DE10106010C1

DE10106010C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Dosierung von Narkosemittel

Info

Publication number: DE10106010C1
Application number: DE10106010A
Authority: DE
Inventors: Ralf-Ernst Loeser
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2001-02-10
Filing date: 2001-02-10
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2021-02-11

Abstract

Die Dosierung von flüssigem Narkosemittel soll derart verbessert werden, dass auch bei schwankendem Druck innerhalb eines mit flüssigem Narkosemittel gefüllten Vorratsbehälters (1) eine genaue Narkosemittelabgabe möglich ist, wobei die Dosiereinrichtung (2) für das flüssige Narkosemittel (6) derart ausgebildet ist, dass sie während eines Einschaltintervalls mit der Pulsdauer t¶p¶ in Öffnungsstellung und während eines Ausschaltintervalls in Schließstellung geschaltet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein bei einem Bezugsdruck p(t) = p¶0¶ ermittelter Bezugsvolumenstrom DOLLAR F1 als Kalibrierwert für das Narkosemittel (6) in einem Speicher (26) abgelegt ist und dass das bei einem Momentandruck p(t) = p¶1¶ während der Pulsdauer t¶p¶ das dosierte Volumen V¶p¶ aus dem formelmäßigen Zusammenhang V¶p¶ = t¶p¶ DOLLAR F2 bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel.

Aus der US 4,657,008 ist eine Vorrichtung zur Verdampfung von flüssigem Narkosemittel bekannt, bei der das Narkosemittel aus einem Vorratsbehälter in eine Verdampferkammer eingeleitet wird. Für die zu dosierenden Narkosemittel sind unterschiedliche Vorratsbehälter vorgesehen, die wahlweise mit einer Treib gasquelle verbunden werden können. Durch den von der Treibgasquelle erzeugten Druck wird das flüssige Narkosemittel über Dosierventile, die den einzelnen Vorratsbehältern zugeordnet sind, in eine Verdampferkammer eingeleitet. Je nach Öffnungsdauer des ausgewählten Dosierventils wird mehr oder weniger Narkosemittel der Verdampferkammer zugeführt. Für eine genaue Dosierung der Narkoseflüssigkeit muss der Druck innerhalb des Vorratsbehälters möglichst konstant gehalten werden, und die Treibgasquelle besitzt hierzu einen präzisen Druckregler. Eine druckgeregelte Treibgasquelle in Verbindung mit einer Dosiereinrichtung für Narkosemittel geht beispielhaft aus der US 4,750,483 hervor. Die Genauigkeit der Narkosemitteldosierung hängt hier von der Druckkonstanz der Treibgasquelle ab. Treibgasquellen, die für unterschiedliche Narkosemittel und mit hohem Dynamikbereich sowohl für kleine als auch für große Narkosemittel volumina eine Druckkonstanz herstellen, sind technisch sehr aufwändig und damit teuer. Bei einer Fehlfunktion der Treibgasquelle wird zudem die Narkosemittel dosierung in Frage gestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel derart zu verbessern, dass auch bei schwankendem Druck innerhalb des Vorratsbehälters eine genaue Dosierung von Narkosemittel möglich ist und ein Verfahren zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel bei schwankendem Vordruck anzugeben.

Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung erfolgt mit den Merkmaien des Patentan spruchs 1.

Die Lösung der Aufgabe für das Dosierverfahren ergibt sich aus den Merk malen des Patentanspruchs 8.

Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass einerseits durch Messung des Druckes im Vorratsbehälter und durch Quotientenbildung des Momentandruckes p(t) = p₁ zu einem Bezugsdruck p₀, bei dem ein spezifischer Bezugsvolumenstrom

für Narkosemittel durch eine vorangegangene Messung bestimmt wurde, sich das bei dem Druck p₁ dosierte Narkosemittelvolumen der eingesetzten Dosiereinrichtung berechnen lässt. Durch die kontinuierliche Erfassung des Druckes im Vorratsbehälter lässt sich ein Druckabfall oder auch ein Druckanstieg feststellen und bei der Berechnung des dosierten Narkosemittelvolumens berücksichtigen. Hierzu reicht es aus, wenn durch die Treibgasquelle ein bestimmter Druckbereich innerhalb des Vorratsbehälters voreingestellt wird, da Momentanschwankungen des Druckes in die Berechnung des dosierten Narkosemittelvolumens einfließen. Der Volumenstrom

wird vorab bei dem Bezugsdruck p₀ für eine Baureihe der eingesetzten Dosiereinrichtung bestimmt und als Kalibrier- oder Referenzwert in einem Speicher einer Steuereinheit abgelegt. Entsprechende Referenzwerte müssen für jedes der eingesetzten Narkosemittel bestimmt werden.

Als Dosiereinrichtungen werden vorteilhaft Dosierventile eingesetzt, die einen vorbestimmten Durchströmungsquerschnitt in Form einer Blende haben und elektrisch so angesteuert werden, dass während einer Pulsdauer t_p die Blende in Durchlassrichtung geschaltet ist und während eines Ausschaltintervalls verschlossen ist. Derartige Dosierventile werden auch als Einspritzventile in Kraftfahrzeugen eingesetzt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In vorteilhafter Weise wird die Pulsdauer t_p des Dosierventils auf einen Wert von größer gleich eine Millisekunde eingestellt. Die erfindungsgemäß angegebene Pulsdauer ist notwendig, damit die Dosiereinrichtung vollständig öffnen und schließen kann.

In zweckmäßiger Weise ist innerhalb des Vorratsbehälters ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Narkosemittels vorgesehen, um daraus den momentanen Dampfdruck zu bestimmen.

Der Momentandruck p₁ innerhalb des Vorratsbehälters ist auf einen Wert oberhalb des Dampfdruckes des Narkosemittels so eingestellt, dass ein Sieden des Narkosemittels unterbunden wird. Siedendes Narkosemittel im Bereich der Dosiereinrichtung beeinträchtigt die Genauigkeit der Narkosemitteldosierung, da neben flüssigem Narkosemittel auch gesättigter Narkosemitteldampf während der Pulsdauer t_p durch die Dosiereinrichtung gelangt.

In vorteilhafter Weise ist ein Absperrventil zwischen dem Vorratsbehälter und der Treibgasquelle in der Weise vorgesehen, dass beim Unterschreiten eines Druckes p(t) = p_min innerhalb des Vorratsbehälters das Absperrventil in Durchlass richtung geschaltet ist und beim Überschreiten eines Druckes p_max das Absperr ventil geschlossen ist. Das Absperrventil in Kombination mit der Druckmessein richtung wird dabei wie ein Zweipunktregler betrieben.

In zweckmäßiger Weise ist der Druck p_min auf einen Wert zwischen 100 Millibar und 300 Millibar oberhalb des Dampfdruckes des Narkosemittels eingestellt und der Druck p_max liegt in einem Bereich zwischen 400 Millibar und 800 Millibar oberhalb des Dampfdruckes. Bevorzugte Werte sind 200 Millibar für p_min und 500 Millibar für p_max. Dar Wert für p_max ist nach oben hin nur dadurch begrenzt, dass beim Nachfüllen von Narkosemittel ein nicht zu großes Gasvolumen aus dem Vorratsbehälter entweicht.

Das erfindungsgemäß angegebene Verfahren zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel bezieht sich auf eine Vorrichtung, bei der ein Vorratsbehälter für das Narkosemittel mit einer Dosiereinrichtung in Form eines elektrisch ansteuerbaren Dosierventils verbunden ist, wobei der Innenraum des Vorratsbehälters durch eine Treibgasquelle mit einem Druck p(t) beaufschlagt ist und das Dosierventil derart ausgebildet ist, dass es während eines Einschaltintervalls mit der Pulsdauer t_p geöffnet und während eines Ausschaltintervalls geschlossen ist.

Die Verfahrensschritte bestehen darin, bei einem Bezugsdruck p(t) = p_o einen Bezugsvolumenstrom

als Kalibrierwert für das Narkosemittel zu ermitteln und das bei einem Momentandruck p(t) = p₁ während der Pulsdauer t_p dosierte Volumen V_p aus dem formelmäßigen Zusammenhang

zu bestimmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt schematisch im Längsschnitt einen Vorratsbehälter 1 mit einem Dosierventil 2 an einer Behälteraufnahme 3 eines in der Figur nicht näher dargestellten Narkosegerätes 4. An der Oberseite des Vorratsbehälters 1 befinden sich eine Einfüllvorrichtung 5 für flüssiges Narkosemittel und eine Kodierung 7, die dem im Vorratsbehälter 1 befindlichen Narkosemittel 6 zugeordnet sind. Die Einfüllvorrichtung 5 für das Narkosemittel ist narkosemittelspezifisch ausgeführt, so dass nur das zur Kodierung 7 gehörende Narkosemittel 6 eingefüllt werden kann. Das Volumen des im Vorratsbehälter 1 befindlichen Narkosemittels 6 kann an einem Füllstandsanzeiger 8 abgelesen werden. Das Dosierventil 2 ist an der tiefsten Stelle des Vorratsbehälters 1 angeordnet, damit das Narkosemittel 6 vollständig aus dem Vorratsbehälter 1 entfernt werden kann. An der Rückseite 9 des Vorratsbehälters 1 befindet sich oberhalb des maximalen Narkosemittel- Füllstandes 10 ein Druckgasanschluss 11, mit dem der Innenraum des Vorratsbehälters 1 über ein Absperrventil 20 mit einer Treibgasquelle 21 verbunden werden kann. Mit der Treibgasquelle 21 wird vor dem Dosierventil 2 ein für die Flüssigkeitsdosierung notwendiger, definierter Vordruck erzeugt. An der Behälteraufnahme 3 des Narkosegerätes 4 sind eine Leseeinrichtung 12 für die Kodierung 7, ein Druckgasstutzen 13 für den Druckgasanschluss 11, eine elektrische Kontaktierung 14 für das Dosierventil 2 und ein Steckverbindungs anschluss 15, mit dem eine Strömungsverbindung zwischen dem Ausgang des Dosierventils 2 und einer Verdampferkammer 16 innerhalb des Narkose gerätes 4 hergestellt wird, angeordnet. Die Verdampferkammer 16 wird mittels einer Heizung 17 auf eine Temperatur von z. B. 40 Grad Celsius aufgeheizt, damit das Narkosemittel 6 vollständig verdampft und über eine Leitung 18 als gesättigter Narkosemitteldampf einem in der Figur nicht näher dargestellten Atemsystem zugeführt werden kann. Die Temperatur in der Verdampferkammer 16 wird mit einem Temperaturfühler 19 erfasst.

Der Druckgasstutzen 13 wird über das Absperrventil 20 mit der Treibgasquelle 21 verbunden. Über ein Entlüftungsventil 23 kann der Vorratsbehälter 1 im Bedarfs fall entlüftet werden, wenn zum Beispiel Narkosemittel 6 nachgefüllt werden muss.

Das Absperrventil 20, das Dosierventil 2, die Heizung 17 und der Temperatur sensor 19 sind an eine zentrale Steuereinheit 22 angeschlossen, von der aus alle Steuerbefehle für die Narkosemitteldosierung ausgehen und in der Messgrößen verarbeitet werden. So erhält das Absperrventil 20 von der Steuereinheit 22 Steuerimpulse, mit denen die Verbindung zwischen Vorratsbehälter 1 und Treib gasquelle freigeschaltet oder unterbrochen wird, und das Dosierventil 2 bekommt über die elektrische Kontaktierung 14 Puls-Breiten-modulierte Steuersignale für das zu dosierende Narkosemittelvolumen. Der Temperaturfühler 19 misst die Temperatur innerhalb der Verdampferkammer 16, wobei die von der Heizung 17 zugeführte Wärmemenge von der Steuereinheit 22 anhand der gemessenen Temperatur so angepasst wird, dass sich innerhalb der Verdampferkammer 16 eine konstante Temperatur einstellt. Innerhalb des Vorratsbehälters 1 wird zusätzlich die Temperatur des Narkosemittels 6 mit einem Temperatursensor 24 erfasst, der über die elektrische Kontaktierung 14 mit der Steuereinheit 22 verbunden ist. Ein Drucksensor 25, der zwischen dem Druckgasstutzen 13 und dem Druckgasreservoir 21 angeordnet ist, misst den Druck p(t) im Innenraum des Vorratsbehälters 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Bei einer vorausgehenden Messung werden für das Dosierventil 2 für jedes Narkosemittel 6, das eingesetzt wird, Kalibrierwerte in Form eines Bezugsvolumenstrom

bei einem Bezugsdruck p_o bestimmt und in einem Speicher 26 der Steuereinheit 22 abgelegt. Praktische Versuche haben gezeigt, dass es ausreichend ist, die Kalibrierung nur bei einer repräsentativen Stichprobe einer Dosierventil-Baureihe durchzuführen.

In dem Speicher 26 sind auch die physikalischen Daten der Narkosemittel 6, wie z. B. die Dampfdruckkurve als Funktion der Temperatur abgelegt. Nach dem Ankoppeln des Vorratsbehälters 1 an die Behälteraufnahme 3 erhält die Steuereinheit 22 über die Kodierung 7 eine Information über das im Vorratsbehälter 1 befindliche Narkosemittel 6. Mit dem Temperatursensor 24 wird die Temperatur des Narkosemittels 6 gemessen und der zugehörige narkosemittelspezifische Dampfdruck aus dem Speicher 26 abgerufen.
Ausgehend von diesem Dampfdruck wird eine untere Druckgrenze p_min von der Steuereinheit 22 so festgelegt, dass sie 200 Millibar über dem Dampfdruck liegt und eine obere Druckgrenze p_max befindet sich 500 Millibar über dem Dampfdruck. Unterschreitet der momentane Druck p(t) = p₁ im Vorratsbehälter 1 die untere Druckgrenze p_min, dann wird das Absperrventil 20 solange durch die Steuereinheit 22 in Öffnungsstellung geschaltet, bis die obere Druckgrenze p_max erreicht ist. Danach wird das Absperrventil 20 geschlossen.

In einer Recheneinheit 27 der Steuereinheit 22 wird für den momentanen Druck p(t) = p₁ das während der Pulsdauer t_p dosierte Volumen V_p aus der formelmäßigen Beziehung]

berechnet.

Bei ausreichend großer Druckdifferenz zwischen p₁ und dem Druck in der Verdampferkammer 16 kann der Absolutdruck in der Verdampferkammer 16 bei der Berechnung des dosierten Narkosemittelvolumens unberücksichtigt bleiben.

Werden einzelne Dosierpulse V_p mit einer Frequenz f = 1/t_f dosiert, ergibt sich der mittlere Narkosemittel-Volumenstrom

aus der Beziehung

Der Sollwert für

wird mittels eines Sollwerteinstellers 28 in die Steuereinheit 22 eingegeben. Der Narkosemittel-Volumenstrom kann über das Verhältnis von t_p/t_f verändert werden.

Bei einigen Narkosemitteln wurde festgestellt, dass die Temperatur des Narkosemittels 6 einen Einfluss auf das spezifische Bezugsvolumen dV₀/dt hat, wobei der Temperatureinfluss deutlich geringer als der Differenzdruck zwischen dem Vorratsbehälter 1 und der Verdampferkammer 16 ist. Die Genauigkeit der Dosierung kann weiter erhöht werden, indem die mit dem Temperatursensor 24 gemessene Temperatur von der Recheneinheit 27 bei der Berechnung des dosierten Narkosemittelvolumens V_p bzw. des Narkosemittel-Volumenstroms

berücksichtigt wird.

Für die Narkosemitteldosierung sind die beiden Parameter t_p und t_f gepaart, und jeweils einer von ihnen ist innerhalb gewisser Grenzen frei wählbar. Auf diese Weise kann entweder die Pulsfrequenz f in einem günstigen Bereich gehalten werden, bei variabler Pulsdauer t_p, oder umgekehrt. Als günstig haben sich in Laborversuchen Werte für t_p größer 3 Millisekunden und Pulsfrequenzen f größer 0,5 Hertz erwiesen.

Claims

1. Vorrichtung zur Dosierung von Narkosemittel mit
einem Vorratsbehälter (1), der in seinem Innenraum flüssiges Narkose mittel (6) enthält,
einer Treibgasquelle (21), welche mit dem Vorratsbehälter (1) verbunden ist und mit welcher im Innenraum des Vorratsbehälters (1) ein Druck p(t) einstellbar ist,
einer Druckmesseinrichtung (25) zur Erfassung des Druckes p(t), einer mit dem Vorratsbehälter (1) verbundenen Dosiereinrichtung (2) für flüssiges Narkosemittel (6),
einer Steuereinheit (22), die Steuersignale für die Dosiereinrichtung (2) derart erzeugt, dass während eines Einschaltintervalls mit einer Pulsdauer t_p die Dosiereinrichtung (2) in Öffnungsstellung und während eines Ausschalt intervalls in Schließstellung geschaltet ist, wobei die Steuereinheit (22) weiter derart ausgebildet ist, dass ein bei einem Bezugsdruck p(t) = p₀ ermittelter Bezugsvolumenstrom
als Kalibrierwert für das Narkosemittel (6) in einem Speicher (26) abgelegt ist und dass eine Recheneinheit (27) in der Weise vorgesehen ist, dass für einen Momentandruck p(t) = p₁ das während der Pulsdauer t_p dosierte Volumen V_p aus dem formelmäßigem Zusammenhang
bestimmt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer t_p auf einen Wert von größer gleich 1 Millisekunde eingestellt ist.

3. Vorichtung nach Anspruch 1 oder 2, dass im Vorratsbehälter 1 ein Temperatursensor (24) zur Erfassung einer Narkosemitteltemperatur vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Momentandruck p₁ auf einen Wert oberhalb eines auf die Narkosemitteltemperatur bezogenen Dampfdruckes des Narkosemittels (6) eingestellt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Vorratsbehälter (1) und der Treibgasquelle (21) ein Absperr ventil (20) in der Weise vorgesehen ist, dass beim Unterschreiten eines Druckes p(t) = p_min das Absperrventil (20) in Durchlassrichtung und beim Überschreiten eines Druckes p(t) = p_max in Schließstellung geschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck p_min auf einen Wert zwischen 100 Millibar und 300 Millibar oberhalb des Dampfdruckes des Narkosemittels (16) eingestellt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck p_max auf einen Wert zwischen 400 Millibar und 800 Millibar oberhalb des Dampfdruckes des Narkosemittels (6) eingestellt ist.

8. Verfahren zur Dosierung von flüssigem Narkosemittel (6) mit einer Dosier einrichtung (2) an einem Vorratsbehälter (1), dessen Innenraum durch eine Treibgasquelle (21) mit einem Druck p(t) beaufschlagt ist, wobei die Dosiereinrichtung (2) derart ausgebildet ist, dass sie während eines Einschalt intervalls mit der Pulsdauer t_p in Öffnungsstellung und während eines Aus schaltintervalls in Schließstellung geschaltet ist, gekennzeichnet durch die Schritte, bei einem Bezugsdruck p(t) = p₀ ein Bezugsvolumenstrom
als Kalibrierwert für das Narkosemittel (6) zu ermitteln und das bei einem Momentandruck p(t) = p₁ während der Pulsdauer t_p dosierte Volumen V_p aus dem formelmäßigen Zusammenhang
zu bestimmen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, die Pulsdauer t_p auf einen Wert größer gleich 1 Millisekunde einzustellen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, mit einem Temperatursensor (24) die Narkosemitteltemperatur innerhalb des Vorratsbehälters (1) zu messen und hieraus den momentanen Dampfdruck des Narkosemittels (6) zu bestimmen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, den Momentandruck p₁ auf einen Wert oberhalb eines auf die Narkosemitteltemperatur bezogenen Dampfdruckes des Narkosemittels (6) einzustellen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, ein zwischen dem Vorratsbehälter (1) und der Treibgasquelle (21) befind liches Absperrventil (20) derart anzusteuern, dass beim Unterschreiten eines Druckes p(t) = p_min das Absperrventil (20) in Durchlassrichtung geschaltet ist und beim Überschreiten eines Druckes p(t) = p_max das Absperrventil (20) geschlossen ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, den Druck p_min auf einen Wert zwischen 100 Millibar und 300 Millibar oberhalb des Dampfdruckes des Narkosemittels (6) einzustellen.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, den Druck p_max auf einen Wert zwischen 400 Millibar und 800 Millibar oberhalb des Dampfdruckes des Narkosemittels (6) einzustellen.