DE102013018588B3

DE102013018588B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des Sättigungsgrades von Atemkalk

Info

Publication number: DE102013018588B3
Application number: DE102013018588.2A
Authority: DE
Inventors: Livio Fornasiero; Karsten Hiltawsky
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2033-11-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Sättigungsgrads von Atemkalk. Die Vorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle zur Emission von Strahlung mit einer Mehrzahl von Wellenlängen, wobei die Mehrzahl von Wellenlänge zumindest zwei verschiedene Wellenlängen umfasst, einen Sensor, eine Datenverarbeitungseinheit und einen Lichtleiter, der zumindest teilweise in einer mit Atemkalk gefüllten Atemkalkpatrone angeordnet werden kann. Die Strahlungsquelle, der Lichtleiter und der Sensor sind so angeordnet und eingerichtet sind, dass von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung durch den zumindest teilweise in der Atemkalkpatrone angeordneten Lichtleiter geleitet wird, aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird, von dem Atemkalk reflektierte Strahlung wieder in den Lichtleiter eingekoppelt wird und durch den Lichtleiter zu dem Sensor geleitet wird, wobei aus den Intensität der reflektierten Strahlung ein Sättigungsgrad des Atemkalks bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Sättigungsgrades von Atemkalk mit einer Strahlungsquelle, die dazu eingerichtet ist, Strahlung mit einer Mehrzahl von Wellenlängen zu emittieren, wobei die Mehrzahl von Wellenlängen zumindest eine erste und eine zweite Wellenlänge umfasst, einem Sensor, der dazu eingerichtet ist, eine Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen zu messen, und einer Datenverarbeitungseinheit. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Sättigungsgrades von Atemkalk.
Sowohl Kreislauftauchgeräte als auch Narkosegeräte mit geschlossenem Atemkreislauf geben die von einem Benutzer ausgeatmete Atemluft nicht an die Umgebung ab, sondern bereiten diese auf und führen sie dem Benutzer wieder zu. Auf diese Weise kann beispielsweise der Sauerstoffverbrauch in einem Kreislauftauchgerät gegenüber einem offenen Tauchgerät verringert werden und in Narkosegeräten kann gegenüber Narkosegeräten ohne Kreislauf beispielsweise der Verbrauch an Narkosemitteln deutlich reduziert werden. Zur Aufbereitung der ausgeatmeten Atemluft muss zum einen der verbrauchte Sauerstoff wieder zugeführt werden, zum anderen muss aber auch Kohlendioxid aus der ausgeatmeten Luft entfernt werden. Zum Entfernen des Kohlendioxids wird die ausgeatmete Luft durch eine sogenannte Atemkalkpatrone geführt, die mit einem Atemkalk gefüllt ist, der CO₂ aus der Luft binden kann. Als Atemkalk werden beispielsweise Mischungen aus Calciumhydroxid Ca(OH)₂ und Natriumhydroxid NaOH oder aus Kaliumhydroxid KOH und Bariumhydroxid Ba(OH)₂ verwendet. Der Atemkalk in der Atemkalkpatrone hat jedoch nur ein begrenztes Absorptionsvermögen. Ist das Absorptionsvermögen erschöpft, d. h. der Atemkalk gesättigt, so besteht die Gefahr, dass der Taucher bzw. ein Patient Luft mit einem zu hohen Kohlendioxidanteil einatmet. Aus dem Stand der Technik sind mehrere Verfahren bekannt, mit denen der Sättigungsgrad bzw. das noch verbleibende Absorptionsvermögen des Atemkalks bestimmt werden kann.
So ist es beispielsweise aus einer Publikation von M. Tsuchiya und W. Ueda mit dem Titel ”Heat generation as an index of exhaustion of soda lime”, erschienen im Juni 1989 in Anesth. Analg., Ausgabe 68 (6), Seiten 783–787, bekannt, den Sättigungsgrad des Atemkalks aus der Temperatur des Atemkalks zu bestimmen. Da die Bindung des CO₂ an Atemkalk ein exothermer Prozess ist, wird der Atemkalk beim Binden von CO₂ deutlich erwärmt. Bestimmt man die Temperatur an mehreren Punkten im Atemkalk, lässt sich aus dem Temperaturgradienten ablesen, bis zu welcher Stelle der Kalk bereits verbraucht ist. Allerdings unterliegt dieses Verfahren zahlreichen Fehlerquellen. Bspw. beeinflussen äußere Wärmequellen und Kältesenken, kondensierte Flüssigkeit sowie die Schüttung des Atemkalks die Messung.
In der DE 10 2006 051 571 B3 ist ein alternatives Verfahren zur Bestimmung des verbleibenden Bindevermögens einer Atemkalkpatrone in einem geschlossenen Beatmungssystem bekannt, bei dem aus einer Differenz zwischen eingeatmetem Gasvolumen und frisch zugeführtem Gasvolumen auf das ausgeatmete Gasvolumen geschlossen wird, das die Atemkalkpatrone und damit den Atemkalk passiert hat. Aus dem ausgeatmeten Gasvolumen und einer Kohlendioxidkonzentration, die in dem ausgeatmeten Gas gemessen wird, kann auf die Kohlendioxidmenge geschlossen werden, die in der Atemkalkpatrone bereits gebunden worden ist. Dies lässt Rückschlüsse darauf zu, wie viel Kohlendioxid die Atemkalkpatrone noch binden kann. Dieses Verfahren gilt hinsichtlich der Genauigkeit als vorteilhaft, verbraucht jedoch verhältnismäßig viel Energie, da für eine genaue Berechnung neben dem Volumenstrom auch die CO₂ Konzentration mit mindestens 5 Messwerten pro Sekunde kontinuierlich erfasst werden muss. Insbesondere für portable Anwendungen ohne Stromanschluss, wie beispielsweise Kreislauftauchgeräte, ist dies ein gravierender Nachteil. Weiterhin darf der Atemkalk beim Start der Messung nicht bereits gebraucht worden sein und die Messung darf für eine korrekte Berechnung der verbleibenden Standzeit bzw. des noch verbleibenden Bindungsvermögens nicht unterbrochen werden.
Aus US 6 002 133 B1 ist ein Spektrometer zur Messung der Konzentration einer Verbindung in einem Atemgas bekannt, z. B. zu Messung der CO₂-Konzentration. Dabei wird anhand von Spektraldaten aus dem Infrarotbereich die CO₂-Konzentration des Atemgases in einem Probenraum bestimmt, der mit einem Raumabschnitt mit Material zum Binden von CO₂ kommuniziert. Durch wiederholte Messung der Konzentration kann im Prinzip wie im vorhergehenden Absatz beschrieben auf die gebundene CO₂-Menge im Material zurückgeschlossen werden. Aus US 7 002 678 B1 ist ein Spektrometer bekannt, mit dem in einem Anästhesiegerät das Atemgas auf das Vorhandensein von potentiell giftigen Abbauprodukten von Anästhesiemitteln, z. B. von CO, untersucht werden kann. Dazu wird ein Raman-Spektrum des Atemgases gemessen, daraus die CO-Konzentration bestimmt und ein Alarm gegeben, wenn die CO-Konzentration einen Schwellenwert überschreitet.
Aus US 20100012124 A1 ist ein Kreislaufatemgerät bekannt, das mithilfe eines CO₂-Infrarotsensors die CO₂-Konzentration im ausgeatmeten Atemgas bestimmt. Bei einer Erhöhung der CO₂-Konzentration wird auf eine fehlerhafte oder ungenügende Funktion des CO₂-Absorbers geschlossen; grundsätzlich kann so auch der vollständige Verbrauch des Absorbermaterials festgestellt werden, wenn nämlich aufgrund der deswegen nicht mehr erfolgenden CO₂-Bindung die CO₂-Konzentration im Atemkreislauf ansteigt.
Das gängigste Verfahren zur Bestimmung des Sättigungsgrades von Atemkalk beruht auf einem pH-Indikator, der dem Atemkalk beigegeben wird und der seine Farbe in Abhängigkeit vom pH-Wert des Atemkalks ändert. Durch die chemische Reaktion, in der Atemkalk gebunden wird, sinkt der pH-Wert des Atemkalks. Die Verfärbung ist grundsätzlich so gut sichtbar, dass durch einfache visuelle Kontrolle durch einen Benutzer festgestellt werden kann, ob der Atemkalk mit Kohlendioxid gesättigt ist oder ob der Atemkalk noch weiteres Kohlendioxid binden kann. Diese einfache visuelle Kontrolle hat jedoch den Nachteil, dass ihre Genauigkeit von der Aufmerksamkeit und der Erfahrung des Benutzers abhängt. Zudem kann sich der pH-Indikator vorübergehend entfärben, wenn der Atemkalk austrocknet, z. B. nach längerer Nichtbenutzung.
Aus der WO 2012/139023 A2 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Änderung der Farbe eines pH-Indikators im Atemkalk gemessen und aus der Farbänderung auf einen Sättigungsgrad des Atemkalks geschlossen wird. Die Vorrichtung weist eine Mehrzahl von Strahlungsquellen und Sensoren auf, die in der Atemkalkpatrone im Atemkalk angeordnet sind. Die Strahlungsquelle emittierte vorzugsweise weißes Licht oder UV Licht. Von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung wird direkt von Atemkalk reflektiert. Ein Lichtwert der reflektierten Strahlung, wie beispielsweise die Intensität der reflektierten Strahlung oder eine Wellenlänge der reflektierten Strahlung, wird von den Sensoren aufgezeichnet. Aus der Veränderung des Lichtwertes mit der Zeit wird auf das noch verbleibende Bindungsvermögen von Kohlendioxid des Atemkalks in der Atemkalkpatrone geschlossen.
Eine derartige Vorrichtung weist jedoch mehrere Nachteile auf. Zum einen ist die Vorrichtung vollständig in der Atemkalkpatrone angeordnet. Atemkalkpatronen sind jedoch austauschbare Verbrauchsgüter, die regelmäßig ersetzt werden müssen und deren Lebensdauer deutlich kürzer ist, als die Lebensdauer der Kreislauftauchgeräte bzw. Beatmungsgeräte. Zudem ist die Messung der Helligkeit der reflektierten Strahlung ungeeignet, um eine Farbänderung des Atemkalks im Betrieb messen zu können. Atemkalk ist in der Atemkalkpatrone als loses Granulat angeordnet. Bei Erschütterungen verändert sich jedoch die Lage der einzelnen Granulatteilchen relativ zu den Sensoren und den Strahlungsquellen, sodass es nicht möglich ist, mit der Vorrichtung festzustellen, ob die Änderung der Helligkeit der reflektierten Strahlung von einer veränderten Lage des Atemkalkgranulats in Bezug auf den Sensor oder von einer Farbänderung des Atemkalks herrührt.
Zudem stellt sich bei natriumhydroxidhaltigen Kalken – wie bereits erwähnt – grundsätzlich das Problem, dass der Farbumschlag nach Beenden der CO₂-Exposition reversibel ist, d. h. es kann eine Rückfärbung nach weiß auftreten; eine weiße Farbe ist bei diesem Atemkalk also keine Garantie für unverbrauchten Kalk. Da die Verfärbung nach prolongiertem Gebrauch und stärkerer Licht- oder UV-Einstrahlung völlig ausbleiben kann, gilt der Umschlag des Farbindikators als nur eingeschränkt sichere Methode zur Überwachung der Absorptionskapazität des Atemkalkes. Darüber hinaus kann sich der pH-Indikator bei manchen Applikationen, z. B. beim Tauchen in großer Tiefe unter hohen Drücken, zersetzen. Um zu Verneiden, dass zersetzter pH-Indikator in die Atemluft gelangt, ist bei solchen Applikationen die Verwendung von Atemkalk mit beigemengtem pH-Indikator verboten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Sättigungsgrades bzw. des noch verbleibenden Bindungsvermögens von Atemkalk bereitzustellen, wobei die Vorrichtung bzw. das Verfahren die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet. Insbesondere soll die Lösung kostengünstig und robust sein.
In einem ersten Aspekt löst die vorliegende Erfindung diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die einen Lichtleiter umfasst, der in einer mit Atemkalk gefüllten Atemkalkpatrone zumindest teilweise angeordnet werden kann. Weiterhin sind mindestens eine Strahlungsquelle, der Lichtleiter und mindestens ein Sensor derart angeordnet und eingerichtet, dass von der mindestens einen Strahlungsquelle emittierte Strahlung durch den zumindest teilweise in der Atemkalkpatrone angeordneten Lichtleiter geleitet wird, die Strahlung aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird, von dem Atemkalk reflektierte Strahlung wieder in den Lichtleiter wieder eingekoppelt wird und durch den Lichtleiter zu dem mindestens einen Sensor geleitet wird. Die Vorrichtung ist zudem dazu eingerichtet, eine Intensität der von der Strahlungsquelle emittierten und von dem Atemkalk reflektierten Strahlung für jede Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen einzeln zu bestimmen. Die Datenverarbeitungsanlage ist dazu eingerichtet, aus den bestimmten Intensitäten einen Sättigungsgrad des Atemkalks zu bestimmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zumindest eine Strahlungsquelle auf, die vorzugsweise Strahlung in Form von Licht im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich emittiert. Allerdings ist es auch denkbar, dass die Strahlungsquelle ultraviolettes Licht emittiert. Die Strahlungsquelle emittiert Strahlung mit zumindest zwei verschiedenen Wellenlängen. Beispielsweise wird als Strahlungsquelle ein breitbandig emittierendes Element verwendet, das ein breites, die Mehrzahl von Wellenlängen umfassendes Spektrum aufweist. Es ist allerdings auch denkbar, dass als Strahlungsquelle zwei oder mehr unterschiedliche lichtemittierende Elemente verwendet werden, die je ein schmalbandiges Emissionsspektrum aufweisen und lediglich Strahlung mit einer Wellenlänge bzw. in einem schmalen Spektralbereich um eine Wellenlänge herum emittieren.
Unter Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge wird hier Strahlung mit einem hinreichend schmalen Spektrum um eine zentrale Wellenlänge verstanden. Eine Strahlung mit einer Mehrzahl von Wellenlängen umfasst somit eine Mehrzahl von hinreichend schmalen Spektren um eine entsprechende Mehrzahl von zentralen Wellenlängen. Die zentralen Wellenlängen sind dabei soweit voneinander beabstandet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet werden kann, eine Intensität von Strahlung für jede der Mehrzahl von Wellenlängen unabhängig von den übrigen Wellenlängen zu bestimmen. Beispielsweise kann das Spektrum um eine zentrale Wellenlänge eine Breite von 45 nm, 30 nm oder 15 nm aufweisen, wobei auch Spektren mit geringerer oder größerer Breite möglich sind. Vorzugsweise werden die Wellenlängen so ausgewählt, dass sich bei einer ersten Wellenlänge bei einer beispielhaften Verfärbung des Atemkalks von weiß zu violett die Intensität der reflektierten Strahlung nur wenig ändert, während bei der zweiten Wellenlängen die Intensität der reflektierten Strahlung durch die beispielhafte Farbänderung stark abnimmt. Bei Verwendung von Strahlung mit Wellenlängen, die im infraroten Spektralbereich liegen, wird die erste Wellenlänge vorzugsweise so ausgewählt, dass Strahlung mit der ersten Wellenlänge vornehmlich von Bestandteilen des Atemkalks absorbiert wird, der bei der Absorption von CO₂ verbraucht wird, wie beispielsweise Ca(OH)₂. Die zweite Wellenlänge wird hingegen vorzugsweise so gewählt, dass Strahlung mit der zweiten Wellenlänge vornehmlich von Bestandteilen des Atemkalks absorbiert wird, der erst durch die Absorption bzw. Bindung von CO₂ im Atemkalk gebildet wird, wie zum Beispiel CaCO₃. Die zweite Wellenlänge kann alternativ auch in einem Bereich liegen, in dem bei der Bindung von CO₂ keine spürbare Änderung der Absorption bzw. Reflexion stattfindet und als Referenz dienen.
Die Vorrichtung weist weiterhin mindestens einen Sensor auf, mit dem eine Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen bzw. mit der ersten und der zweiten Wellenlänge gemessen werden kann. Beispielsweise kann der Sensor zwei oder mehr Sensorelemente aufweisen, wie zum Beispiel – je nach verwendetem Spektralbereich-Photodioden, Photowiderstände, Thermosäulen (Thermopiles) oder thermoelektrischen Sensoren, wobei vor jedem Sensorelement ein schmalbandiger Filter angeordnet ist, der lediglich Strahlung mit einer der Wellenlängen der Mehrzahl der Wellenlängen und insbesondere entweder im ersten oder im zweiten Spektralbereich passieren lässt. Ein derartiger Sensor wird auch als ein wellenlängenselektiver Sensor bezeichnet, wobei andere Ausgestaltungen von wellenlängenselektiven Sensoren dem Fachmann hinlänglich bekannt sind. Alternativ kann auch ein Sensor verwendet werden, der über den gesamten Spektralbereich, der von der Mehrzahl von Wellenlängen und zumindest der ersten und der zweiten Wellenlänge aufgespannt wird, anspricht und somit dazu geeignet ist, die Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen und insbesondere sowohl von Strahlung mit der ersten Wellenlänge als auch von Strahlung mit der zweiten Wellenlänge zu messen.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinrichtung oder Datenverarbeitungsvorrichtung. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise ein vollständiger PC oder auch nur ein Mikrocontroller sein. In jedem Falle ist die Datenverarbeitungseinrichtung dazu angepasst worden, die in den Ausführungsformen der Erfindung beschriebenen Datenverarbeitungsschritte durchzuführen. Unter dem Anpassen bzw. Einrichten einer Datenverarbeitungseinrichtung soll hier verstanden werden, dass diese hardware- und softwaretechnisch angepasst worden ist. Insbesondere ist eventuell notwendige Software auf die Datenverarbeitungseinrichtung aufgespielt worden.
Zudem weist die Vorrichtung einen Lichtleiter auf, der wiederum einen oder eine Mehrzahl von Kanälen umfasst, von denen jeder einen eigenen Kanal zur Übertragung von Licht darstellt. Mit Lichtleitern kann beispielsweise Licht bzw. Strahlung im optischen, infraroten und/oder ultravioletten Spektralbereich übertragen werden. Der Begriff Licht ist nicht als Einschränkung auf Strahlung im sichtbaren Spektralbereich zu verstehen. Unter Licht wird vorliegend ausdrücklich auch Strahlung im infraroten und ultravioletten Spektralbereich verstanden. Insofern ist unter einem Lichtleiter jeweils ein Wellenleiter zu verstehen, der zur Leitung von Strahlung im verwendeten Spektralbereich geeignet ist. Der Lichtleiter ist dazu eingerichtet, in einer mit Atemkalk gefüllten Atemkalkpatrone angeordnet zu werden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Lichtleiter fest mit der Atemkalkpatrone verbunden und in vorher festgelegter Weise im Atemkalk angeordnet. Es ist allerdings auch denkbar, dass der Lichtleiter von einem Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Atemkalkpatrone angeordnet wird.
Die mindestens eine Strahlungsquelle und der Lichtleiter sind so angeordnet und eingerichtet, dass von der mindestens einen Strahlungsquelle emittierte Strahlung in den Lichtleiter, der in der Atemkalkpatrone zumindest teilweise angeordnet ist, eingekoppelt und durch den Lichtleiter geleitet wird. In dem Lichtleiter ist zumindest ein Auskopplungsbereich vorgesehen, an dem die Strahlung aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird. Dabei ist der Lichtleiter derart in der Atemkalkpatrone angeordnet, dass die ausgekoppelte Strahlung von dem Atemkalk reflektiert und wieder in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Der Lichtleiter ist zudem derart zu dem mindestens einen Sensor angeordnet, dass die reflektierte und wieder in den Lichtleiter eingekoppelte Strahlung zu dem mindestens einen Sensor geleitet wird, wobei der mindestens eine Sensor die Intensität der reflektierten Strahlung bestimmt bzw. misst. Mit anderen Worten ist der Lichtleiter so angeordnet, dass die reflektierte und wieder in den Lichtleiter eingekoppelte Strahlung auf eine aktive Sensorfläche des mindestens einen Sensors geleitet wird bzw. fällt.
Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, für jede Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen und insbesondere sowohl für die erste Wellenlänge als auch für die zweite Wellenlänge eine Intensität der von Atemkalk reflektierten und wieder in den Lichtleiter eingekoppelten Strahlung zu bestimmen. Die Bestimmung der Intensitäten erfolgt für jede Wellenlänge einzeln, d. h. die Intensität wird für jede Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen unabhängig von den übrigen Wellenlängen bestimmt, wobei zur Einschränkung der Messung auf eine Wellenlänge eine Lichtquelle verwendet werden kann, die selektiv bei einer der Wellenlängen emittieren kann, oder ein Sensor verwendet werden kann, der eine Intensität von Strahlung wellenlängenselektiv messen kann. Auch eine Kombination einer selektiv emittierenden Lichtquelle mit einem wellenlängenselektiven Sensor ist denkbar.
Die Datenverarbeitungseinrichtung ist zudem dazu eingerichtet, aus den bestimmten Intensitäten einen Sättigungsgrad des Atemkalks zu bestimmen. Beispielsweise kann die Datenverarbeitungseinrichtung für jede Wellenlänge einen Absorptionswert oder einen Reflexionswert des Atemkalks bei der jeweiligen Wellenlänge abschätzen. Aus den Absorptionswerten oder Reflexionswerten kann dann über Daten, die in einer Tabelle in einem Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung hinterlegt sind, direkt auf den Sättigungsgrad des Atemkalks geschlossen werden. Alternativ kann auch aus den unterschiedlichen Absorptionswerten bzw. relativen Intensitäten eine Farbe des Atemkalks bestimmt werden. Der Sättigungsgrad des Atemkalks bzw. das noch verbleibende Bindungs- oder Absorptionsvermögen kann sodann aus dem Vergleich mit der Farbe von Atemkalk, der noch kein CO₂ gebunden hat, bestimmt werden. Hierbei kann beispielsweise auch ein zeitlicher Verlauf einer Änderung der Farbe des Atemkalks berücksichtigt werden.
Die vorliegende Erfindung erlaubt die Bestimmung des Sättigungsgrades von Atemkalk auf besonders vorteilhafte Weise. Zunächst weist die Vorrichtung einen Lichtleiter auf, mit dem die von einer Strahlungsquelle emittierte Strahlung in die Atemkalkpatrone transportiert, dort vom Atemkalk reflektiert und wieder aus der Atemkalkpatrone heraus geleitet werden kann. Somit können die teure und empfindliche Elektronik und Optik, insbesondere die mindestens eine Lichtquelle, der mindestens Sensor sowie die Datenverarbeitungseinrichtung, getrennt von der Atemkalkpatrone bereitgestellt werden, die lediglich einen kostengünstigen Lichtleiter enthält. Damit bleibt die Atemkalkpatrone ein kostengünstiges Ersatz- bzw. Austauschteil in einem Kreislauftauchgerät oder einer Beatmungseinrichtung. Letztere können jedoch mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung um eine äußerst hilfreiche Funktionalität ergänzt werden, da die vorliegende Erfindung den Sättigungsgrad bzw. das noch verbleibende Bindungsvermögen des Atemkalks unabhängig von der Erfahrung und den Kenntnissen eines Verwenders zuverlässig und insbesondere auch kontinuierlich bzw. in regelmäßigen zeitlichen Intervallen im Betrieb bestimmt und in einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform auch darstellt bzw. ausgibt.
Die Vorrichtung ist weiterhin vorteilhaft, da die Intensität von Strahlung bei zumindest zwei Wellenlängen unabhängig voneinander gemessen bzw. bestimmt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die gemessene Intensitätsänderung tatsächlich von einer Änderung einer Farbe des Atemkalks und damit eine Veränderung des pH-Wertes bzw. einer Veränderung der Zusammensetzung des Atemkalks und somit des noch verbleibenden Bindevermögens des Atemkalks herrührt und nicht von einer Veränderung der Lage des Atemkalkgranulats in Bezug auf den Sensor bzw. den Bereich, an dem die Strahlung aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Mehrzahl von Wellenlängen und insbesondere die erste und die zweite Wellenlänge im infraroten Spektralbereich. Die Verwendung von Strahlung mit Wellenlängen, die im infraroten Spektralbereich liegen, stellt ein eigenständiges erfinderisches Konzept dar. Insbesondere kann bei diesem Konzept auf die Verwendung eines Lichtleiters verzichtet und die Strahlung direkt in den Atemkalk eingestrahlt werden. Allerdings ist auch in diesem Konzept die Verwendung eines Lichtleiters bevorzugt.
Als Strahlungsquellen können in dieser bevorzugten Ausführungsform beispielsweise LEDs, Glühwendeln oder Membranstrahler verwendet werden, die ihre maximale Energie breitbandig im infraroten Spektralbereich abstrahlen. Anstelle eines hochwertigen und teuren Lichtleiters, der auch im infraroten Spektralbereich jenseits von Wellenlängen von 3 μm Strahlung transmittiert, kann in der bevorzugten Ausführungsform auch ein kostengünstiger Hohlwellenleiter verwendet werden. Der Hohlwellenleiter könnte beispielsweise von einer innen verspiegelten Kunststoffröhre gebildet werden, deren Ende mit einer bspw. ca. 200 μm dicken Folie verschlossen ist, die aus einem Kunststoff wie bspw. Polyethylen gebildet ist, der im infraroten Spektralbereich vergleichsweise durchlässig ist. Als mögliche Sensoren bzw. Sensorelement kommen insbesondere Photodioden, Photowiderstände, Thermosäulen (Thermopiles) oder thermoelektrischen Sensoren in dieser bevorzugten Ausführungsform in Betracht.
Die Verwendung von Strahlung mit Wellenlängen im infraroten Spektralbereich ist besonders vorteilhaft, da auf die Beimengung eines pH-Indikators in den Atemkalk verzichtet werden kann. Stattdessen kann der verbrauchte Anteil des Atemkalks direkt gemessen werden. Hierzu greift man darauf zurück, dass der verwendete Atemkalk beispielsweise eine Mischung von Ca(OH)₂ und NaOH aufweist. Ca(OH)₂ wird beim Absorbieren von CO₂ in Calciumcarbonat CaCO₃ umgewandelt, das ein anderes Absorptionsverhalten von infraroter Strahlung aufweist als Ca(OH)₂. So absorbiert CaCO₃ infrarote Strahlung im Bereich zwischen 6 μm und 7 μm besonders stark, während Ca(OH)₂ infrarote Strahlung im Bereich zwischen 2,3 μm und 3,3 μm sowie in geringerem Maße (als Obertonschwingungen) auch im Bereich zwischen 0,90 μm und 1,00 μm sowie 1,25 μm und 1,45 μm absorbiert. Beispielsweise kann man aus den Messungen der Intensität von reflektierter infraroter Strahlung mit einer ersten Wellenlänge zwischen 6 μm und 7 μm und einer zweiten Wellenlänge zwischen 2,3 μm und 3,3 μm direkt bestimmen, welcher Anteil des Ca(OH)₂ bereits in CaCO₃ umgewandelt worden ist und wie hoch der Sättigungsgrad des Atemkalk bereits ist.
Alternativ kann statt auf die Unterschiede im Absorptionsverhalten von CaCO₃ und Ca(OH)₂ auch auf Unterschiede in der diffusen Reflexion abgestellt werden. Ca(OH)₂ zeigt im Vergleich zu CaCO₃ vor allem bei 2,7 μm und zwischen 8,4 und 10 μm verminderte Reflektivität. Man könnte daher beispielsweise aus einer Messung der Intensität von vom Atemkalk reflektierter Strahlung mit einer ersten Wellenlänge von 9,3 μm und einer zweiten Wellenlänge von 10,5 μm direkt bestimmen, welcher Anteil des Atemkalks bereits umgewandelt worden ist und wie hoch der Sättigungsgrad des Atemkalks ist.
Da auf die Beigabe bzw. Beimengung eines pH-Indikators verzichtet werden kann, ist der Atemkalk auch zum Einsatz in großen Tiefen bzw. unter großen Drücken geeignet. Auch besteht nicht das Problem, dass sich der Atemkalk bei längerer Nichtbenutzung wieder entfärbt, da die chemische Umwandelung des Atemkalks direkt gemessen wird. Daher kann die Vorrichtung im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen auch dazu verwendet werden, die Sättigung von mehrfach mit Unterbrechungen genutztem Atemkalk zu messen.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform liegen die Mehrzahl von Wellenlängen und insbesondere die erste und die zweite Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich. Dabei wird die Strahlungsquelle beispielsweise von einer breitbandigen weißen LED gebildet und die Sensorelemente werden beispielsweise von Photodioden gebildet. Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich zu verwenden, ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein Verwender des Atemkalks auf eine zusätzliche, visuelle Kontrolle der Verfärbung des Atemkalks nicht verzichten möchte. Zudem sind LEDs im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich effizienter als breitbandige Strahlungsquellen in mittleren infraroten Spektralbereich. Auch stehen im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich in der Regel empfindlichere Detektoren zur Verfügung, sodass ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden kann.
Ist dem Atemkalk als pH-Indikator Ethylviolett beigegeben worden, dessen Farbumschlag von weiß nach blau-violett erfolgt, kann in einer beispielhaften Ausführungsform die erste Wellenlänge im blauen Spektralbereich zwischen 450 nm und 490 nm liegen und die zweite Wellenlänge im gelben Bereich zwischen 560 nm und 590 nm liegen. Bei einem Farbumschlag von weiß nach blau-violett tritt eine deutliche Änderung der Intensität der reflektierten Strahlung im blauen Spektralbereich auf, in dem die erste Wellenlänge in der beispielhaften Ausführungsform liegt, während sich die Intensität der reflektierten Strahlung im gelben Spektralbereich, in dem die zweite Wellenlänge der beispielhaften Ausführungsform liegt, kaum oder gar nicht ändert. Bei den angegebenen Wellenlängen handelt es sich lediglich um ein Ausführungsbeispiel. Andere Wellenlängen als erste und zweite Wellenlänge sind durchaus denkbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die mindestens eine Strahlungsquelle und der Lichtleiter derart angeordnet und eingerichtet, dass von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung an einer Mehrzahl von Auskoppelbereichen aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird. Die ausgekoppelte Strahlung wird an einer Mehrzahl von Reflexionsbereichen von Atemkalk reflektiert, und die reflektierte Strahlung wird an einer Mehrzahl von Einkoppelbereichen wieder in den Lichtleiter eingekoppelt, wobei eine gleiche Anzahl von Auskoppelbereichen, Reflexionsbereichen und Einkoppelbereichen vorgesehen ist. Weiterhin ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, eine Intensität der von dem Atemkalk reflektierten und wieder in den Lichtleiter eingekoppelten Strahlung für jeden Einkoppelbereich für jede Wellenlänge unabhängig bzw. einzeln zu bestimmen. Die Datenverarbeitungseinrichtung ist zudem dazu eingerichtet, aus den für die verschiedenen Reflexionsbereiche bestimmten Intensitäten einen Sättigungsgrad des Atemkalks in der Atemkalkpatrone zu bestimmen, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, zunächst eine Intensität von der an Atemkalk an den verschiedenen Reflexionsbereichen reflektierten Strahlung zu bestimmen und aus der Intensität den Sättigungsgrad des Atemkalks zu bestimmen. Zudem fallen die Einkoppelbereiche und Auskoppelbereiche vorzugweise zusammen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Lichtleiter eine Mehrzahl von Lichtleitern, von denen je einer Strahlung zu einem Auskoppelbereich hin bzw. von einem Einkoppelbereich weg führt.
Die bevorzugte Ausführungsform erlaubt es, den Sättigungsgrad in verschiedenen Bereichen bzw. in verschiedenen Tiefen im Atemkalk zu bestimmen und so auf einen Sättigungsgrad einer gesamten Atemkalkpatrone zu schließen. Beispielsweise sind diese Bereiche so angeordnet, dass sie sich entlang eines Atemstroms erstrecken, der durch die Atemkalkpatrone verläuft, da der Atemkalk im Eintrittsbereich der Atemkalkpatrone früher mit CO₂ gesättigt ist als im Austrittsbereich des Atemstroms und somit über den Vergleich des Sättigungsgrades des Atemkalks an verschiedenen Reflexionsbereichen eine genauere Übersicht darüber erzeugt werden kann, inwieweit die gesamte Atemkalkpatrone gesättigt ist bzw. inwieweit die gesamte Atemkalkpatrone noch Bindungsvermögen aufweist. Die Verwendung eines Lichtleiters ermöglicht es dabei auf besonders vorteilhafte Weise, die elektronischen und aufwendigeren optischen Vorrichtungselemente an einem Ort zu konzentrieren und lediglich den unempfindlichen Lichtleiter im Atemkalk anzuordnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Strahlungsquellen vorgesehen, wobei jede Strahlungsquelle der Mehrzahl von Strahlungsquellen dazu eingerichtet ist, Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen zu emittieren, und wobei die Mehrzahl von Strahlungsquellen und der Lichtleiter derart angeordnet und eingerichtet sind, dass von einer Strahlungsquelle emittierte Strahlung an genau einem Auskoppelbereich aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird. In einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform sind die Mehrzahl von Strahlungsquellen und der Lichtleiter derart angeordnet, dass an jedem Auskoppelbereich nur von einer Strahlungsquelle emittierte Strahlung ausgekoppelt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Sensoren vorgesehen, wobei jeder Sensor dazu eingerichtet ist, eine Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlänge zu messen, und wobei die Mehrzahl von Sensoren und der Lichtleiter derart angeordnet und eingerichtet sind, dass von jedem Sensor die Intensität von an einem Einkoppelbereich in den Lichtleiter wieder eingekoppelter, reflektierter Strahlung gemessen werden kann. Vorzugsweise sind die Mehrzahl von Sensoren und der Lichtleiter so angeordnet, dass die Intensität von an genau einem Einkoppelbereich eingekoppelter reflektierter Strahlung nur von einem Sensor gemessen werden kann. Beispielsweise sind jedem Kanal des Lichtleiters genau eine Lichtquelle und genau ein Sensor zugeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Strahlungsquelle dazu ein gerichtet, zu jedem Zeitpunkt lediglich Strahlung mit einer Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen emittieren zu können. Vorzugsweise sind sämtliche Strahlungsquellen dazu eingerichtet, zu jedem Zeitpunkt lediglich Strahlung mit einer Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen emittieren zu können. Die Verwendung einer derartigen Strahlungsquelle, die beispielsweise eine Mehrzahl von verschiedenen Strahlungselementen enthält, von denen jedes Strahlung mit einer anderen Wellenlängen emittieren kann, ist besonders vorteilhaft, da kostengünstige Sensoren verwendet werden können, da diese nicht wellenlängenselektiv sein müssen. Die Strahlungsquelle kann beispielsweise zwei unterschiedliche, schmalbandige LEDs umfassen, wobei eine der LEDs lediglich Strahlung mit der ersten Wellenlänge emittiert und keine Strahlung mit der zweiten Wellenlänge emittiert, während die zweite LED lediglich Strahlung mit der zweiten Wellenlänge emittiert und keine Strahlung mit der ersten Wellenlänge emittiert. Alternativ kann auch eine breitbandige Strahlungsquelle verwendet werden, vor die abwechselnd zwei schmalbandige Filter geschaltet werden können, die das breitbandige Spektrum entsprechend einschränken.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Strahlungsquelle und sind vorzugsweise alle Strahlungsqwellen dazu eingerichtet, Strahlung mit den verschiedenen Wellenlängen der Mehrzahl von Wellenlängen und insbesondere mit der ersten und der zweiten Wellenlänge zeitgleich zu emittieren. Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht eine einfache Ausgestaltung der Steuerung der Strahlungsquellen und der Sensoren, da die Sensoren nicht in Abhängigkeit von der Strahlungsquelle geschaltet werden müssen, sondern an den Sensoren selber festgelegt wird, ob eine Intensität von Strahlung bspw. mit der ersten oder zweiten Wellenlänge gemessen wird. Somit sinken die Fehleranfälligkeit und auch der Steuerungsaufwand.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Sensor und sind vorzugsweise alle Sensoren dazu eingerichtet, die Intensität von Strahlung wellenlängenselektiv zu messen. Mit anderen Worten können zumindest einzelne und vorzugsweise alle Sensoren von der Datenverarbeitungseinheit derart gesteuert werden, dass sie lediglich eine Intensität von Strahlung in einem festgelegten Wellenlängenbereich bzw. Spektralbereich messen. Dabei ist es sowohl denkbar, dass der Sensor dazu eingerichtet ist, die Intensität beispielsweise mittels verschiedener Sensorelemente bei verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig zu messen oder lediglich bei einer Wellenlänge zu jedem Zeitpunkt zu messen. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, da keine Verknüpfung zwischen der Strahlungsquelle und den Sensoren notwendig ist, da an den Sensoren festgelegt wird, in welchem Wellenlängenbereich eine Intensität der reflektierten Strahlung bestimmt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest ein Sensor eine Sensorfläche mit einer Mehrzahl von Sensorelementen auf, wobei der Sensor Intensität von Strahlung wellenlängenselektiv messen kann. Vorzugsweise ist der Sensor eine Kamera mit einem CCD oder CMOS-Chip mit einer Mehrzahl von Sensorelementen bzw. Pixeln, von denen unterschiedliche Sensorelemente bei unterschiedlichen Wellenlängen für einfallende Strahlung sensitiv sind. Die Verwendung einer Kamera ist besonders vorteilhaft, da eine exakte Ausrichtung des Lichtleiters zu der Sensorfläche des Sensors nicht notwendig ist, da dieser eine große aktive Oberfläche aufweist und mittels automatischer Bildverarbeitung durch die Datenverarbeitungseinrichtung kleine Abweichungen in der Ausrichtung leicht korrigiert werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der zumindest eine Sensor mit einer Sensorfläche mit einer Mehrzahl von Sensorelementen und der Lichtleiter derart angeordnet und eingerichtet, dass eine Intensität von an jedem Einkoppelbereich eingekoppelter, reflektierter Strahlung von zumindest einem Sensorelement gemessen werden kann. Mit anderen Worten wird in der bevorzugten Ausführungsform mit einem einzigen Sensor eine Intensität von an mehreren Einkoppelbereichen wieder eingekoppelter Strahlung gleichzeitig gemessen. Dies erlaubt einen besonders kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Weiterhin werden lediglich eine Strahlungsquelle und ein Sensor verwendet, um eine Verfärbung bzw. Umwandelung des Atemkalks und damit einen Sättigungsgrad des Atemkalks in mehreren Bereichen im Atemkalk zeitgleich zu bestimmen.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn mehr Sensorelemente als Einkoppelbereiche vorgesehen sind. Auf diese Weise ist die Vorrichtung weniger anfällig für Fehler in Ausrichtung von Lichtleiter und Sensor zueinander.
In einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform wird zudem Strahlung mit einer dritten Wellenlänge emittiert und eine Intensität der von Atemkalk reflektierten Strahlung mit der dritten Wellenlänge mit in die Bestimmung eines Sättigungsgrads einbezogen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Bestimmung unabhängig von der Schüttung des Atemkalks gestaltet werden soll oder wenn neben der Sättigung des Atemkalks auch die Bildung von kondensiertem Wasser in der Atemkalkpatrone bestimmt werden soll.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, in dem alle Strahlungsquellen, alle Sensoren und die Datenverarbeitungseinrichtung angeordnet sind, wobei das Gehäuse über ein Kopplungselement lösbar mit dem in einer mit Atemkalk gefüllten Atemkalkpatrone angeordneten Lichtleiter verbunden ist. Somit müssen auf vorteilhafte Weise die teueren Komponenten der Vorrichtung-Strahlungsquellen, die Sensoren und die Datenverarbeitungseinrichtung – die häufig wieder verwendet werden können, nicht mit dem kostengünstigen Lichtleiter und der Atemkalkpatrone ausgetauscht werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind alle Sensoren, alle Strahlungsquellen und die Datenverarbeitungseinrichtung fest in ein Kreislauftauchgerät bzw. in einer Beatmungseinrichtung angeordnet, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung in der beispielhaften Ausführungsform zudem eine Ausgabeeinheit aufweist, mit der beispielsweise ein Sättigungsgrad des Atemkalks, ein verbleibendes Bindevermögen des Atemkalks oder eine verbleibende Restnutzungszeit angezeigt werden können.
Auch wenn die vorliegende Erfindung bisher lediglich unter Bezugnahme auf eine erste und eine zweite Wellenlänge beschrieben worden ist, so kann diese offensichtlich auch mit drei oder mehr verschiedenen Wellenlängen durchgeführt werden, wobei sich durch die Verwendung weiterer Wellenlängen eine Farbe des Atemkalks bzw. ein Sättigungsgrad des Atemkalks genauer bestimmen lässt. Hierfür müssen die Strahlungsquellen und/oder Sensoren entsprechend angepasst werden.
In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Sättigungsgrades von Atemkalk in einer Atemkalkpatrone gelöst, bei dem der Sättigungsgrad des Atemkalks aus einem Vergleich einer Intensität von Strahlung mit einer Mehrzahl von Wellenlängen, wobei die Mehrzahl von Wellenlängen eine erste Wellenlänge und eine zweite Wellenlänge umfasst, die von Atemkalk, mit dem bereits CO₂ gebunden worden ist, reflektiert worden ist, mit einer Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen, die von Atemkalk, der noch kein CO₂ gebunden hat, reflektiert worden ist, bestimmt wird. Zur Bestimmung einer Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen, die von Atemkalk reflektiert worden ist, wird eine Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen von mindestens einer Strahlungsquelle emittiert. Die Strahlung wird in einen Lichtleiter eingekoppelt, der zumindest abschnittsweise in der Atemkalkpatrone verläuft. Die Strahlung wird aus dem Lichtleiter ausgekoppelte, an dem Atemkalk reflektiert und wieder in den Lichtleiter eingekoppelt. Eine Intensität der von dem Atemkalk reflektierten Strahlung wird unabhängig für jede Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Sättigungsgrad des Atemkalks aus einem Vergleich der Intensität der von ungesättigtem Atemkalk reflektierten Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen mit der Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen bestimmt, die an einer Mehrzahl von Reflexionsbereichen in der Atemkalkpatrone reflektiert worden ist, wobei zur Bestimmung einer Intensität der von Atemkalk an einem Reflexionsbereich der Mehrzahl von Reflexionsbereichen reflektierten Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen die Strahlung aus dem Lichtleiter an einem von einer Mehrzahl von Auskoppelbereichen ausgekoppelt wird, an dem einen Reflexionsbereich von dem Atemkalk reflektiert wird, die reflektierte Strahlung wieder an einem Einkoppelbereich in den Lichtleiter eingekoppelt wird und eine Intensität der an dem Reflexionsbereich reflektierten Strahlung für jede Wellenlänge einzeln bestimmt wird.
Weiterhin ist es bevorzugt zur Bestimmung des Sättigungsgrades eine Vorrichtung zu verwenden, bei der die mindestens eine Strahlungsquelle, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Intensität der reflektierten Strahlung sowie eine Datenverarbeitungseinheit in einem Gehäuse angeordnet sind, und eine Atemkalkpatrone verwendet wird, in der der Lichtleiter angeordnet ist, wobei zur Bestimmung des Sättigungsgrades das Gehäuse zunächst über ein Kupplungselement oder Kuppelelement lösbar mit dem Lichtleiter verbunden wird.
Die erfindungsgemäßen Verfahren sind aus den gleichen Gründen vorteilhaft wie die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die die gleichen Merkmale wie die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens aufweisen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert, die sechs Ausführungsbeispiele darstellen, wobei
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,
4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt,
5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt und
6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
In 1 ist zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Strahlungs- oder Lichtquellen 1, die dazu eingerichtet sind, Strahlung einer Mehrzahl von Wellenlängen zu emittieren, wobei die Strahlungsquelle 1 lediglich dazu eingerichtet ist, Strahlung mit einer ersten und einer zweiten Wellenlänge zu emittieren. Die erste und die zweite Wellenlänge liegen vorzugsweise im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann es sich bei den Lichtquellen 1 um weiße LEDs, die über ein breites Spektrum im sichtbaren Spektralbereich Licht emittieren, oder auch um Strahlungselemente handeln, die über ein breites Spektrum im infraroten Spektralbereich Licht bzw. Strahlung emittieren. Die emittierte Strahlung wird in einen für den jeweiligen Spektralbereich geeigneten Lichtleiter 3 eingekoppelt, der dazu eingerichtet ist, zumindest teilweise in einer mit Atemkalk 5 gefüllten Atemkalkpatrone (nicht dargestellt) angeordnet zu werden.
Zwischen den Strahlungsquellen 1 und dem Lichtleiter 3 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel geeignete Kollimationslinsen 7 vorgesehen, die die von den Strahlungsquellen 1 emittierte Strahlung bündeln und in eine vorbestimmte Richtung in den Lichtleiter 3 einkoppeln. Die Kollimationslinsen 7 sind hier nur ein Beispiel für weitere optische Elemente, die im Strahlgang zwischen den Strahlungsquellen 1 und dem Lichtleiter 3 Anwendung finden können.
Die von den Strahlungsquellen 1 in den Lichtleiter 3 eingekoppelte Strahlung wird an einer Mehrzahl von Auskoppelbereichen 9 aus dem Lichtleiter 3 derart ausgekoppelte, dass sie von dem Atemkalk 5 reflektiert und wieder in den Lichtleiter 3 an einem Einkoppelbereich 11 eingekoppelt werden kann. Die Auskoppelbereiche 9 und Einkoppelbereiche 11 fallen in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zusammen. Dabei ist die von den Kollimationslinsen 7 gebildete Optik derart eingerichtet, dass jede Strahlungsquelle 1 genau einen Auskoppelbereich 9 beleuchtet bzw. dass die von jeder Strahlungsquelle 1 emittierte Strahlung auf genau einen Auskoppelbereich 9 trifft. Die wieder in den Lichtleiter 3 eingekoppelte Strahlung wird nachfolgend von diesen zu einem Sensor 13 geleitet, der dazu eingerichtet ist, eine Intensität von Strahlung mit der ersten oder zweiten Wellenlänge unabhängig voneinander zu bestimmen.
Sämtliche an den Einkoppelbereichen 11 eingekoppelte Strahlung wird zu dem einzigen Sensor 13 geleitet, der wellenlängenselektiv ist. Mit anderen Worten kann der Sensor 13 von einem Benutzer bzw. einer in 1 nicht dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung so angesteuert werden, dass er eine Intensität nur von einer Strahlung mit der ersten bzw. mit der zweiten Wellenlänge misst. Derartige Sensoren sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung ist dazu eingerichtet, den Sättigungsgrad von Atemkalk 5 in einer Atemkalkpatrone an mehreren Reflexionsbereichen zu bestimmen. Diese Reflexionsbereiche liegen im vorliegenden Ausführungsbeispiel direkt dort, wo die an den Auskoppelbereichen 9 ausgekoppelte Strahlung auf den Atemkalk 5 trifft und von diesem reflektiert wird. Um den Sättigungsgrad des Atemkalks 5 an einem bestimmten Reflexionsbereich zu bestimmen, wird zunächst nur die Strahlungsquelle 1 aktiviert, die den zu diesem bestimmten Reflexionsbereich gehörigen Auskoppelbereich 9 beleuchtet. Da die Strahlungsquelle 1 ein breitbandiger Strahler ist, emittiert sie Strahlung mit der ersten und der zweiten Wellenlänge zeitgleich. Die an dem Reflexionsbereich reflektierte Strahlung wird an dem entsprechenden Einkoppelbereich 11 wieder in den Lichtleiter 3 eingekoppelt und von diesem zu dem Sensor 13 geleitet. Der Sensor 13 erfasst nacheinander zunächst die Intensität der reflektierten Strahlung mit der ersten Wellenlänge und mit der zweiten Wellenlänge. Die Intensitäten werden an die Datenverarbeitungseinrichtung übertragen, die diese auswertet und einen Sättigungsgrad des Atemkalks in dem Reflexionsbereich bestimmt, beispielsweise aus dem Vergleich einer aus den im sichtbaren Spektralbereich gemessenen Intensitäten der reflektierten Strahlung bestimmten Farbe mit einer vorher gemessenen Farbe von unverbrauchtem Atemkalk, der noch kein CO₂ gebunden hat, oder aus einem Vergleich der Intensität von reflektierter Strahlung, die von Ca(OH)₂ absorbiert wird, dass noch kein CO₂ gebunden hat, und der Intensität von reflektierter Strahlung, die von bereits in CaCO₃ umgewandeltem Ca(OH)₂ absorbiert wird.
Nachfolgend wird die lokale Sättigung des Atemkalks 5 an den weiteren Reflexionsbereichen bestimmt, indem die weiteren Strahlungsquellen 1 nacheinander eingeschaltet werden und der Sensor 13 abwechselnd Intensitäten von Strahlung mit der ersten und der zweiten Wellenlänge misst. Indem der Sättigungsgrad an mehreren Orten parallel im Atemkalk 5 gemessen wird, kann die Datenverarbeitungseinrichtung ein verbleibendes CO₂-Bindevermögen der Atemkalkpatrone bestimmen. Eine verbleibende Nutzungsdauer der Atemkalkpatrone oder ein verbleibendes CO₂-Bindevermögen kann einem Verwender nachfolgend von der Datenverarbeitungseinrichtung über eine entsprechende geeignete Anzeigeeinheit ausgegeben werden.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung ist insbesondere vorteilhaft, da mit ihr der Sättigungsgrad unabhängig von der Lage des Atemkalks 5 in der Atemkalkpatrone relativ zu den Auskoppelbereichen 9 und Einkoppelbereichen 11 des Lichtleiters 3 bestimmt werden kann. Im Gegensatz zu Vorrichtungen, die lediglich bei einer einzigen Wellenlänge bzw. über einen einzigen Wellenlängenbereich eine Intensität der Strahlung messen, kann nicht bereits durch eine veränderte Lage von einzelnen Atemkalkkörnern eine vermeintliche Sättigung des Atemkalks 5 gemessen werden, da die Strahlung beider Wellenlängen in gleicher Weise durch eine veränderte reflektierende Oberfläche anders abgeschwächt wird.
Werden eine erste und zweite Wellenlänge im sichtbaren Bereich verwendet, so kann ein Verwender des Atemkalks zudem auch visuell den Sättigungsgrad überprüfen. Bei einer alternativen Verwendung von einer geeigneten ersten und zweiten Wellenlänge im infraroten Spektralbereich, kann auf besonders vorteilhafte Weise auf eine Beimengung eines pH-Indikators in den Atemkalk verzichtet werden, wodurch dieser auch für große Drücke geeignet wird. Zudem kann auf diese Weise die Sättigung des Atemkalks direkt aus den Anteilen von noch unverbrauchtem Ca(OH)₂ und von bereits in CaCO₃ umgewandeltem und damit verbrauchtem Ca(OH)₂ bestimmt werden. Auch besteht nicht die Gefahr, dass sich der Atemkalk bei längeren Unterbrechungen der Benutzung wieder entfärbt und es zu einer Fehlbestimmung des Sättigungsgrads kommt. Im Gegensatz zu anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, ist hierzu jedoch keine kontinuierliche Messung notwendig.
Die Verwendung von Strahlung mit einer ersten und einer zweiten Wellenlänge im infraroten Spektralbereich stellt ein eigenständiges erfinderisches und vorteilhaftes Konzept dar, bei dem die Strahlung auch direkt aus der Strahlungsquelle ohne Verwendung eine Wellenleiters in den Atemkalk eingebracht werden kann.
Weiterhin ist die in 1 dargestellte Vorrichtung vorteilhaft, da die aufwändig herzustellenden und teuren Elektronik- und Optikkomponenten sowie die teure Datenverarbeitungseinrichtung in einem von der Atemkalkpatrone getrennten Gehäuse angeordnet werden können und insbesondere fester Bestandteil eines Beatmungsgerätes oder eines Kreislauftauchgerätes sein können. Der Lichtleiter 3 kann hingegen in der häufig ausgetauschten Atemkalkpatrone angeordnet werden. Zudem benötigt die Vorrichtung lediglich einen einzigen Sensor 13, um den Sättigungsgrad von Atemkalk 5 in verschiedenen Tiefen zu bestimmen. Daher ist die Vorrichtung besonders kostengünstig herzustellen.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist wie auch die in den weiteren Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele jeweils dazu eingerichtet, eine Intensität der von Atemkalk 5 an drei Reflexionsbereichen reflektierten Strahlung zu bestimmen. Es ist allerdings ohne weiteres denkbar, eine Intensität der von Atemkalk an mehr oder weniger als drei Bereichen reflektierten Strahlung zu bestimmen. Auch eine Verwendung von mehr als zwei verschiedenen Wellenlängen ist beispielsweise möglich. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Bestimmung unabhängig von der Schüttung des Atemkalks erfolgen soll oder in der Atemkalkpatrone Feuchte bzw. kondensiertes Wasser erfasst werden soll.
In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei in 2 und den nachfolgenden Figuren gleichlautende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen. Des Weiteren wird nur auf solche Elemente der in den 2–6 beschriebenen Ausführungsbeispiele näher eingegangen, die von vorausgehenden Ausführungsbeispielen abweichen.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst eine einzige Strahlungsquelle 1, die jedoch ein erstes lichtemittierendes Element 15 und ein zweites lichtemittierendes Element 17 aufweist. Die Strahlungsquelle 1 ist dazu eingerichtet, zeitversetzt Licht mit dem ersten lichtemittierenden Element 15 und mit dem zweiten lichtemittierenden Element 17 zu emittieren. Beispielsweise sind die lichtemittierenden Elemente 15, 17 LEDs, die je ein schmalbandiges Emissionsspektrum aufweisen. Dabei umfasst das Spektrum der ersten LED 15 die erste Wellenlänge und das Spektrum der zweiten LED 17 die zweite Wellenlänge. Der Vollständigkeit halber sei drauf hingewiesen, dass es sich bei der dargestellten Strahlungsquelle 1 nur um eine Möglichkeit handelt, eine Strahlungsquelle 1 zu realisieren, die zeitversetzt Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen emittieren kann. Dem Fachmann sind andere Strahlungsquellen, mit denen Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen zeitversetzt erzeugt werden kann, hinlänglich bekannt.
Die von der Strahlungsquelle 1 emittierte Strahlung wird in den Lichtleiter 3 eingekoppelt und an entsprechenden Auskoppelbereichen 9 aus dem Lichtleiter 3 ausgekoppelt, vom Atemkalk 5 reflektiert und wieder in den Lichtleiter 3 eingekoppelt. Die wieder eingekoppelte, reflektierte Strahlung wird zu den drei Sensoren 13 geleitet, wobei zwischen den Sensoren 13 und dem Lichtleiter 3 optische Elemente in Form von Kollimationslinsen 7 vorgesehen sind. Die Kollimationslinsen 7 sind dazu eingerichtet, lediglich an einem bestimmten Einkoppelbereich 11 eingekoppelte Strahlung zu genau einem der drei Sensoren 13 zu leiten, sodass jedem der drei Sensoren 13 genau ein Einkoppelbereich 11 und damit ein Reflexionsbereich im Atemkalk 5 zugeordnet ist.
Um den Sättigungsgrad des Atemkalks 5 in den jeweiligen Reflexionsbereichen zu bestimmen, werden abwechselnd das erste lichtemittierende Elemente 15 und das zweite lichtemittierende Element 17 aktiviert. Mit anderen Worten emittiert die Strahlungsquelle 1 abwechselnd Licht mit der ersten Wellenlänge und Licht mit der zweiten Wellenlänge. Das Licht wird gleichzeitig in allen drei Auskoppelbereichen 9 aus dem Lichtleiter 3 ausgekoppelt, von dem Atemkalk 5 reflektiert und wieder in den Lichtleiter 3 eingekoppelt. Entsprechend messen alle drei Sensoren 13 gleichzeitig die Intensität der von dem Atemkalk 5 an dem jeweils zugeordneten Reflexionsbereich reflektierten Strahlung. Die gemessenen Intensitäten werden zusammen mit der Information, welches der lichtemittierenden Elemente 15, 17 aktiviert war, an eine nicht dargestellte Datenverarbeitungseinrichtung übertragen, die diese – wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben – auswertet.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel bietet neben den grundsätzlichen Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den Vorteil, dass besonders einfache Detektoren bzw. Sensoren 13 eingesetzt werden können, da diese nicht wellenlängenselektiv sein müssen.
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in 3 dargestellt, bei dem der Lichtleiter 3 eine Mehrzahl von Lichtleitern 19, 21, 23 umfasst, die physisch voneinander getrennt sind, sodass keine Strahlung zwischen den Lichtleitern 19, 21, 23 übertreten kann. Jedem der Lichtleiter 19, 21, 23 ist je eine Strahlungsquelle 1 und je ein Sensor 13 zugeordnet. Es ist sowohl vorstellbar, dass die Strahlungsquellen 1 Strahlung mit einem breitbandigen Spektrum emittieren, dass sowohl die erste als auch die zweite Wellenlänge umfasst, als auch dass es sich um eine Strahlungsquelle 1 mit zwei lichtemittierenden Elementen 15, 17 handelt, die zu verschiedenen Zeitpunkten Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen emittieren kann. Entsprechend können die Sensoren 13 entweder breitbandige Sensoren sein, die nicht wellenlängenselektiv sind, oder Sensoren 13, die wellenlängenselektiv sind, wobei offensichtlich entweder die Sensoren 13 oder die Strahlungsquellen 1 zeitweise auf nur eine der beiden Wellenlängen einschränkbar sind.
Die in 3 dargestellte Vorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie besonders kompakt ist.
Eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 4 dargestellt, bei der das Licht einer einzigen Strahlungsquelle 1 über eine Kollimationslinse 7 auf einen Strahlteiler 25 fällt und von diesem in einen Lichtleiter 3 eingekoppelt wird. Die Strahlungsquelle 1 ist vorzugsweise ein breitbandiger Strahler. Es ist allerdings auch denkbar, dass die Strahlungsquelle 1 zeitversetzt Strahlung mit der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge emittiert.
Der Lichtleiter 3 umfasst vorzugsweise ebenfalls eine Mehrzahl von Lichtleitern 19, 21, 23, auch wenn dies in 3 nicht dargestellt ist. Die aus dem Lichtleiter 3 ausgekoppelte, reflektierte und wieder eingekoppelte Strahlung trifft erneut auf den Strahlteiler 25 und wird durch diesen hindurch auf einen Sensor 13 in Form einer Kamera gelenkt. Der Sensor 13 weist eine Sensorfläche mit einer Vielzahl von Sensorelementen auf, wobei einzelne Sensorelemente entweder eine Intensität von Strahlung mit der ersten Wellenlänge oder von Strahlung mit der zweiten Wellenlänge messen. Vorzugsweise ist der Sensor 13 ein CCD- oder CMOS-Chip.
Eine Bestimmung des Sättigungsgrads des Atemkalks 5 erfolgt mit der in 4 dargestellten Vorrichtung analog zur Bestimmung des Sättigungsgrads mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die in 4 dargestellte Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da die Verwendung einer Kamera als Sensor 13 Fertigungstoleranzen im Bereich der Kopplung von Lichtleiter und Sensor 13 bzw. Lichtquelle 1 ausgleichen kann. Die Sensorfläche umfasste vorzugweise deutlich mehr Sensorelemente als notwendig wären, um das Licht von sämtlichen Einkoppelbereichen zu erfassen, sodass bei einer nicht exakten Positionierung des Lichtleiters 3 zum Sensor 13 trotzdem die gesamte eingekoppelte Strahlung erfasst wird, wobei eine Zuordnung von Sensorelementen zu einem Einkoppelbereich in bekannter Weise mit einfachen Mitteln der Bildverarbeitung in der Datenverarbeitungseinrichtung durchgeführt werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 5 dargestellt. Ergänzend zu den bisher dargestellten Vorrichtungen sind der Sensor 13, die Strahlungsquelle 1, der Strahlteiler 25 sowie das optische Element in Form einer Kollimationslinse 7 in einem Gehäuse 27 angeordnet, dass zudem eine Datenverarbeitungseinrichtung 29 umfasst. Die Datenverarbeitungseinheit 29 ist über Datenleitungen 31 mit der Strahlungsquelle 1 und dem Sensor 13 verbunden. Weiterhin ist in 5 eine Atemkalkpatrone 33 dargestellt, die mit Atemkalk 5 gefüllt ist und in der der Lichtleiter 3 angeordnet ist, der die Mehrzahl von Lichtleitern 19, 21, 23 umfasst. Zur optischen Verbindung oder Kopplung der in dem Gehäuse 27 angeordneten Elemente 1, 7, 13, 25 mit dem Lichtleiter 3, der fest in der Atemkalkpatrone 33 angeordnet ist, ist ein Kopplungselement 35 vorgesehen. Die Atemkalkpatrone 33 wird in der durch den Pfeil dargestellten Strömungsrichtung 37 von einem Gasstrom durchströmt, der von CO₂ gereinigt werden soll.
Die in 5 dargestellte Vorrichtung erlaubt zum einen die bereits in Bezug auf 4 beschriebene vorteilhafte Kopplung der optischen Elemente mit dem Lichtleiter 3 mittels eines Kopplungselementes 35, wobei eine derartige Kopplung grundsätzlich auch bei jedem der anderen dargestellten Ausführungsbeispiele möglich ist. Durch eine Anordnung der Kollimationslinse 7 zwischen den Kupplungselement 35 und dem Strahlteiler 25 wird zudem eine größengleiche Abbildung der Einkoppelbereiche 11 auf der Sensorfläche des Sensors 13 ermöglicht.
Zuletzt ist in 6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Sättigungsgrads einer Atemkalkpatrone dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend kurz anhand der bereits vorgestellten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen beschrieben, allerdings kann es auch mit anderen geeigneten Vorrichtungen durchgeführt werden.
In einem ersten Schritt 39 wird zunächst eine Intensität von Strahlung mit der ersten und der zweiten Wellenlänge, die von unverbrauchten Atemkalk 5, d. h. Atemkalk 5, der noch kein CO₂ gebunden hat, reflektiert worden ist, erlernt. Dazu kann entweder die Intensität aus einer Datenbank ausgelesen werden oder aber es wird in bevorzugter Form mittels der Vorrichtung die Intensität von an unverbrauchtem Atemkalk 5 reflektierter Strahlung mit der ersten und der zweiten Wellenlänge mit den bereits beschriebenen Schritten bestimmt. Letzteres ist bevorzugt, da so die besonderen Charakteristiken der Vorrichtung und auch der Verbindung zwischen den optischen Elementen und dem Lichtleiter 3 berücksichtigt werden.
Sobald die Atemkalkpatrone 5 für einige Zeit zur Reinigung von Atemluft von CO₂ in einem Beatmungsgerät oder einem Kreislauftauchgerät verwendet worden ist, wird in einem zweiten Schritt 41 die Intensität der von dem Atemkalk 5 reflektierter Strahlung mit der ersten und der zweiten Wellenlänge wie zuvor beschrieben von der Vorrichtung erfasst. In einem dritten Schritt 43 wird die im zweiten Schritt 41 erfasste Intensität mit der im ersten Schritt 39 erlernten Intensität von an unverbrauchtem Atemkalk 5 reflektierter Strahlung verglichen. Dabei kann der Vergleich der Intensitäten für die erste und die zweite Wellenlänge getrennt durchgeführt werden, es ist aber auch denkbar, dass aus der Intensität der reflektierten Strahlung mit der ersten und der zweiten Wellenlänge zunächst eine Farbe bestimmt wird und die bestimmten Farben miteinander verglichen werden. Ergibt dieser Vergleich, dass der Atemkalk 5 gesättigt ist, d. h. der Atemkalk 5 kann kein weiteres CO₂ aus der Atemluft binden, dann wird in einem folgenden Schritt 45 ein Alarm ausgegeben. Ergibt der Vergleich hingegen, dass der Atemkalk 5 noch nicht gesättigt ist, so wird in einem alternativen Schritt 47 beispielsweise eine geschätzte verbleibende Restnutzungszeit der Atemkalkpatrone 33 ausgegeben. Zur Ausgabe des Alarms und der verbleibenden Restnutzungszeit kann beispielsweise eine optische Anzeige und/oder eine akustische Ausgabemöglichkeit vorgesehen sein.
Mit dem Verfahren kann auf besonders vorteilhafte Weise nicht nur lediglich die Intensität von an Atemkalk 5 in einem einzigen Bereich in der Atemkalkpatrone 33 reflektierten Strahlung erfasst werden, sondern die Intensität von an einer Mehrzahl von Bereichen in der Atemkalkpatrone 33 reflektierter Strahlung. Hierdurch lässt sich insbesondere eine verbesserte Abschätzung einer verbleibenden Restnutzungszeit erreichen, da der Atemkalk 5 im Eintrittsbereich der Gasströmung in die Atemkalkpatrone 33 schneller gesättigt ist als in Bereichen, die näher an einer Austrittsöffnung der Gasströmung aus der Atemkalkpatrone 33 liegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist aus den gleichen Gründen vorteilhaft, wie die entsprechenden Vorrichtungen, die die gleichen Merkmale aufweisen. Zur Durchführung des Verfahrens mit einer der erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden vorzugsweise die Datenverarbeitungseinrichtungen angepasst. Mit anderen Worten weisen die Datenverarbeitungseinrichtungen geeignete Schnittstellen auf und geeignete Software ist auf den Datenverarbeitungseinrichtungen installiert, die eine Durchführung des Verfahrens ermöglicht.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung des Sättigungsgrades von Atemkalk (5) mit mindestens einer Strahlungsquelle (1), die dazu eingerichtet ist, Strahlung mit einer Mehrzahl von Wellenlängen zu emittieren, wobei die Mehrzahl von Wellenlängen zumindest eine erste und eine zweite Wellenlänge umfasst, mindestens einem Sensor (13), der dazu eingerichtet ist, eine Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen zu messen, und einer Datenverarbeitungseinheit (29), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Lichtleiter (3) umfasst, der zumindest teilweise in einer mit Atemkalk (5) gefüllten Atemkalkpatrone (33) angeordnet werden kann, die mindestens eine Strahlungsquelle (1), der Lichtleiter (3) und der mindestens eine Sensor (13) derart angeordnet und eingerichtet sind, dass von der mindestens einen Strahlungsquelle (1) emittierte Strahlung durch den zumindest teilweise in der Atemkalkpatrone (33) angeordneten Lichtleiter (3) geleitet wird, Strahlung aus dem Lichtleiter (3) ausgekoppelt wird, von dem Atemkalk (5) reflektierte Strahlung wieder in den Lichtleiter (3) eingekoppelt wird und durch den Lichtleiter (3) zu dem mindestens einen Sensor (13) geleitet wird, die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Intensität der von der Strahlungsquelle (1) emittierten und von dem Atemkalk (5) reflektierten Strahlung für jede Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen einzeln zu bestimmen, und die Datenverarbeitungseinrichtung (29) dazu eingerichtet ist, aus den bestimmten Intensitäten einen Sättigungsgrad des Atemkalks (5) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wellenlänge im infraroten Spektralbereich liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich liegen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens Strahlungsquelle (1), der Lichtleiter (3) und der mindestens eine Sensor (13) derart angeordnet und eingerichtet sind, dass Strahlung an einer Mehrzahl von Auskoppelbereichen (9) aus dem zumindest teilweise in der Atemkalkpatrone angeordneten Lichtleiter (3) ausgekoppelt wird und dass die ausgekoppelte und von Atemkalk (5) an einer Mehrzahl von Reflexionsbereichen reflektierte Strahlung an einer Mehrzahl von Einkoppelbereichen (11) wieder in den Lichtleiter (3) eingekoppelt wird, wobei eine gleiche Anzahl von Auskoppelbereichen (9), Reflexionsbereichen und Einkoppelbereichen (11) vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Intensität der von dem Atemkalk (5) reflektierten und wieder in den Lichtleiter (3) eingekoppelten Strahlung für jeden Einkoppelbereich (11) für jede Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen einzeln zu bestimmen, und die Datenverarbeitungseinrichtung (29) dazu eingerichtet ist, aus den bestimmten Intensitäten an den verschiedenen Reflexionsbereichen einen Sättigungsgrad des Atemkalks (5) in der Atemkalkpatrone (33) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Strahlungsquellen (1) vorgesehen ist, wobei jede Strahlungsquelle (1) der Mehrzahl von Strahlungsquellen (1) dazu eingerichtet ist, Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen zu emittieren, und wobei die Mehrzahl von Strahlungsquellen (1) und der Lichtleiter (3) derart angeordnet und eingerichtet sind, dass von einer Strahlungsquelle (1) emittierte Strahlung an genau einem Auskoppelbereich (9) aus dem Lichtleiter (3) ausgekoppelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor (13) der Mehrzahl von Sensoren (13) dazu eingerichtet ist, eine Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlänge zu messen, und wobei die Mehrzahl von Sensoren (13) und der Lichtleiter (3) derart angeordnet und eingerichtet sind, dass von jedem Sensor (3) die Intensität von an einem Einkoppelbereich (11) in den Lichtleiter (3) wieder eingekoppelter reflektierter Strahlung gemessen werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Strahlungsquelle (1) und vorzugsweise alle Strahlungsquellen (1) dazu eingerichtet sind, zu jedem Zeitpunkt lediglich Strahlung mit einer Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen zu emittieren, wobei zumindest ein Sensor (13) und vorzugsweise alle Sensoren (13) dazu eingerichtet sind, Intensität von Strahlung nicht wellenlängenselektiv zu messen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Strahlungsquelle (1) und vorzugsweise alle Strahlungsquellen (1) dazu eingerichtet sind, Strahlung mit allen Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen zeitgleich zu emittieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (13) und vorzugsweise alle Sensoren (13) dazu eingerichtet sind, Intensität von Strahlung wellenlängenselektiv zu messen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Sensor (13) eine Sensorfläche mit einer Mehrzahl von Sensorelementen umfasst, wobei der Sensor (13) Intensität von Strahlung wellenlängenselektiv misst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, sofern abhängig von Anspruch 4, wobei der Sensor (13) mit einer Sensorfläche mit einer Mehrzahl von Sensorelementen und der Lichtleiter (3) derart angeordnet und eingerichtet sind, dass eine Intensität von an jedem Einkoppelbereich (11) eingekoppelter reflektierter Strahlung von zumindest einem Sensorelement gemessen wird, wobei vorzugsweise mehr Sensorelemente als Einkoppelbereiche (11) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Gehäuse (27) aufweist, in dem alle Strahlungsquellen (1), alle Sensoren (13) und die Datenverarbeitungseinheit (29) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (27) über ein Kopplungselement (35) lösbar mit dem in einer mit Atemkalk (5) gefüllten Atemkalkpatrone (33) angeordneten Lichtleiter (3) verbunden ist.
Verfahren zur Bestimmung eines Sättigungsgrades von Atemkalk (5) in einer Atemkalkpatrone (33), bei dem der Sättigungsgrad aus einem Vergleich einer Intensität von Strahlung mit einer Mehrzahl von Wellenlängen, wobei die Mehrzahl von Wellenlängen zumindest eine erste und eine zweite Wellenlänge umfasst, die von Atemkalk (5), mit dem bereits CO₂ gebunden worden ist, reflektiert worden ist, mit einer Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen, die von Atemkalk (5) reflektiert worden ist, der noch kein CO₂ gebunden hat, bestimmt wird, wobei zur Bestimmung einer Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen, die von Atemkalk (5) reflektiert worden ist, eine Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen von mindestens einer Strahlungsquelle (1) emittiert wird, die Strahlung in einen Lichtleiter (3) eingekoppelt wird, der zumindest teilweise in der Atemkalkpatrone (33) verläuft, die Strahlung aus dem Lichtleiter (3) ausgekoppelt, an dem Atemkalk (5) reflektierte Strahlung in den Lichtleiter (3) wieder eingekoppelt wird, eine Intensität der von dem Atemkalk (5) reflektierten Strahlung einzeln für jede Wellenlänge der Mehrzahl von Wellenlängen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sättigungsgrad des Atemkalks (5) aus einem Vergleich der Intensität der von ungesättigtem Atemkalk (5) reflektierten Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen mit der Intensität von Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen bestimmt wird, die an einer Mehrzahl von Reflexionsbereichen in der Atemkalkpatrone (33) reflektiert worden ist, wobei zur Bestimmung einer Intensität der von Atemkalk (5) an einem Reflexionsbereich der Mehrzahl von Reflexionsbereichen reflektierten Strahlung mit der Mehrzahl von Wellenlängen die Strahlung aus dem mindestens einen Lichtleiter (3) an einem von einer Mehrzahl von Auskoppelbereichen (9) ausgekoppelt wird, an dem einen Reflexionsbereich von dem Atemkalk (5) reflektiert wird, die reflektierte Strahlung wieder an einem Einkoppelungsbereich (11) in den Lichtleiter (3) eingekoppelt wird und eine Intensität der an dem Reflexionsbereich reflektierten Strahlung für jede Wellenlänge einzeln bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Sättigungsgrades eine Vorrichtung verwendet wird, bei der die mindestens eine Strahlungsquelle (1), eine Vorrichtung zur Bestimmung der Intensität der reflektierten Strahlung sowie eine Datenverarbeitungseinheit (29) in einem Gehäuse (27) angeordnet sind, und eine Atemkalkpatrone (33) verwendet wird, in der der Lichtleiter (3) angeordnet ist, wobei zur Bestimmung des Sättigungsgrades das Gehäuse (27) zunächst über ein Kupplungselement (35) lösbar mit dem Lichtleiter (3) verbunden wird.