon się podnosi. Dokładność wynosi kilka procent.

Spirometryczny przetwornik mieszkowy. Budowa. Charakterystyka parametrów technicznych.

Mieszek jest typowym przetwornikiem objętościowym. Powietrze wdychane do mieszka powoduje ruch jego górnej ścianki oznaczonej literą M jak to przedstawia rys. 4. To wprawia w ruch pisak, który rysuje odpowiednią krzywą.

Spirometryczny przetwornik turbinowy. Budowa. Charakterystyka parametrów technicznych.

Zasadę działania oraz budowę przetwornika przedstawia rys. 2. Skrzydełko umieszczone w odpowiednio skierowanym strumieniu powietrza obraca się z prędkością zależną od prędkości przepływającego gazu modulując strumień światła emitowany na drodze fotonadajnik (fotodioda) – odbiornik (fototranzystor). W ten sposób liczba wygenerowanych impulsów pozawala na określenie ilości brotów skrzydełek turbinki, a zatem umożliwia także określenie prędkości przepływającego gazu.

Spirometryczny przetwornik zwężkowy. Budowa. Charakterystyka parametrów technicznych.

Spirometryczny przetwornik przepływowy, zwany zwężką, zamienia prędkość przepływu gazu na różnicę ciśnień, na skutek oporu przepływowego, jaki stawia przewężenie istniejące w kanale przetwornika. Różnica ta zależy od prędkości przepływającego gazu a także od powierzchni przekroju przewężenia. O oporze przetwornika decyduje jego konstrukcja. Przewężenie powodujące powstawanie różnicy ciśnień może być wykonane w postaci:

- kryzy,

- gęstego sitka,

- wiązki kapilarnych rurek (rys. 1).

Jest to przetwornik typu Fleish’a

- zakres 12l/s

- pomiar dwukanałowy V=(5-10)ml/s

- dynamika przetwornika (0-2400)

- częstotliwość oddych. spokojnego do 4Hz

- częstotliwość oddych. szybkiego do 12Hz

Różnica ciśnień jest większa gdy większy jest przepływ: Q*R=∆P

Im większy opór tym większa czułość oraz większy wysiłek pacjenta.

Opór także jest unormowany : < 150Pa na l/s

rys. Przetwornik typu zwężkowego.

Źródła błędów w pomiarach spirometrycznych.

Błędy przetwornika (przetwornik musi być mało czuły na wilgotność, temperaturę, gęstość, skład), błędy przetwarzania danych, zachowanie pacjenta, czy wykonuje wszystkie polecenia tak jak mu się każe.

Techniczne warunki pomiaru parametrów spirometrycznych.

Odpowiedni przetwornik rzędu 3%, odpowiedni zakres, dokładność, liniowość, dobra charakterystyka częstotliwościowa, opór przepływu