DE10123079A1

DE10123079A1 - Sauerstoffkonzentrationsmessung

Info

Publication number: DE10123079A1
Application number: DE2001123079
Authority: DE
Inventors: Hans Matthiessen
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draeger Medical GmbH
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration in einem Gasstrom, insbesondere einem Atemgasstrom eines Patienten, der durch einen Kanal (12) geleitet wird. DOLLAR A Dabei wird die durch den Sauerstoff im Gasstrom hervorgerufene Minderung der Strahlung von zuvor angeregten Lumineszenzfarbstoffpartikeln in einer Folieneinheit (3) von einem Detektor (9) gemessen. Die Partikel werden zuvor durch die Lichtstrahlung einer Lichtquelle (8) angeregt. Problem bei dieser Art der Sauerstoffkonzentrationsmessung ist, dass ein Austreten der zumeist giftigen Lumineszenzfarbstoffpartikel aus der Folieneinheit (3) zuverlässig verhindert werden muss. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird das Problem gelöst, indem als Folieneinheit (3) eine Folienmatrix verwendet wird, die Teflon AF·R· enthält oder eine Matrix, die durch eine Folienmembran abgedeckt wird, die Teflon AF·R· enthält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration in einem Gasstrom, insbesondere einem Atemgasstrom eines Patienten, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Für die Messung der Sauerstoffkonzentration im Atemgasstrom eines Patienten benötigt man für eine atemzugsaufgelöste Messung Vorrichtungen mit geringer Ansprechzeit von weniger als 20 Millisekunden. Insbesondere bei Früh- und Neugeborenen ist aufgrund der geringen Atemvolumina die Messung im Atemgasstrom selbst vorzunehmen, da eine Messung in einem abgesaugten Nebenstrom zu stark verfälschten Ergebnissen führt.

Bekannt ist die Messung der Sauerstoffkonzentration im Atemgasstrom mit Hilfe der Luminiszenzlöschung, die die Anforderung an geringe Ansprechzeiten erfüllt. Hierbei wird ein geeigneter Luminiszenzfarbstoff, wie etwa ein Ruthenium- Komplex (Ru (4,7)-(Ph₂phen)₃ ²⁺) oder eine Palladium-Gruppe (PdOEPK), mit Licht bestrahlt, dessen Spektrum sich überlappt mit dem Absorptionsspektrum des betreffenden Luminiszenzfarbstoffs. Anschließend kehren die angeregten Farb stoffmoleküle wieder in ihren Grundzustand zurück, wobei sie Strahlung abgeben. Dieser Vorgang wird als Luminiszenzeffekt bezeichnet. Die Wechselwirkung der Farbstoffmoleküle mit den Sauerstoffmolekülen des Atemgasstroms vermindert den Luminiszenzeffekt in Abhängigkeit von der vorliegenden Sauerstoffkonzentration. Die Stärke des Luminiszenzeffekts nimmt dabei mit zunehmender Sauerstoffkonzentration ab. Da die Luminiszenzfarbstoffe in der Regel stark giftig oder karzinogen sind, dürfen Partikel der Luminiszenzfarbstoffe weder durch den Atemgasstrom zum Patienten noch in die Umgebung gelangen.

Eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration, die sich den Luminizenzeffekt zunutze macht, wird in der DE 197 47 187 A1 beschrieben. Die Farbstoffmoleküle werden an der Oberfläche, das heißt an der Grenzschicht zwischen Gas und Festkörper, eines porösen Materials gebunden, das eine offene Porenstruktur und eine große Oberflächendichte der Poren hat. Durch das poröse Material wird einerseits der Sauerstoffzutritt gewährleistet, andererseits liegen die Luminiszenzfarbstoffe offen an der Materialoberfläche, so dass sich Farbstoffpartikel ablösen können. Dies bedeutet eine Gefahr, wenn mit der Vorrichtung Messungen im Atemgasstrom eines Patienten vorgenommen werden und auf diese Weise giftige Partikel durch den Atemgasstrom zum Patienten gelangen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoff konzentration im Atemgasstrom eines Patienten anzugeben, die sich durch kurze Ansprechzeiten auszeichnet und das Austreten von Farbstoffpartikeln verhindert.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Vorrichtung zur optischen Messung der Sauerstoffkonzentration in einem Gasstrom, insbesondere einem Atemgasstrom eines Patienten, umfasst einen Kanal, durch den der Gasstrom geleitet wird. Außerhalb des Kanals sind eine Lichtquelle zum Aussenden von Lichtstrahlung und ein Detektor zum Empfang von Lichtstrahlung angeordnet. Der Detektor ist beispielsweise eine Photodiode. Der Kanal weist ein Fenster auf, das durchlässig ist für Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle in den Kanal treten und für Lichtstrahlen, die aus dem Kanal auf den Detektor treffen. Im Kanal ist auf der gegenüberliegenden Seite des Fensters eine Folieneinheit angeordnet, die Partikel eines Luminiszenzfarbstoffs enthält, die durch Lichtstrahlen der Lichtquelle angeregt werden und anschließend ihrerseits Lichtstrahlen abgeben, die vom Detektor empfangen werden. Eine Auswerte- und Steuereinheit dient der Steuerung der Aussendung von Lichtstrahlen der Licht quelle und der Auswertung der vom Detektor empfangenen Lichtstrahlen.

Die Folieneinheit ist so beschaffen, dass die darin enthaltenen Partikel von Luminiszenzfarbstoffen nicht austreten können. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch zwei verschiedene Ausführungsformen, die jeweils Gebrauch von den vorteilhaften Eigenschaften eines amorphen Fluorpolymers, basierend auf 2,2-Bistrifluoromethyl-4,5-Difluoro-1,3-Dioxol, mit der Handelsbezeich nung Teflon AF® machen. Dieses Fluorpolymer wird entweder als reines Polymer oder als Bestandteil mit anderen Polymeren in einem Copolymer verwendet. In einer ersten Ausführungsform wird eine Folienmatrix verwendet, die Partikel der Luminiszenzfarbstoffe und Teflon AF® enthält. In einer zweiten Ausführungs form wird eine Matrix verwendet, die Partikel der Luminiszenzfarbstoffe enthält und von einer Folienmembran abgedeckt wird, die Teflon AF® enthält. Als vorteilhaft bei Teflon AF® gegenüber anderen Materialien erweist sich, dass die Permeabilität gegenüber Sauerstoff sehr groß ist, etwa 200 Mal größer als bei spielsweise bei Teflon, gleichzeitig wird aber das Austreten von Partikeln der Luminiszenzfarbstoffe wirkungsvoll verhindert. Teflon AF® ist darüber hinaus transparent für Lichtstrahlung im sichtbaren Bereich bis hin zum Infrarotbereich. So lassen sich Luminiszenzeffekte, das heißt die Anregung und Auslöschung von Lichtstrahlung, deutlich erkennen. Teflon AF® besitzt als Polymer eine hohe mechanische Zähigkeit, wodurch es für die Verarbeitung als Folienmembran gut geeignet ist.

Die chemische Inertheit gewährleistet lange Standzeiten auch in korrosiver Atmosphäre. Zudem ist Teflon AF® auch als Lösung erhältlich, so dass es als Folienmembran für die Matrix wie ein Lack aufgetragen werden kann.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figurenbeispiele erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoff konzentration im Querschnitt mit Blickrichtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Atemgas stroms,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Folieneinheit aus Fig. 1 als Folienmatrix,

Fig. 3 eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Folieneinheit aus Fig. 1 als Matrix mit Folien membran.

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Querschnitt mit Blickrichtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Atemgas stroms dargestellt. Die Strömungsrichtung ist durch horizontal verlaufende, nach rechts weisende Pfeile dargestellt. Der zu messende Atemgasstrom strömt durch einen Kanal 12. Der Kanal 12 weist in einem Abschnitt seiner oberen Wand ein lichtdurchlässiges Fenster 7 auf, in einem gegenüberliegenden Abschnitt seiner unteren Wand befindet sich eine Folieneinheit 3, die Partikel eines Luminiszenz farbstoffes, wie etwa ein Ruthenium-Komplex (Ru (4,7)-(Ph₂phen)₃ ²⁺) oder eine Palladium-Gruppe (PdOEPK), und ein amorphes Fluorpolymer, basierend auf 2,2- Bistrifluoromethyl-4,5-Difluoro-1,3-Dioxol, enthält. Die Folieneinheit 3 ist in einer in dem Kanal 12 integrierten Folienhalterung 1 angeordnet. Die Lichtstrahlung einer außerhalb des Kanals 12 angeordneten Lichtquelle 8 tritt im Wesentlichen senkrecht durch das Fenster 7 in den Kanal 12 und trifft nach Durchlaufen des darin befindlichen strömenden Atemgases auf die Folieneinheit 3. Wenn die Partikel des Luminiszenzfarbstoffs durch die Lichtstrahlung der Lichtquelle 8 angeregt werden, geben sie ihrerseits Strahlung ab, die durch das im Inneren des Kanals 12 befindliche Atemgas tritt und durch das Fenster 7 auf einen außerhalb des Kanals 12 angeordneten Detektor 9 trifft. Die Lichtquelle 8 und der Detektor 9 sind mit einer Auswerte- und Steuereinheit 10 verbunden, die die von der Lichtquelle 8 ausgesendete Lichtstrahlung steuert und die vom Detektor 9 empfangene Lichtstrahlung auswertet. Darüber hinaus ist die Auswerte- und Steuereinheit 10 mit einer Anzeigeeinheit 11 verbunden, die Daten zur Steuerung und Auswertung der Lichtstrahlung anzeigt.

Die Fig. 2 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der in der Folienhalterung 1 angeordneten Folieneinheit 3 aus Fig. 1 dar. Die Folieneinheit 3 ist als Folien matrix ausgebildet, die als Bestandteile sowohl Partikel des Luminiszenzfarbstoffs als auch ein amorphes Fluorpolymer umfasst.

Die Fig. 3 stellt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der in der Folien halterung 1 angeordneten Folieneinheit 3 aus Fig. 1 dar. Die Folieneinheit 3 besteht aus einer Matrix 3b, die als Bestandteile Partikel 2 des Luminiszenz farbstoffs umfasst, und einer Folienmembran 3a, die als Bestandteil ein amorphes Fluorpolymer umfasst.

Claims

1. Vorrichtung zur optischen Messung der Sauerstoffkonzentration in einem Gasstrom, umfassend einen Kanal (12), durch den der Gasstrom geleitet wird, eine Lichtquelle (8), deren Lichtstrahlung durch den Gasstrom im Kanal (12) auf eine Folieneinheit (3), die Luminiszenzfarbstoffe enthält, geleitet wird, einen Detektor (9), der von den Luminiszenzfarbstoffen der Folieneinheit (3) ausgesendete Lichtstrahlung empfängt, und
eine Auswerte- und Steuereinheit (10), die die von der Lichtquelle (8) ausge sendete Lichtstrahlung steuert und die vom Detektor (9) empfangene Licht strahlung auswertet,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Folieneinheit (3) zusätzlich ein amorphes Fluorpolymer, basierend auf 2,2- Bistrifluoromethyl-4,5-Difluoro-1,3-Dioxol, als reines Polymer oder als Bestandteil mit anderen Polymeren in einem Copolymer umfasst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien einheit (3) als Folienmatrix ausgebildet ist, die sowohl die Luminiszenz farbstoffe als auch das amorphe Fluorpolymer umfasst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien einheit (3) aus einer Matrix (3b) und einer Folienmembran (3a) besteht, die die Matrix (3b) zum Inneren des Kanals (12) hin abdeckt, wobei die Matrix (3b) die Luminiszenzfarbstoffe und die Folienmembran (3a) das amorphe Fluor polymer umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur optischen Messung der Sauerstoffkonzentration in einem Atemgasstrom.