DE10107443A1

DE10107443A1 - Verfahren zur Desinfektion von Frischluft, Luftdesinfektionsmodul sowie Blitzlampen

Info

Publication number: DE10107443A1
Application number: DE2001107443
Authority: DE
Inventors: Martin Baecke
Original assignee: HEPTEC GmbH
Current assignee: TNI MEDICAL AG, DE
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2002-08-29
Also published as: DE10290560D2; AU2002247598A1; WO2002065972A2; WO2002065972A3

Abstract

Diese Erfindung hat zum Ziel, die Hygienesituation im medizinischen Bereich, insbesondere bei Beatmungsgeräten zu verbessern. Dies wird dadurch erreicht, dass die vom Patienten einzuatmende Luft elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird und dadurch Bakterien und Keime erhitzt und schließlich zerstört werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Desinfektion von Frischluft, ein Luftdesinfektionsmodul sowie eine Blitzlampe.

Bekannt ist, dass Strahlung auf verschiedene Weise Zellen schädigen kann. Mikrowellen wirken in erster Linie dadurch, dass sie vom Wasser in den Zellen absorbiert werden. Diese Energieabsorption führt zur Erwärmung der Zelle. Infrarotstrahlung wird von den organischen Molekülen und von Wasser absorbiert, allerdings meist nur an der Oberfläche der Zellen. Die geringe Eindringtiefe der Strahlung bewirkt, dass das Innere der Zelle nur durch Wärmetransport erwärmt wird. Licht im sichtbaren Bereich wird teilweise absorbiert, aber bei weitem nicht so stark wie Infrarot- oder Mikrowellen. Die Erwärmung der Zelle führt entweder über die Eiweißgerinnung zum Zelltod oder bei entsprechend hoher Strahlungsleistung zum Verkochen und Zerplatzen der Zellen.

UV-Licht ist in der Lage, organische Moleküle zu spalten.

Daraus ergibt sich, dass die verschiedenen Strahlungsarten, also die unterschiedlichen Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums, verschiedene Arten von Keimen unterschiedlich effektiv abtöten. Stark wasserhaltige Zellen sind am effektivsten mit Mikrowellen thermisch zu zerstören. Mäßig wasserhaltige Zellen können mit selektiv ausgewählter Infrarotstrahlung wirkungsvoll bekämpft werden. Wasserarme Keime (Sporen) sind dagegen eher durch Zerstörung der organischen Bestandteile durch UV- Licht abzutöten.

Auf der Internet-Seite http:/ / www.stermax.com.br/ingles/i_pr_a20.htm werden zwei Geräte zur Luftsterilisation angeboten. Die Geräte arbeiten mit einem keramischen Block, durch den in senkrechter Richtung Löcher gebohrt und Drähte aus einer Nickel- Chrom-Legierung gezogen sind. Die Drähte werden elektrisch auf bis zu 350°C erwärmt. Aufgrund von Konvektion durchstreicht die Umgebungsluft den Keramikblock von unten nach oben. Durch die hohen Temperaturen und der damit verbundenen Infrarotstrahlung werden Pilzsporen, Bakterien und Mikroorganismen in der Luft abgetötet.

Die Firma VitaTech UV-Systeme GmbH (http:/ / www.vitatech.de) bietet Systeme zur Wasserreinigung mit ultravioletter Strahlung an.

Die intensive Nutzung chemischer Desinfektionsmittel hat zu großen septischen Problemen im Krankenhauswesen geführt. Zunehmend resistente, pathogene Keime und allgemein menschliche Unverträglichkeiten sind bekannte Folgeerscheinungen. Symptomatische Krankheitsbilder, wie die "building related illness" oder das "sick building syndrom" sind heute generell bekannt. Chemiefreie Desinfektionstechniken sind unter anderem aus Wekhof, A: Blitzlichtdesinfektion und Schadstoffabbau, GIT-Labor Fachzeitschrift 8/2000, Seite 930-932, Wekhof, A: Vernichtende Strahlen - Blitzlichtsysteme zur optimalen Desinfektion, Pharma Food, Hütting, März 2000; Trageser, M: Detoxifizierung mit UV-aktivierter Oxidation, Kaff 6-2000, Seite 54/55.

Der nicht-invasiven Beatmung kommt eine immer weiter steigende Bedeutung zu. Nicht invasive Beatmung wird in großem Umfang bei der Therapie schlafbezogener Atmungsstörung mit CPAP-Geräten (CPAP: continuous positive airway pressure) eingesetzt. Die CPAP-Therapie wird in Chest. Vol. 110, Seiten 1077 bis 1088, Oktober 1996 und Sleep, Vol. No. 19, Seiten 184 bis 188 näher beschrieben.

In der CPAP-Therapie wird einem Patienten ein konstanter positiver Druck über eine Nasenmaske appliziert. Bei richtiger Wahl des Überdrucks gewährleistet dieser, dass die oberen Atemwege während der gesamten Nacht vollständig geöffnet bleiben und somit keine obstruktiven Atemstörungen auftreten. Der erforderliche Druck hängt unter anderem von dem Schlafstadium und der Körperposition des Schlafenden ab. Aus der DE 198 49 571 A1 ist ein Therapiegerät (AutoCPAP) bekannt, das den Beatmungsdruck automatisch einstellt und damit an das Schlafstadium und die Körpersituation anpasst.

Ein großes Problem besteht in der Austrocknung der Nasenschleimhäute, die neben der unangenehmen Nasenreizung auch eine effektive Therapie verhindert. In der Regel werden gegen diese Nebenwirkung zusätzliche Luftbefeuchter verschrieben.

Aufgrund der hohen Luftfeuchte der von den Patienten ausgeatmeten Luft, einer Rückdiffusion der ausgeatmeten Luft durch den Beatmungsschlauch und der verglichen mit der Temperatur der ausgeatmeten Luft geringeren Temperatur im Kompressor kommt es zu einer Kondensation von Wasser im Gehäuse des Kompressors. In Verbindung mit Feinststaub bildet sich besonders in Ritzen und Poren von Schallschutzschäumen ein Nährboden für Mikroorganismen. Aus der Umgebung und vom Patienten selbst können Keime an solche Brutstätten gelangen. Mit der Luft gelangen von dort aus Infektionen sowohl auf den nächsten Patienten als auch in die Umgebung, was besonders beim wechselnden Einsatz der Geräte in Kliniken problematisch ist. Die regelmäßige Desinfektion dieser Geräte ist nur mit Gasen möglich, weil die in den Geräten eingebaute Elektronik die für eine Desinfektion notwendigen Temperaturen nicht übersteht. Aufgrund der zahlreichen schlecht zugänglichen Hohlräume im Gerät ist eine lange Eindringzeit der Gase und eine ebenso lange Spüldauer im Anschluss an die Desinfektion zu gewährleisten.

Abgesehen von der CPAP-Therapie finden Beatmungsgeräte als Respiratoren im Bereich der Intensivmedizin Anwendung. Im Bereich Neonatalogie wird die Luftzufuhr für Inkubatoren durch Beatmungsgeräte geregelt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Desinfektion von Atemluft, ein Luftdesinfektionsmodul sowie Blitzlampen für eine effektive Desinfektion im medizinischen Bereich inclusive dem Homecare-Bereich anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 9 und 19 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorteilhaft an einer Desinfektion der Luft zwischen Patient und Beatmungsgerät ist, dass das entsprechende Beatmungsgerät (CPAP-Therapiegerät oder Respirator) weniger häufig desinfiziert werden muss.

Vorteilhaft am Einwirken von elektromagnetischer Strahlung an einer verengten Stelle ist, dass bei gleicher Leistung die Strahlungsdichte zunimmt und dadurch eine effektive Zerstörung von Bakterien und Keimen gewährleistet ist. Vorteilhaft am Einsatz von Mikrowellen ist, dass Mikrowellenstrahlung von Wasser effektiv absorbiert wird und so wasserhaltige Zellen sehr effektiv thermisch zerstört werden. Darüber hinaus werden Mikrowellengeneratoren in großen Stückzahlen für Mikrowellenherde hergestellt, so dass sie preiswert verfügbar sind. Vorteilhaft an der Verwendung von UV-Strahlen ist die Abtötung von wasserarmen Keimen, also insbesondere von Sporen von Pilzen.

Vorteilhaft an einer gepulsten Arbeitsweise ist, dass während des Pulses die Energiedichte der elektromagnetischen Strahlung höher ist als wenn die elektromagnetische Strahlung kontinuierlich einwirken würde.

Vorteilhaft an der Verwendung mehrerer Desinfektionsstufen ist eine zuverlässigere Desinfektion und damit ein längerer Betrieb von Beatmungsgeräten ohne Reinigung, insbesondere Gasdesinfektion.

Vorteilhaft können das erfindungsgemäße Verfahren sowie das Luftdesinfektionsmodul bei Patienten mit einem geschwächten Immunsystem, wie beispielsweise Krebskranken, die einer Chemotherapie unterzogen werden, eingesetzt werden. Damit wird das Infektionsrisiko im heimischen Umfeld reduziert.

Vorteilhaft an der Verwendung einer Blitzlampe ist, dass das Blitzlicht eine hohe Energiedichte aufweist.

Vorteilhaft an der ringförmigen Ausführung von Blitzlampen ist die hohe Energiedichte im Inneren des Rings, also nahe der Symmetrieachse.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Beatmungsgerät mit Luftbefeuchter und Luftdesinfektionsmodul,

Fig. 2 eine hohlzylinderförmige Blitzlampe, und

Fig. 3 eine ringförmige Blitzlampe, wobei die Außen- und Innenflächen kugelförmig sind.

Fig. 1 zeigt einen Kompressor 1, dessen Turbine 2 in den Beatmungsschläuchen 8 und der Beatmungsmaske 12 einen leichten Überdruck von bis zu 30 mbar über dem Umgebungsdruck erzeugt. Die Drehzahl der Turbine 2 kann über Regler 3 gesteuert werden, so dass mittelbar auch der Überdruck über den Regler 3 gesteuert wird. Nach dem Kompressor wird die komprimierte Luft vorzugsweise durch einen Luftbefeuchter 4 geleitet. Dabei streicht die Luft an der Oberfläche eines Wasserreservoirs 5 vorbei. Vorzugsweise wird das Wasserreservoir durch eine Heizplatte geheizt, deren Temperatur durch den Temperaturregler 7 gesteuert werden kann. In Fig. 1 ist anstelle der Heizplatte eine Heizwendel dargestellt.

Nach dem Luftbefeuchter wird die Atemluft durch einen Hohlleiter 9 geleitet, bevor sie der Gesichtsmaske 12 zugeführt wird. Von dem in Fig. 1 offen gezeichneten Ende des Hohlleiters werden Mikrowellen in den Hohlleiter eingekoppelt. Das andere Ende des Hohlleiters ist geschlossen, um im Hohlleiter stehende Mikrowellen mit einer hohen Energiedichte auszubilden. Die Anschlüsse des Hohlleiters 9 an die Beatmungsschläuche 8 werden durch metallische Gitter abgedeckt, so dass diese Anschlüsse für Mikrowellenstrahlung geschlossen, aber luftdurchlässig sind.

Im Hohlleiter ist eine Blitzlampe 10 angeordnet. Eine Blitzlampe hat typischerweise drei Elektroden, nämlich eine Kathode, an der beispielhaft in der Zeichnung 0 Volt angelegt sind, eine Anode, an die wie in Fig. 1 dargestellt 400 V angelegt sind, sowie eine Zündelektrode. Die Blitzlampe blitzt, wenn an der Zündelektrode eine hohe Spannung von mehreren tausend Volt (Fig. 1: 6000 V) angelegt wird. Durch eine geeignete Wahl des Leuchtgases in der Blitzlampe wird erreicht, dass der UV-Anteil am Blitzlicht hoch ist.

Die Innenwand des Hohlleiters 9 ist verspiegelt, um eine möglichst hohe Wirkung des Blitzlichtes zu erzielen. Eine Verspiegelung des Hohlleiters auf der Innenseite kann leicht erreicht werden, da praktisch alle reinen Metalloberflächen aufgrund ihrer hohen Leitfähigkeit elektromagnetische Strahlung inklusive sichtbarem Licht gut reflektieren. Verhindert werden muss allerdings eine Oxidation des Hohlleiters auf der Innenseite, was durch Vergoldung geschehen kann. Der Hohlleiter 9 ist vorzugsweise an seinem in Fig. 1 offen gezeichneten Ende durch Kunststoff luftdicht verschlossen. Auf diese Art und Weise kann die Atemluft den Mikrowellengenerator nicht verunreinigen. Andererseits ist Kunststoff nicht leitend, so dass er für Mikrowellen fast vollständig durchlässig ist.

Wegen der Deutlichkeit der Darstellung wurde in Fig. 1 der Hohlleiter größer als die Beatmungsschläuche 8 gezeichnet. In der Realität soll aber insbesondere die zwischen Hohlleiter und Blitzlampe verbleibende Fläche kleiner als die Querschnittsfläche der Beatmungsschläuche 8 sein.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform kombiniert in vorteilhafter Weise die Wirkungen von Mikrowellen mit der Wirkung von UV-Licht.

Um die Keimabtötung noch zuverlässiger zu machen, können in einer anderen besonderen bevorzugten Ausführungsform zwei Desinfektionsstufen mit Blitzlampen und/oder Hohlleitern für Mikrowellen vorgesehen sein.

Die Blitzlampe kann durch Halbleiterlaser ersetzt oder ergänzt werden, um die keimabtötende Wirkung von infrarotem Licht hoher Energiedichte zu nutzen.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden der Luftbefeuchter 4, der Hohlleiter 9, die Blitzlampe 10 sowie ein Mikrowellengenerator in einem Gehäuse untergebracht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden in diesem Gehäuse auch noch die Baugruppen des Kompressors 1 untergebracht.

Nachdem die Atemluft den Hohlleiter verlassen hat, wird sie teilweise der Beatmungsmaske 12 zugeführt. Ein Teil der Atemluft verlässt den Beatmungsschlauch durch die Ausatmungsöffnung 11. Wenn der Patient einatmet, verlässt nur ein kleiner Teil der Atemluft den Beatmungsschlauch über die Ausatmungsöffnung 11. Beim Ausatmen verlässt vor allem die ausgeatmete Luft den Beatmungsschlauch über die Ausatmungsöffnung 11. Ein Teil der ausgeatmeten Luft diffundiert aber auch in den Beatmungsschlauch 8 zurück.

Anstelle des in Fig. 1 schematisch dargestellten Geräts zur CPAP-Therapie kann die Erfindung auch bei Respiratoren eingesetzt werden. Dazu wird die Ausatmungsöffnung 11 durch einen Expirationsschlauch mit einem Ventil verbunden, über das das Ausatmen des Patienten gesteuert wird. Ein weiteres Ventil ist in einem der Beatmungsschläuche 8 angeordnet, um das Einatmen des Patienten zu steuern. Bei einem Respirator wird vorzugsweise auch im Expirationsschlauch ein Luftdesinfektionsmodul bestehend aus einem Hohlleiter, einer Blitzlampe und/oder Halbleiterlasern angeordnet.

Alle in Fig. 1 dargestellten Geräte werden mit einem abwischbaren, weitgehend geschlossenen Gehäuse geliefert. Offen sind lediglich die Anschlüsse für Beatmungsschläuche. Der Luftkanal im Luftbefeuchter 4 und der Hohlleiter mit angeschlossenem Mikrowellengenerator sind - von den Öffnungen für die Beatmungsschläuche abgesehen - luftdicht ausgeführt, so dass die Geräte auch bei leichten Über- und Unterdrücken betrieben werden können und Luftlecks ausgeschlossen sind.

Bei der Integration von Luftbefeuchter 4, Hohlleiter 9 und Blitzlampe 10 in einem Gerät, kann die Mikrowellenstrahlung und auch die Strahlung der Blitzlampe dazu verwendet werden, das Wasserreservoir 5 des Luftbefeuchters 4 zu erwärmen.

Um die von Blitzlampen erzeugte Energiedichte und damit ihre keimabtötende Wirkung zu erhöhen, werden ringförmige Blitzlampen nach Fig. 2 oder 3 verwendet. Dabei fließt die zu desinfizierende Luft mitten durch die Blitzlampe. Die Luft wird durch in Fig. 2 und 3 gestrichelt gezeichnete Schläuche zur Blitzlampe hin- und von der Blitzlampe weggeführt. Das Leuchtgas 21, die Anoden 24 sowie die Kathoden 25 befinden sich in einem vorzugsweise aus Glas hergestellten, weitgehend rotationssymmetrischen, ringförmigen Körper. Die Zündelektroden 26 befinden sich auf der äußeren Mantelfläche der Blitzlampe. Sie wirken als Spiegel und steigern durch ihre spiegelnde Wirkung die Energiedichte im Inneren der Blitzlampe weiter. Wie oben erwähnt, glänzen praktisch alle reinen Metalloberflächen, so dass sich eine gute Leitfähigkeit und spiegelnde Wirkung gegenseitig begünstigen. Vorzugsweise wird bei den Blitzlampen die Außenelektrode aus Aluminium hergestellt. Die nach innen weisende Seite der Aluminiumschicht wird durch den Glaskörper der Blitzlampe vor Oxidation geschützt. Die kegelförmigen Flächen der in Fig. 3 dargestellten Blitzlampe können geschwärzt sein. Die erforderlichen Spannungen sind in Fig. 2 und 3 nur beispielhaft und identisch zu Fig. 1 angegeben.

Bezugszeichenliste

1

Kompressor

2

Turbine

3

Regler

4

Luftbefeuchtermodul

5

Wasserreservoir

6

Heizwendel

7

Temperaturregler

8

Beatmungsschläuche

9

Hohlleiter

10

Blitzlampe

11

Ausatmungsöffnung

12

Beatmungsmaske

13

Patient

14

Metallgitter

20

ringförmige Blitzlampe

21

Leuchtgas

22

spiegelnde Hochspannungselektrode

23

zu desinfizierendes Gas

24

Kathode

25

Anode

26

Zündelektrode

Claims

1. Verfahren zur Desinfektion von Frischluft bei Beatmungsgeräten mit den Schritten:
Fördern von Frischluft durch einen Schlauch (8) unter leichtem Überdruck zu einer Beatmungsmaske (12);
dadurch gekennzeichnet, dass die Frischluft in einem Teil des Förderweges starker elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderweg einen Abschnitt mit verengtem Querschnitt aufweist und die elektromagnetische Strahlung vor allem auf diesen verengten Abschnitt konzentriert wird.

3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung Mikrowellen Verwendung finden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung UV-Strahlung verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung pulsförmig ein- und ausgeschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung das Wasserreservoir (5) eines Luftbefeuchters (4) erwärmt.

7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Teil einer CPAP-Therapie ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeatmete Luft durch einen Expirationsschlauch abgeführt wird und die ausgeatmete Luft im Expirationsschlauch ebenfalls elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird.

9. Luftdesinfektionsmodul mit:
einem Eingangsanschluss zum Zuführen von Luft;
einem Ausgangsanschluss zum Abführen der Luft;
dadurch gekennzeichnet, dass die Luft zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss starker elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird.

10. Luftdesinfektionsmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss eine Verengung vorgesehen ist, deren lichter Querschnitt kleiner als der eines Beatmungsschlauchs ist und die einzuatmende Luft an dieser Verengung der starken elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird.

11. Luftdesinfektionsmodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung Mikrowellen verwendet werden.

12. Luftdesinfektionsmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Strahlung UV-Strahlung verwendet wird.

13. Luftdesinfektionsmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung impulsförmig ein- und ausgeschaltet wird.

14. Luftdesinfektionsmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Eingangsanschluss ein Luftbefeuchtermodul (4) angeschlossen ist, wobei das Luftdesinfektionsmodul und das Luftbefeuchtermodul in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind und die elektromagnetische Strahlung das Wasserreservoir (5) des Luftbefeuchtermoduls (4) erwärmt.

15. Luftdesinfektionsmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung durch eine Blitzlampe (10) oder Laserdioden erzeugt wird.

16. Luftdesinfektionsmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es an ein Gerät zur Durchführung der CPAP-Therapie angeschlossen ist.

17. Beatmungssystem mit mehreren Luftdesinfektionsmodulen nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Luft die Luftdesinfektionsmodule nacheinander durchläuft.

18. Beatmungssystem mit einem Luftdesinfektionsmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeatmete Luft durch einen Expirationsschlauch abgeleitet wird und die ausgeatmete Luft durch das Luftdesinfektionsmodul geleitet wird.

19. Blitzlampe, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtgas in einem ringförmigen durchsichtigen Behälter eingeschlossen ist und sich im Leuchtgas ebenfalls eine ringförmige Kathode sowie eine ringförmige Anode befindet und außen am ringförmigen Behälter eine Zündelektrode angeordnet ist, so dass der ringförmige Behälter, Kathode, Anode sowie Zündelektrode von den Kontakten an den Elektroden abgesehen, im Wesentlichen rotationssymmetrisch sind.

20. Blitzlampe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündelektrode gleichzeitig als Spiegel wirkt.

21. Blitzlampe nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Behälter im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders hat (Fig. 2).

22. Blitzlampe nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des ringförmigen Behälters einen Teil der Oberfläche einer großen Kugel bildet und der innere Teil des ringförmigen Körpers einen Teil der Oberfläche einer kleinen Kugel bildet (Fig. 3).