DE102008022761B4 - Vorrichtung zur Gewinnung und Untersuchung von Atemgasproben - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Gewinnung und Untersuchung von Atemgasproben mit
– einer Atemgasleitung (1) und mit einem Sensor (2) zur Erkennung der aktuellen Atemphasen,
– einer Probenahmeleitung (3) von der Atemgasleitung (1), wobei die Probenahmeleitung (3) über eine Probegasschleife (4) mit einer ersten Gasfördervorrichtung (44) verbunden ist,
– einer Messleitung (8) von der Probenahmeleitung (3) zu einem Sensorsystem (6) mit einer zweiten Gasfördervorrichtung (66) für die Untersuchung von Atemgasproben,
– einem Ventil (5) in der Probenahmeleitung (3) für die Steuerung des Atemgasprobeflusses aus bestimmten aktuellen Atemphasen in das Sensorsystem (6) und in die Probegassschleife (4) und mit
– einer Steuereinheit (7), welche zumindest mit dem Sensor (2) zur Erkennung der aktuellen Atemphasen, mit der ersten Gasfördervorrichtung (44) und mit dem Ventil (5) verbunden ist, so dass
– dem Sensorsystem (6) ein kontinuierlicher Volumenstrom von Atemgasproben aus den bestimmten aktuellen Atemphasen zuführbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung und Untersuchung von Atemgasproben.
  • Eine derartige Vorrichtung zur Entnahme von inspiratorischen und/oder exspiratorischen, das heißt bestimmten Atemgasproben, die zu einer bestimmten Atemphase gehören, aus dem Atemgas eines Patienten zur Untersuchung von in den Atemgasproben enthaltenen Substanzen geht aus der DE 196 19 763 A1 hervor, wobei hier durch ein Umschaltventil eine Anreicherung von bestimmten Atemgasproben aus der Inspirations- und/oder Exspirationsphase erfolgt, jedoch eine kontinuierliche Messung nur von bestimmten Atemgasproben aus zeitlich aufeinander folgenden Atemzügen nicht vorgesehen ist.
  • Die atemzugaufgelöste Untersuchung bzw. Konzentrationsbestimmung von Atemgasproben ermöglicht die Feststellung und Überwachung eines Patientenzustandes, zum Beispiel aufgrund der exspirierten Konzentrationen bzw. Mengen eines charakteristischen Wirkstoffs wie Propofol und/oder dessen Metaboliten oder von endogen gebildeten Stoffen wie zum Beispiel Aceton, die sich in der ausgeatmeten Luft wiederfinden lassen.
  • Bei der Untersuchung von Atemgasproben von Patienten, die maschinell beatmet werden oder nicht in der Lage sind, zu kooperieren, mit Sensoren oder anderen Messvorrichtungen müssen die Ansprechzeiten der verwendeten Messeinrichtungen auf die Atemfrequenz abgestimmt sein, um aussagekräftige Messungen während der Ein- und/oder Ausatemphase zu ermöglichen. Die Ansprechzeiten vieler Messsysteme werden diesen Anforderungen nach einer atemzugaufgelösten Konzentrationsbestimmung nicht gerecht, so dass diese Messsysteme nur eingeschränkt für die Atemgasanalyse eingesetzt werden können.
  • Für eine Interpretation von Messergebnissen von Atemgasproben ist eine exakte Zuordnung der ermittelten Messergebnisse zu definierten Atemphasen, wie zum Beispiel Inspiration, Exspiration, endtidal etc. sehr wichtig, weil sie Aufschluss darüber geben, woher die gemessenen Substanzen oder Metabolite kommen, zum Beispiel aus der Raumluft, aus den oberen Atemwegen oder aus den Alveolen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Gewinnung und kontinuierlichen Untersuchung und Überwachung von Atemgas aus bestimmten aktuellen Atemphasen für Messsysteme, deren Zeitauflösung für die Messung von Substanzen innerhalb einzelner Atemphasen nicht ausreicht.
  • Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1.
  • Mit der angegebenen Vorrichtung wird in vorteilhafter Weise das diskontinuierlich aus dem Hauptstrom entnommene Atemgasvolumen der Atemgasproben in den Nebenstrom in eine Probegasschleife gefördert. Im Nebenstrom kann mittels der angegebenen Anordnung der diskontinuierlich entnommene Probegasfluss in einen kontinuierlichen Probegasfluss überführt werden. Der kontinuierliche Probegasfluss wird für die Untersuchung bzw. Messung dem zugeordneten Sensorsystem zugeführt.
  • Die Unteransprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 1 an.
  • So ist es beispielsweise in vorteilhafter Weise möglich, die zu messenden Atemgasproben durch entsprechende Einrichtungen in der Probegasschleife zu konditionieren, speziell zu temperieren, in Bezug auf die Feuchte anzugleichen oder zu filtern.
  • So kann der Feuchtegehalt in einer Atemgasprobe durch einen Nafionschlauch verändert werden. In der Regel wird so der Wassergehalt der Atemgasprobe reduziert, um Kondensation in der Vorrichtung zu vermeiden. Eine Kondensation kann auch durch die Temperierung des gasführenden Systems auf ca. 40 Grad Celsius vermieden werden. Aus Hygienegründen kann am Einlass auch ein auswechselbarer Bakterienfilter vorgesehen sein.
  • Die Materialien bzw. die Vorrichtungselemente, die mit dem Atemgas bzw. mit der Atemgasprobe in Kontakt kommen, müssen möglichst inert sein, das heißt, sie dürfen keine Wechselwirkungen mit den zu untersuchenden Substanzen in den Atemgasproben eingehen, um eine mögliche Verfälschung von Messergebnissen zu vermeiden. Hierbei haben sich Schläuche aus Teflon oder PFA (Perfluoralkoxy-Polymere) bewährt.
  • Eine Durchmischung von Atemgasproben, die zu verschiedenen Zeitpunkten entnommen werden, und eine Durchmischung von Atemgasproben in der Probegasschleife mit Belüftungsgas, also in der Regel Raumluft, kann durch die bestimmte Wahl des Innendurchmessers des für die Probegassschleife verwendeten Schlauchmaterials minimiert werden. Es haben sich Schläuche mit einem Innendurchmesser im Bereich von etwa 1 bis 3 mm bewährt.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Gewinnung und Untersuchung von Atemgasproben mit Hilfe der Figur erläutert, die den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Gewinnung und Untersuchung von Atemgasproben zeigt:
    Ein mittels eines Beatmungsgerätes 11 maschinell beatmeter Patient ist mit einer Atemgasleitung 1 verbunden.
  • Mittels eines Sensors 2 in oder an der Atemgasleitung 1 wird zum Beispiel aufgrund des von der Atemphase des Patienten abhängigen CO2-Gehaltes, welcher beispielsweise infrarot bzw. allgemein sensorisch ermittelt wird, festgestellt, welches die gerade aktuelle Atemphase ist, also beispielsweise Exspiration bzw. endtidale Exspiration. Der Sensor 2 ist mit der Steuereinheit 7 verbunden.
  • Überschreitet die CO2-Konzentration in der Atemluft einen definierten Wert, wird das Ventil 5 von der Steuereinheit 7 geöffnet und endtidales Atemgas gelangt direkt zum Sensorsystem 6 als auch in die Probegasschleife 4, indem über die Steuereinheit 7 eine erste Gasfördervorrichtung 44 aktiviert wird, mit der Atemgas über das erste T-Stück 9 und das zweite T-Stück 10 nach Betätigung des Ventils 5 sowohl in das Sensorsystem 6 mit einer zweiten Gasfördervorrichtung 66 als auch in die Probegasschleife 4 gefördert wird.
  • In der Inspirationsphase ist das Ventil 5 bei Unterschreiten einer vordefinierten CO2-Konzentration im Atemgas geschlossen. Bei geschlossenem Ventil 5 gelangt nun endtidale Atemluft aus der Probegasschleife 4 über das zweite T-Stück 10 zum Sensorsystem 6. Die Probegasschleife 4 wird dabei von der ersten Gasfördervorrichtung 44 ausgehend belüftet. Dies kann beispielsweise durch ein zusätzliches Ventil am Ausgang der Probegasschleife 4 oder durch die Ausbildung der Gasfördervorrichtung 44 in Form einer Pumpe erfolgen, die bei Stillstand eine ausreichende Belüftung gewährleistet, beispielsweise in Form einer als Drehflügelpumpe ausgebildeten Gasfördervorrichtung 44.
  • Bei anderen Pumpen, beispielsweise Membranpumpen, die keine direkte Belüftung der Probegasschleife 4 zulassen, wird zwischen Gasfördervorrichtung 44 und Probegasschleife 4 ein entsprechendes Belüftungsventil vorgesehen. Dieses erlaubt eine Belüftung der Probegasschleife 4, wenn das Ventil 5 geschlossen ist.
  • Im praktischen Einsatz hatte die Probegasschleife 4 aus einem schlauchförmigen Kunststoff ein Volumen von 50 bis 400 ml.
  • Bei einer angenommenen Atemfrequenz von 12 Atemzügen pro Minute werden bei jedem Atemzug 7 bis 10 ml endtidales Atemgas über die Probenahmeleitung 3 entnommen, so dass Atemgas diskontinuierlich über das zweite T-Stück 10 zum Sensorsystem 6 und in die Probegasschleife 4 gelangt. Im Mittel werden 84 bis 120 ml pro Minute aus dem Ausatemstrom des Patienten in die Vorrichtung geleitet. Durch das zweite T-Stück 10 werden beispielsweise 70 ml pro Minute kontinuierlich zum Sensorsystem 6 geleitet. Damit ist eine unterbrechungsfreie Beaufschlagung bzw. Versorgung des Sensorsystems 6 mit endtidaler Exspirationsluft gewährleistet.
  • Bleibt das Ventil 5 lange geschlossen, so dass die Probegasschleife 4 nicht mehr befüllt wird, erfolgt eine Warnmeldung beispielsweise über die Steuereinheit 7 und/oder die Messwerte werden nicht mehr berücksichtigt oder als ungültig gekennzeichnet.
  • Die Flussraten und entnommenen Volumina der Atemgasproben können durch an sich bekannte, in der Figur nicht dargestellte Volumenstromsensoren (Flowsensoren) überwacht werden und/oder durch entsprechende Ausführung der Gasfördervorrichtungen 44, 66 bzw. durch die eingestellten Gasförderraten der Gasfördervorrichtungen 44, 66 vorgegeben sein.
  • Vorzugsweise wird ein Volumenstromsensor/Flowsensor zwischen Probegasschleife 4 und Gasfördervorrichtung 44 mit einem optionalen Belüftungsventil angeordnet. Mit diesem können sowohl Flow und Volumen des entnommenen Atemgases, welches in die Probegasschleife 4 gelangt, als auch Flow und Volumen des Belüftungsgases überwacht werden.
  • Im Sensorsystem 6 können insbesondere elektrochemische Sensoren, Infrarotsensoren, Halbleitersensoren, Massenspektrometer (MS), Ionenmobilitätsspektrometer (IMS), SAW-Sensoren eingesetzt werden. Das Sensorsystem 6 kann auch ein spezielles Einlasssystem aufweisen, wie beispielsweise einen Membraneinlass und fader ein Gaskonditionierungssystem bzw. Gastrocknungssystem über einen Nafionschlauch.
  • Die Anordnung bestehend aus den Elementen Ventil 5 und T-Stück 10 kann auch in Form eines 3-Wege-Ventils realisiert sein.
  • Am Probegaseinlass in der Probenahmeleitung 3 vor dem Ventil 5 kann optional eine Wasserfalle angeordnet sein.
  • Zur Vermeidung von Kondensation kann die gesamte Vorrichtung mittels einer Heizung auch beheizt sein.
  • Die Steuereinheit 7 umfasst auch die Option einer kombinierten Mess- und Steuereinheit für die Vorrichtung.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Gewinnung und Untersuchung von Atemgasproben mit – einer Atemgasleitung (1) und mit einem Sensor (2) zur Erkennung der aktuellen Atemphasen, – einer Probenahmeleitung (3) von der Atemgasleitung (1), wobei die Probenahmeleitung (3) über eine Probegasschleife (4) mit einer ersten Gasfördervorrichtung (44) verbunden ist, – einer Messleitung (8) von der Probenahmeleitung (3) zu einem Sensorsystem (6) mit einer zweiten Gasfördervorrichtung (66) für die Untersuchung von Atemgasproben, – einem Ventil (5) in der Probenahmeleitung (3) für die Steuerung des Atemgasprobeflusses aus bestimmten aktuellen Atemphasen in das Sensorsystem (6) und in die Probegassschleife (4) und mit – einer Steuereinheit (7), welche zumindest mit dem Sensor (2) zur Erkennung der aktuellen Atemphasen, mit der ersten Gasfördervorrichtung (44) und mit dem Ventil (5) verbunden ist, so dass – dem Sensorsystem (6) ein kontinuierlicher Volumenstrom von Atemgasproben aus den bestimmten aktuellen Atemphasen zuführbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Atemgasleitung (1) mit einem Beatmungsgerät (11) für die maschinelle Beatmung eines Patienten verbunden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Probegasschleife (4) spiral- oder schlauchförmig ausgebildet ist und ein Aufnahmevolumen von 50 bis 400 ml aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventil (5) und ein T-Stück (10) in Baueinheit ausgebildet sind, insbesondere als 3-Wege-Ventil.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (2) und/oder das Sensorsystem (6) einen elektrochemischen, einen Halbleiter- oder einen Infrarotsensor aufweisen.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sensor (2) und/oder das Sensorsystem (6) ein Massenspektrometer, ein Ionenmobilitätsspektrometer oder einen ”Surface Acoustic Wave”-Sensor aufweisen.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung oder Teile der Vorrichtung mit Konditioniereinrichtungen für die gewonnenen Atemgasproben ausgestattet ist, insbesondere mit Temperier- und/oder Gastrocknungselementen, vorzugsweise mit einer Heizeinrichtung, mit einer Wasserfalle und/oder mit einem Entfeuchtungsschlauch.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probegasschleife (4) durch einen oder mehrere Schläuche gebildet wird.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Probegasschleife (4) ein Volumenstromsensor vorgesehen ist, um in der Probegasschleife (4) ausgetauschte Volumina oder Gasvolumenströme zu erfassen.
  10. Beatmungsgerät umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  11. Beatmungsgerät nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung in Baueinheit mit dem Beatmungsgerät (11) ausgeführt ist.
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