DE102014112261A1 - Vorrichtung zur Strömungsmessung - Google Patents

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Abstract

Die Vorrichtung dient zur Messung einer Gasströmung bei einer medizintechnischen Einrichtung. Die Vorrichtung weist mindestens einen im Bereich eines Strömungskanals angeordneten Sensor auf. Der Sensor ist über mindestens eine Verbindungseinrichtung mit einem Basisgerät koppelbar. Die Verbindungseinrichtung weist mindestens einen von einem Steckergehäuse gehalterten Stecker (6) auf. Das Steckergehäuse ist im Bereich einer Wandung des Strömungskanals arretierbar. Im Bereich des Steckergehäuses sind eine Verarbeitungseinheit für mindestens ein Sensorsignal sowie eine Übertragungseinheit für mindestens einen Übertragungskanal angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines Gasstromes bei einer medizintechnischen Einrichtung, die mindestens einen im Bereich eines Strömungskanals angeordneten Sensor aufweist, der über mindestens eine Verbindungseinrichtung mit einem Basisgerät koppelbar ist.
  • In konventionellen Beatmungssystemen werden patientennah aufgenommene Messwerte wie Druck oder Fluss meist pneumatisch zum angeschlossenen Gerät (z. B. Beatmungsgerät) geliefert. Weitere Messwerte werden teils durch Absaugung von Gasen zur Analyse im Beatmungsgerät (z. B. CO2) erhoben. Vereinzelt werden auch elektrische Signale, meist analog, aufgezeichnet und einzeln zum Gerät geleitet. Die Konnektion der einzelnen Zubehörteile erfolgt hintereinander und jedes ist mechanisch und elektrisch einzeln gelöst. Dies bringt mehrere Nachteile mit sich. Zum einen steigt die Latenz bei pneumatisch übermittelten Signalen, die Anzahl der Leitungen nimmt mit jedem Sensor zu und die Abschirmung und ESD/EMV-Festigkeit jedes elektrischen Signals muss jeweils einzeln gelöst werden. Der mechanische Schutz gegen Sturz oder Abziehen ist jeweils einzeln gelöst, außerdem steigen das Gewicht des Gesamtsystems, sowie die Größe des Gesamtsystems mit jedem Zubehörteil stark an. Diese Probleme können durch eine geeignete Systemlösung umgangen und zusammen gelöst werden.
  • Das nachfolgend beschriebene System löst einige dieser Probleme durch eine Bündelung der Signale auf einem Übertragungskanal. Es beschreibt im Weiteren mechanische Lösungen das System aufzubauen, um die Effizienz des Systems zu steigern und zusätzlich die Robustheit, Handhabbarkeit, sowie leichte Aufbereitung zu unterstützen. Im Gesamtsystem können so alle oben beschriebenen Nachteile abgemildert oder gelöst werden.
  • Es wird eine patientennah angebrachte Verarbeitungseinheit verwendet, welche alle Sensorsignale sammelt und in einer geeigneten Form störungssicher zum Basisgerät übermittelt, dieses kann z. B. ein Beatmungsgerät oder ein Defibrillator sein. Diese Einheit kann auch zur Ansteuerung von Aktoren und zur Identifikation oder zur Initialisierung von beliebigem Zubehör eingesetzt werden, oder direkt Signale ausgeben (optisch, haptisch, akustisch oder per Display). Die Verarbeitungseinheit kommuniziert über eine kabelgebundene oder per Funkverbindung aufgebaute Schnittstelle mit dem Gerät und wird durch dieses mit Energie versorgt. Als Kommunikationsprotokoll sind beispielsweise eine USB-Verbindung oder eine RS485 Verbindung als kabelgebundene Verbindung denkbar, oder eine nicht kabelgebundene Datenübertragung per Bluetooth. Diese Verbindungen haben den Vorteil der Standardisierung und der Störunempfindlichkeit.
  • Mindestens einer der verwendeten Sensoren kann mechanisch über eine Verrastung an das System gekoppelt werden. Eine Implementation hiervon ist eine einschwenkbare Verrastung, welche durch Federkontakte eine elektrische Verbindung sicherstellt. Weitere Sensoren können per Funk (z. B. RFID) oder per Kabel (z. B. I2C, SPI oder UART) oder per optischer Übertragung angebunden werden. Die Energieversorgung dieser kann kabelgebunden oder per drahtloser (induktiv, optisch oder kapazitiv) Verbindung stattfinden, wenn eine solche von den Sensoren benötigt wird.
  • Die Datenverarbeitungseinheit umfasst mindestens einen Microcontroller, ein ASIC, eine programmierbare Logik oder eine andere Verarbeitungselektronik, welche in der Lage ist, Sensorsignale aufzubereiten und geeignet an das Gerät (z. B. Beatmungsgerät) weiter zu geben.
  • Die zentrale Datenverarbeitungseinheit kann patientennah im Stecker einer patientennahen Aktorik oder Sensorik untergebracht sein. Weiteres Zubehör können beispielsweise eine Beatmungsfernsteuerung, eine CO2-Messung, sowie eine Druckmessung sein. Als Aktor ist ein elektrisch aktuiertes Patientenventil denkbar. Einzelne Elemente können auch direkt in ihr integriert sein.
  • Im Besonderen wird eine Lösung zur Anbindung eines proximalen, direkt messsenden Sensors beschrieben. Dieser hat die primäre Funktion, den Gasfluss (Volumen- oder Massenstrom) zu messen. Im Weiteren kann durch dieses Sensorsystem optional eine Aussage über den CO2-Gehalt des Atemgases mit sehr geringer Latenz gewonnen werden, sowie der Druck an dieser Stelle bestimmt werden. Im Weiteren enthält dieses System mindestens ein Heizelement, um bei niedrigen Temperaturen eine Betauung zu verhindern und den Betrieb des Systems auch bei niedrigen Temperaturen zu gewährleisten.
  • Der beschriebene mechanische Aufbau hat folgende Vorteile: Er ist mit einer Hand zu bedienen, ist gegen versehentliches Lösen gesichert und bietet einen Schutz der Kontakte gegen Wasser und Verunreinigung (IP54). Der Schichtaufbau des Steckers schützt den angeschlossenen Sensor gegen Sturzschäden durch die Verwendung von Shock-absorbierenden Materialien (z. B. Silikon oder TPE).
  • Der hermetische Aufbau des Steckers erlaubt eine leichte Reinigung per Wisch oder Tauchdesinfektion. Andere Aufbereitungsmethoden wie Thermodesinfektion oder Autoklave sind auch möglich.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist, dass alle direkt mit dem Patienten in Kontakt tretenden Teile wie Patientenventil, Flusssensor und Beatmungsschlauch auch als Einwegprodukt denkbar sind. Das System selber ist nicht direkt kontaminiert und muss somit nur wischdesinfiziert werden. Somit ist das System umweltfreundlich und birgt das Potential für Kostenersparnis.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
  • 1 Eine perspektivische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Messung eines Gasstromes,
  • 2 die Vorrichtung gemäß 1 nach einem Abnehmen des Steckers,
  • 3 eine Ansicht der Anordnung gemäß 2 schräg von oben, und
  • 4 eine perspektivische Seitenansicht des Steckers.
  • Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Messung eines Gasstromes ein rohrartiges Basiselement (1) auf. Das Basiselement (1) besitzt tubusförmige Anschlusselemente (2, 3) sowie ein die Anschlusselemente (2, 3) ineinander überleitendes Verbindungselement (4). Das Verbindungselement (4) besitzt einen geringeren Außendurchmesser als die Anschlusselemente (2, 3). Im Bereich des Verbindungselements (4) ist ein Aufnahmeelement (5) angeordnet, das zur Verbindung mit einem Stecker (6) gestaltet ist. Der Stecker (6) ist mit einem Kabel (7) verbunden.
  • 2 zeigt die Anordnung gemäß 1 nach einem Abnehmen des Steckers (6) vom Aufnahmeelement (5). Es ist zu erkennen, dass das Aufnahmeelement (5) mit einem Aufnahmeraum (8) versehen ist.
  • Aus der Darstellung in 3 ist zu erkennen, dass im Bereich des Aufnahmeraumes (8) eine mit Kontakten (9) versehene Schaltung (10) angeordnet ist. Typischerweise ist die Schaltung (10) auf einer Platine angeordnet. Die Platine ist im Bereich ihrer einem Innenraum des Verbindungselementes (4) zugewandten Ausdehnung mit einem Sensor versehen. Der Sensor dient zur Messung einer Gasströmung. Insbesondere kann der Sensor auch zur messtechnischen Erfassung mindestens einer Gaskomponente konstruiert sein.
  • Im Bereich der Schaltung (10) kann ein Heizelement angeordnet sein, das der Schaltung (10) eine Temperatur verleiht, die eine Kondensation von Feuchtigkeit verhindert. Das Kabel (7) ist vorzugsweise als ein mehradriges Kabel ausgebildet. Insbesondere ist daran gedacht, den Sensor als einen Hauptstromsensor auszubilden und anzuordnen, der in einem direkten Kontakt mit der zu messenden Gasströmung steht. Eine Anordnung des Sensors als Hauptstromsensor vermeidet die Anordnung in einem Nebenstrom. Bevorzugt wird eine direkte Flussmessung durchgeführt.
  • Aus der perspektivischen Seitenansicht in 4 ist zu erkennen, dass der Stecker (6) mit Kontakten (11) versehen ist, die angepasst zu den Kontakten (9) der Schaltung (10) angeordnet sind. Durch die Anordnung der Kontakte (6, 10) wird gewährleistet, dass nach einem Aufsetzen des Steckers (6) auf das Aufnahmeelement (5) eine vorgesehene elektrische Verbindung hergestellt ist.
  • 4 veranschaulicht ebenfalls, dass der Stecker (6) ein Arretierungselement (12) besitzt, das mit einer Rastung (13) versehen ist. Das Arretierungselement (12) ist als eine biegsame Zunge realisiert. Hierdurch werden federnde Eigenschaften generiert.
  • Nach einem Aufsetzen des Steckers (6) auf das Aufnahmeelement hintergreift die Rastung (13) einen Vorsprung am Basiselement (1) und fixiert hierdurch den Stecker (6) am Basiselement (1).

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Strömungsmessung eines Gasstromes bei einer medizintechnischen Einrichtung, die mindestens einen im Bereich eines Strömungskanals angeordneten Sensor aufweist, der über mindestens eine Verbindungseinrichtung mit einem Basisgerät koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung mindestens einen von einem Steckergehäuse gehalterten Stecker (6) aufweist, wobei das Steckergehäuse im Bereich einer Wandung des Strömungskanals arretierbar ist und wobei im Bereich des Steckergehäuses eine Verarbeitungseinheit für mindestens ein Sensorsignal sowie eine Übertragungseinheit für mindestens einen Übertragungskanal angeordnet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bündelung der Signale auf einem einzigen Übertragungskanal implementiert ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die medizintechnische Einrichtung als eine Beatmungseinrichtung ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die medizintechnische Einrichtung als ein Defibrillator ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das die Übertragungseinheit für eine kabelgebundene Übertragung ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinheit für eine Funkübertragung ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckergehäuse eine einschwenkbare Verrastung aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als ein proximaler direktmessender Sensor ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Verarbeitungseinheit mindestens ein Heizelement angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung mindestens einer Gaskomponente des Gasstroms ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung von Kohlendioxid ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung im Bereich eines elektronischen Chips angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (6) mit einem Kabel (7) versehen ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (7) mehradrig ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als ein Hauptstromsensor ausgebildet ist.
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