DE102005062185B3

DE102005062185B3 - Beatmungsvorrichtung mit aktiver Entfeuchtung

Info

Publication number: DE102005062185B3
Application number: DE102005062185A
Authority: DE
Inventors: Klaus Radomski; Henning Gerder
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-24
Also published as: US8919343B2; US20070157929A1; FR2895266B1; FR2895266A1

Abstract

Eine Beatmungsvorrichtung mit aktiver Entfeuchtung des Atemgases ist gekennzeichnet durch einen Atemgaskühler in Form eines Peltierelementes (16), dessen warme Seite im Einatemzweig (4, 7) und die kalte Seite (18) im Ausatemzweig (5, 12) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beatmungsvorrichtung mit einem Einatemzweig und einem Ausatemzweig.
Es gibt vielfältige Möglichkeiten, Atemluft zu temperieren und anzufeuchten. Ziel ist es dabei, dem Patienten feuchte und vorgewärmte Luft zuzuführen. Das Problem bei der Atemgasanfeuchtung ist, die zugeführte Feuchte an die Strömungsgeschwindigkeit und an den Gasfluss anzupassen. Diese Anpassung ist notwendig, um einerseits eine Überhitzung des Atemgases zu vermeiden und andererseits eine Bildung von Kondenswasser weitgehend zu verhindern. Es sind Atemgasanfeuchter bekannt, bei denen Wasser in einem Wasserreservoir erwärmt und dem strömenden Atemgas in Form von Wasserdampf zugeführt wird.

Für die Entfeuchtung und die Abführung von Kondenswasser werden Wasserfallen oder auch Trocknungsmittel eingesetzt, die passiv am Gerät das Kondenswasser sammeln. Allerdings lässt sich nicht vermeiden, dass es trotzdem zu einer Kondenswasserbildung innerhalb des Atemsystems kommt. Um Kondenswasserbildung innerhalb des Atemsystems zu reduzieren, sind Heizfolien bekannt, mit denen man das Atemsystem großflächig erwärmen kann. Bei einem geschlossenen Atemkreislauf in der Anästhesie kommt erschwerend hinzu, dass durch die Absorption von Kohlendioxid im Kohlendioxidabsorber zusätzlich Feuchte entsteht, die aus dem System entfernt werden muss. Zur Reduzierung der Atemgasfeuchte sind Filtersysteme bekannt, die in Form eines Wärmetauschers das Einatemgas anwärmen und dem Ausatemgas Feuchte entziehen. Beim nächsten Einatemhub wird dem Einatemgas die in dem Filter gespeicherte Atemgasfeuchte wieder zugeführt. Ein derartiges Filter ist aus der EP 533 644 A2 bekannt. Nachteilig bei dem bekannten Filter ist, dass nur eine begrenzte Menge von Feuchtigkeit gespeichert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung anzugeben, bei der sich die Atemgasfeuchte in für den Patienten günstigen Grenzen hält, ohne dass es zu einer unkontrollierten Kondenswasserbildung kommt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist ein Atemgaskühler vorgesehen, der das Atemgas im Exspirationszweig um einige Grad herunterkühlt, um den Taupunkt an dieser Stelle kontrolliert abzusenken und eine Kondenswasserbildung hervorzurufen. Das auskondensierte Wasser kann dort aufgefangen und zum Beispiel mittels einer Wasserfalle aus dem Beatmungskreislauf entfernt werden.

In vorteilhafter Weise wird als Atemgaskühler ein Peltierelement verwendet. Dabei wird das exspiratorische Atemgas aktiv mittels der kalten Seite des Peltierelementes gekühlt, während die warme Seite des Peltierelementes im Inspirationszweig angeordnet ist und das Inspirationsgas erwärmt.

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, im Ausatemzweig ein zusätzliches Peltierelement anzuordnen, dessen kalte Seite dem Ausatemgasstrom ausgesetzt ist, während die warme Seite von einem drehzahlgesteuerten Gebläse gekühlt wird. Die Drehzahlregelung des Gebläses und die Leistungszufuhr an das zusätzliche Peltierelement kann dabei vom Beatmungsmuster der Beatmungsvorrichtung abgeleitet werden oder sie wird vom Anwender manuell so variiert, dass der gewünschte Grad der Entfeuchtung erreicht wird. Zweckmäßig ist es dabei, die warme Seite des zusätzlichen Peltierelementes in einem von Kühlluft durchströmten Kanal anzuordnen.

Es sind vielfältige Möglichkeiten denkbar, die elektrische Leistung des Peltier elementes zu variieren. So kann mit beispielsweise die dem Peltierelement zugeführte elektrische Leistung während der Startphase einer Anästhesie niedrig halten, da der Atemgasstrom dann noch relativ trocken ist. In diesem Fall ist eine geringe Kühlung des Ausatemgasstromes ausreichend, um die Feuchtigkeit zu eliminieren. Besonders vorteilhaft ist es, während der Betriebsphase die Zufuhr der elektrischen Leistung zum Peltierelement proportional zum Atemgasfluss zu steuern. Dadurch lässt sich eine besonders effektive Entfeuchtung des Ausatemgases erreichen.

Als Alternative zur vorproportionalen Steuerung der Leistungszufuhr zum Peltierelement kann auch von Hand an einem Stellglied eine mittlere Leistung eingestellt werden, die für den stationären Betrieb geeignet ist. Während der Einleitungs- oder Ausleitungsphase der Anästhesie kann die Leistungseinstellung vom Anwender individuell angepasst werden. In zweckmäßiger Weise wird der Atemgasfühler unmittelbar mit einem Atemschlauchsystem verbunden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Atemgasfühler in ein Atemsystem zu integrieren, so dass der Anwender keine Zusatzkomponenten außerhalb des Atemsystems hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Atemgaskreissystem mit einem Peltierelement als Atemgaskühler,
2 eine alternative Ausführungsform mit zwei V-förmig zueinander angeordneten Peltierelementen,
3 eine alternative Ausführungsform eines Atemgaskühlers zur 2, mit einem von Kühlluft durchströmten Kanal,
4 eine erste Kühlvorrichtung mit einer Atemgas-Temperiereinheit für das Peltierelement,
5 eine alternative Ausführung der ersten Kühlvorrichtung nach der 4 mit Ansteuerung der Leistung von einer Beatmungsvorrichtung aus,
6 eine zweite Kühlvorrichtung mit einem zusätzlichen Peltierelement,
7 die Kühlvorrichtung nach der 6 mit Ansteuerung von einer Beatmungsvorrichtung aus.
8 eine alternative Ausführung zur 1 mit einem vom Atemgaskreissystem getrennten Atemgaskühler
1 veranschaulicht schematisch eine Beatmungsvorrichtung 1 für einen Patienten 2, bei der ein Atemsystem 3 mit Kreislauf der Atemluft über einen Einatemschlauch 4, einen Ausatemschlauch 5 und ein Y-Stück 6 mit dem Patienten 2 verbunden sind.
In einer Einatemleitung 7 des Atemsystems 3 befinden sich ein Beatmungs balg 8, ein Kohlendioxidabsorber 9, ein Gebläse 10, ein Einatemventil 11 und eine mit der Einatemleitung 7 verbundene Ausatemleitung 12, ein Überschussgas-Auslassventil 13, ein Peep-Ventil 14 und ein Ausatemventil 15. Die Einatemleitung 7 und die Ausatemleitung 12 sind thermisch über ein Peltier-Element 16 aneinandergekoppelt. Hierbei ist die warme Seite 17 des Peltierelementes 16 in der Einatemleitung 7 und die kalte Seite 18 in der Ausatemleitung 12 angeordnet. Durch das Peltierelement 16 wird das Atemgas in der Einatemleitung 7, das vom Gebläse 10 mit einer Temperatur von ca. 35° gefördert wird, auf etwas über 37° C erwärmt. In der Ausatemleitung 12 wird das vom Patienten 2 ausgeatmete Gas durch die kalte Seite 18 des Peltierelementes 16 auf ca. 35° C abgekühlt, wodurch Feuchtigkeit auskondensiert und über eine nicht näher dargestellte Wasserfalle abgeführt werden kann.
Das Peltierelement 16 hat eine Leistungsaufnahme von etwa 5 Watt, wobei die kalte Seite 18 eine Oberfläche von etwa 100 cm² hat und die Oberfläche der warmen Seite 17 etwas oberhalb dieses Wertes liegt.
In einer ersten alternativen Ausführungsform 20 eines Peltierfühlers entsprechend der 2 werden durch V-förmig angeordnete Peltierelemente 21, 22 zwei Einatemkanal-Abschnitte 23, 24 und ein Ausatemkanal 25 begrenzt. Die warmen Seiten 26, 27 der Peltierelemente 21, 22 sind dabei jeweils in den Einatemkanalabschnitten 23, 24 angeordnet, während die kalten Seiten 28, 29 der Peltierelemente 21, 22 den Ausatemkanal 25 begrenzen. Auskondensiertes Wasser wird über eine Kondenswasserauffangleitung 19 abgeleitet.
Eine in der 3 dargestellte zweite alternative Ausführungsform 30 unterscheidet sich von der ersten alternativen Ausführungsform 20 gemäß der 2 dadurch, dass der linke Einatemkanalabschnitt 23 als ein von Kühlluft durchströmter Kanal ausgebildet ist, bei welchem die warme Seite 26 des linken Peltierelementes 21 mit Kühlrippen 31 versehen ist. Ein Gebläse 32 fördert Kühlluft durch den Kanal 23 längs des Pfeils 33. Man erreicht auf diese Weise eine größere Kühlleistung des linken Peltierelementes 21 im Ausatemkanalabschnitt 25.
4 veranschaulicht schematisch den Aufbau einer ersten Kühlvorrichtung 40, bei der die warme Seite 42 eines Peltierelementes 41 im Einatemschlauch 4 und die kalte Seite 43 im Ausatemschlauch 5 angeordnet sind. Die Flussrichtung des Atemgases ist durch Pfeile 44, 45 veranschaulicht. Der Einatemschlauch 4 ist mit einer Heizwendel 46 als Schlauchheizung versehen, die über eine Steckkupplung 47 mit einer Atemgastemperatur-Regeleinheit 48 verbunden ist. Ein Atemgas-Temperatursensor 49 erfasst die Atemgastemperatur am Ende der Heizwendel 46. Über ein von der Atemgastemperatur-Regeleinheit 48 zur Steckkupplung 47 verlaufendes Anschlusskabel 50 wird die Heizwendel 46 mit elektrischer Energie versorgt. Der von dem Temperatursensor 49 erfasste Istwert der Atemgastemperatur gelangt über eine Signalleitung 51 zur Atemgastemperatur-Regeleinheit 48.
Ein erster Peltier-Temperatursensor 52 erfasst den Istwert der Temperatur der warmen Seite 42 des Peltierelementes 41. Eine erste Peltier-Steuereinheit 53, die den Messwert des Temperatursensors 52 empfängt, liefert über eine Versorgungsleitung 54 die elektrische Leistung für das Peltierelement 41. Über ein Stellelement 55 für die Heiz- beziehungsweise Kühlleistung des Peltierelementes 41 erhält die Peltiersteuereinheit 53 eine Vorgabe für die an das Peltierelement 41 zu liefernde elektrische Leistung. Der Temperatursensor 52 erfasst den Istwert der Temperatur der warmen Seite 42 des Peltierelementes 41 und die erste Peltiersteuereinheit 53 errechnet hieraus eine Sollwertvorgabe 56 für die Atemgastemperatur-Regeleinheit 48, damit am Ende der Heizwendel 46 eine Atemgastemperatur zwischen 37° C und 38° C erreicht wird. Die erste Peltiersteuereinheit 53 und die Atemgastemperatur-Regeleinheit 48 bilden zusammen eine erste Atemgas-Temperiereinheit 57.
Das Stellelement 55 ist als ein vom Benutzer bedienbares Potentiometer oder Tastenfeld ausgeführt. Das Stellelement kann auch, entsprechend der 5, in Form einer bidirektionalen Datenleitung 58 ausgeführt sein, die mit der Beatmungsvorrichtung 1 verbunden ist und von dieser entsprechende Vorgabewerte für die Ansteuerung des Peltierelementes 41 erhält. Die Datenleitung 58 ist hierzu mit einer Steuereinheit 59 der Beatmungsvorrichtung 1, 1, verbunden.
Eine in der 6 dargestellte, zweite Kühlvorrichtung 60 enthält gegenüber der ersten Kühlvorrichtung 40 nach der 4 ein zusätzliches Peltierelement 61, dessen kalte Seite 62 im Ausatemschlauch 5 und die warme Seite 63 in einem Strömungskanal 64 mit dem Gebläse 32 angeordnet ist. Die kalten Seiten 43, 62 der Peltierelemente 41, 61 kühlen zusammen das Atemgas im Ausatemschlauch 5. Durch das zusätzliche Peltierelement 61 ergibt sich eine stärkere Temperaturabsenkung im Ausatemschlauch 5. Ein zweiter Pettier-Temperatursensor 65, der die Temperatur der warmen Seite 63 des Peltierelementes 61 erfasst, ist mit einer zweiten Peltiersteuereinheit 66 verbunden, welche einen Vorgabewert 67 für einen das Gebläse 32 ansteuernden Drehzahlregler 68 liefert.
Die zweite Peltiersteuereinheit 66 und die Atemgastemperatur-Regeleinheit 48 bilden zusammen eine zweite Atemgas-Temperiereinheit 69. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugsziffern der 3 und 4 bezeichnet.
Die in der 7 veranschaulichte alternative zweite Kühlvorrichtung 601 unterscheidet sich von der zweiten Kühlvorrichtung 60 nach der 6 durch die mit der Steuereinheit 59 der Beatmungsvorrichtung 1 verbundene bidirektionale Datenleitung 58. Über die Datenleitung 58 erhält die zweite Pettier-Steuereinheit 66 Vorgabewerte zur Ansteuerung der Peltierelemente 41, 61.
8 zeigt eine alternative Kühlvorrichtung zur 1, bei der ein Atemgaskühler 100 mit dem Peltier-Element 16 separat vom Atemsystem 3 angeordnet ist. Der Atemgaskühler 100 ist als eine an das Atemschlauchsystem (4, 5) ankoppelbare Komponente ausgeführt.

Claims

Beatmungsvorrichtung mit einem Einatemzweig (4, 7), einem Ausatemzweig (5, 12) und einem Atemgaskühler (16, 22) im Ausatemzweig (5, 12).
Beatmungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Atemgaskühler als ein Peltierelement (16, 22, 41) ausgeführt ist.
Beatmungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die warme Seite (17, 27, 42) des Peltierelementes (16, 22, 41) im Einatemzweig (4, 7) positioniert ist.
Beatmungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausatemzweig (5, 12) als Atemgaskühler ein zusätzliches Peltierelement (21, 61) aufweist, dessen kalte Seite (28, 63) dem Ausatemgasstrom ausgesetzt ist.
Beatmungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die warme Seite (26, 63) des zusätzlichen Peltierelementes (21, 61) in einem von Kühlluft durchströmten Kanal (23) angeordnet ist.
Beatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Atemgaskühler (16, 22) Bestandteil eines an die Beatmungsvorrichtung ankoppelbaren Atemsystems (3) ist.
Beatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Atemgaskühler (16, 22) als eine an ein Atemschlauchsystem (4, 5) ankoppelbare Komponente (100) ausgeführt ist.
Beatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungszufuhr zum Peltierelement (16, 22, 41) atemflussgesteuert vorgenommen wird.
Beatmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltierelement (16, 22, 41) Ansteuerdaten von einer Steuereinheit (59) der Beatmungsvorrichtung erhält.