DE102015000175B3

DE102015000175B3 - Narkosemitteldosierer

Info

Publication number: DE102015000175B3
Application number: DE102015000175.2A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Manigel; Klaus Radomski; Uwe Bartels
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2015-01-02
Filing date: 2015-01-02
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2035-01-03
Also published as: CN105749400B; US10682485B2; CN105749400A; FR3031314A1; FR3031314B1; US20160193441A1

Abstract

Narkosemitteldosierer (1) mit einem Trägergaseinlass (3) und einem Narkosegasauslass (4), die über einen Bypasskanal (7) und einen hierzu strömungstechnisch parallel angeordneten Dosierkanal (8) verbunden sind, mit einer Narkosemittel bereitstellenden Verdunstungskammer (9), die aus dem Dosierkanal (8) mit einem Gas versorgbar ist, das in der Verdunstungskammer (9) mit einem Narkosemittel angereichert wird, so dass mit Narkosemittel angereichertes Gas von der Verdunstungskammer (9) zu einem Mischpunkt (6) strömt, in dem das mit Narkosemittel angereicherte Gas mit aus dem Bypasskanal (7) kommenden Gas zu Narkosegas gemischt wird, das zum Narkosegasauslass (4) strömt, und mit einem Ventilelement (15), dessen Ventilöffnung zur Variation eines Volumenstroms des die Verdunstungskammer (9) durchströmenden, mit Narkosemittel anzureichernden Gases veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (2) vorgesehen ist, durch die unter Zugrundelegung einer am Narkosegasauslass (4) benötigten Konzentration des Narkosemittels im Narkosegas und wenigstens eines temperaturspezifischen Korrekturfaktors, der unter Berücksichtigung einer in einer Umgebung der Verdunstungskammer (9) und einer in der Verdunstungskammer (9) herrschenden und wenigstens einer Kennlinie, die in einer mit der Steuereinheit (2) verbundenen Speichereinheit (13) hinterlegt ist, ermittelt wird, ein Steuersignal für einen elektromotorischen Antrieb (14) zur Verstellung der Ventilöffnung des Ventilelements (15) generiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Narkosemitteldosierer mit einem Trägergaseinlass und einem Narkosegasauslass, die über einen Bypasskanal und einen hierzu strömungstechnisch parallel angeordneten Dosierkanal miteinander verbunden sind. An den Dosierkanal ist eine narkosemittelgefüllte Verdunstungskammer angebunden, die von Trägergas durchströmt wird, so dass das Trägergas mit Narkosemittel angereichert wird und anschließend durch den Dosierkanal zum Narkosegasauslass strömt. Die Variation des die Verdunstungskammer durchströmenden Trägergas-Volumenstroms erfolgt mithilfe eines Ventilelements, dessen Ventilöffnung bedarfsangepasst veränderbar ist.
Narkosemitteldosierer mit Verdunstungskammer werden vielfach in Verbindung mit Narkosegeräten eingesetzt, um ein Trägergas mit einem flüchtigen Narkosemittel anzureichern. Das Narkosemittel wird im flüssigen Zustand in die Verdunstungskammer eingefüllt, die in der Regel mit einer Dochtvorrichtung ausgestattet ist, welche sich mit dem Narkosemittel vollsaugt und an ihrer Oberfläche schließlich die verdunstende Narkosemittelflüssigkeit an das die Verdunstungskammer durchströmende Trägergas abgibt. In Abhängigkeit der Narkoseart sowie des Operationsfortschrittes muss die Konzentration des Narkosemittels in dem dem Patienten zugeleiteten Narkosegas angepasst werden. Bei bekannten Narkosemittelverdunstern ist hierfür ein Handrad vorgesehen, über das die Dosiereinheit im Narkosemittelverdunster gezielt verstellt werden kann.
Aus der DE 25 07 261 A1 ist ein gattungsgemäßer Narkosemitteldosierer mit Verdunstungskammer bekannt, bei dem der Anteil des gasförmigen Narkosemittels im Narkosegas gezielt eingestellt werden kann. Der Hauptanteil des Trägergasstromes fließt zunächst in einer Bypassleitung an der Verdunstungskammer vorbei. Demgegenüber wird ein geringer Anteil des Trägergases von einer Abzweigung des Trägergasstromes in die Verdunstungskammer geleitet, in der er sich mit dem Narkosemittel bis zur Sättigung anreichert und schließlich über einen einstellbaren Dosierspalt aus der Verdunstungskammer ausströmt. Der so mit Narkosemittel angereicherte Teil des Trägergasstroms wird wiederum dem Teil des Trägergasstroms, der unverändert den Bypasskanal verlässt, zugemischt, um so den für die Narkose des Patienten benötigten Narkosegasstrom zu erzeugen. Die Konzentration des Narkosemittels in dem Narkosegasstrom ist hierbei durch eine Variation des Dosierspaltes in der Dosiereinheit einstellbar, wobei durch gezielte Veränderung der Dosierspaltbreite der Anteil des Narkosemittels im Narkosegas verändert wird. Über den Narkosegasauslass wird dieses Gas zunächst zu einem Narkosegerät geleitet und schließlich dem zu behandelnden Patienten zugeführt.
Der beschriebene Dosierspalt ist als Ringspalt ausgeführt, der durch eine ebene Fläche eines Hohlringkörpers und die ebene Fläche eines in dem Hohlringkörper angeordneten Hohlzylinders gebildet wird. Durch Temperaturschwankungen in der Umgebung des Narkosemitteldosierers sowie aufgrund der Abkühlung der Verdunstungskammer, die ein Absinken der Sättigungskonzentration des Narkosemitteldampfes bewirkt, können temperaturbedingte Veränderungen des Dosierspaltes hervorgerufen werden. Um derartige temperaturbedingte Veränderungen des Dosierspaltes zu kompensieren, ist bei dem in der DE 25 07 261 A1 beschriebenen Narkosemitteldosierer eine Temperaturkompensation vorgesehen. Hierfür werden der Hohlzylinder und der Hohlringkörper aus unterschiedlichen Materialien gefertigt, wobei der Hohlzylinder einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Hohlringkörper aufweist. Die verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirken bei Temperaturänderungen in der Verdunstungskammer einen Weg der ebenen Fläche, mit dem die Höhe des Ringspaltes verändert wird. Durch Vorsehen geeigneter Justierschrauben kann zur Justierung über den Ringkörper die Höhe des Ringspaltes und damit der freie Querschnitt verändert werden.
Ferner ist aus der DE 10 2005 032 154 B3 eine Dosiervorrichtung für Narkosemittel bekannt, die über eine besonders reibungsarme Verstellung eines Dosierkonus gegenüber einer Konushülse verfügt. Hierbei wird der Dosierkonus mithilfe von zwei parallel beabstandeten Membranelementen hubbeweglich gegenüber der Konushülse befestigt. Eine Bewegung des Dosierkolbens erfolgt mechanisch entweder mithilfe eines Handrades oder mittels eines elektrischen Direktantriebs.
Als weiterer Stand der Technik werden die Druckschriften DE 692 08 836 T2 und DE 689 18 941 T2 genannt.
Problematisch bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist einerseits, dass eine Temperaturkompensation mit vergleichsweise aufwändigen Maßnahmen realisiert wird.
Insbesondere die Auswahl geeigneter Werkstoffe sowie die Herstellung und Justierung entsprechend exakt einstellbarer Dosierelemente erfordert einen erheblichen technischen und wirtschaftlichen Aufwand. Um eine entsprechende Temperaturkompensation zu gewährleisten, ist es bekannt, einen Luftstrom, der die Dosiereinheit umströmt, mittels mechanisch wirkender Mechanismen auf geeignete Weise zu verstellen.
Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten technischen Lösungen sowie den zuvor geschilderten Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dosiereinheit zur Dosierung eines Narkosemittels in einen Gasstrom anzugeben, bei der eine exakte Temperaturkompensation mit vergleichsweise einfachen Mitteln verwirklicht werden kann. Insbesondere soll die Temperaturkompensation derart realisiert werden, dass während der Inbetriebnahme und des Betriebs einer entsprechenden Vorrichtung keine weiteren Justier- oder Kalibrationsmaßnahmen erforderlich sind. Weiterhin soll die Einstellung der gewünschten Narkosemittelkonzentration mit einfachen Mitteln für den Bediener möglich sein und trotzdem eine hochgenaue Narkosemitteldosierung sicherstellen.
Ein Narkosemitteldosierer, mit dem die zuvor beschriebene Aufgabe gelöst wird, ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Die Erfindung betrifft einen Narkosemitteldosierer mit einem Trägergaseinlass und einem Narkosegasauslass, die über einen Bypasskanal und einen hierzu strömungstechnisch parallel angeordneten Dosierkanal verbunden sind. Ferner ist eine narkosemittelgefüllte Verdunstungskammer vorgesehen, die einströmendes Gas mit dem Narkosemittel anreichert, so dass mit Narkosemittel angereichertes Trägergas von der Verdunstungskammer zum Narkosegasauslass strömt. Weiterhin verfügt der Narkosemitteldosierer über ein Ventilelement, dessen Ventilöffnung zur Variation eines Volumenstroms des die Verdunstungskammer durchströmenden, mit Narkosemittel anzureichernden Trägergases veränderbar ist. Ein erfindungsgemäß ausgeführter Narkosemitteldosierer zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, durch die unter Zugrundelegung einer am Narkosegasauslass benötigten Konzentration des Narkosemittels im Narkosegas und wenigstens eines temperaturspezifischen Korrekturfaktors ein Steuersignal für einen elektromotorischen Antrieb zur Verstellung der Ventilöffnung des Ventilelements generierbar ist. Die benötigte Narkosemittelkonzentration stellt somit einen Sollwert dar, der durch geeignete Regelung erreicht werden soll.
Der erfindungsgemäß vorgesehene elektromotorische Antrieb wird somit derart angesteuert, dass die benötigte Narkosemittelkonzentration unter Berücksichtigung einer in der Umgebung des Narkosegeräts und/oder in der Verdunstungskammer herrschenden Temperatur eingestellt wird. Hierbei wird das Ventilelement vom elektromotorischen Antrieb derart verstellt, dass die Ventilöffnung den für die Durchströmung des benötigten Volumenstroms erforderlichen Dosierspalt aufweist. Aufgrund des Vorsehens wenigstens eines temperaturspezifischen Korrekturfaktors ist es auf vorteilhafte Weise möglich, insbesondere Temperaturveränderungen, die sich in der Verdunstungskammer aufgrund der dort stattfindenden Verdunstung des Narkosemittels bei der Einstellung der Ventilöffnung einstellen, zu berücksichtigen. Der Einsatz eines elektromotorischen Antriebs, der auf geeignete Weise angesteuert wird, ermöglicht somit eine exakte Dosierung bei gleichzeitig vergleichsweise einfach zu realisierender Temperaturkompensation. Gemäß einer besonderen Weiterbildung ist der elektromotorische Antrieb als Schrittmotor oder als bürstenbehafteter oder bürstenloser Gleichstrommotor ausgeführt, wobei zur Verstärkung des Drehmomentes zwischen dem Ventilelement und dem Elektromotor ein Getriebe, z. B. in Form eines ein- oder zweistufigen Planetengetriebes vorgesehen sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit mit einer Speichereinheit verbunden ist, in der wenigstens eine Kennlinie zur Ermittlung des temperaturspezifischen Korrekturfaktors hinterlegt ist. Vorzugsweise ist der temperaturspezifische Korrekturfaktor hierbei unter Berücksichtigung einer Absoluttemperatur und/oder einer Temperaturänderung in einer Umgebung der Dosiervorrichtung und/oder in der Verdunstungskammer gebildet worden. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn im Anschluss an die Herstellung eines erfindungsgemäß ausgeführten Narkosemitteldosierers entsprechende gerätespezifische Kennlinien aufgenommen und in der Speichereinheit hinterlegt werden, auf die die Steuereinheit während des Betriebs des Narkosemitteldosierers zurückgreifen kann. Entsprechende Kennlinien müssen somit nur einmal aufgenommen und hinterlegt werden und können so während des laufenden Betriebs stets verwendet werden, ohne dass weitere Kalibrationsschritte zur Sicherstellung einer Temperaturkompensation notwendig sind.
Auf bevorzugte Weise verfügt das erfindungsgemäß ausgeführte Ventilelement über einen beweglich angeordneten Dosierkonus, der gegenüber einer Konushülse bewegbar gelagert ist. Mithilfe eines derartigen Dosierkonus wird ein bedarfsgerecht veränderbarer, ringförmiger Dosierspalt bereitgestellt, der eine exakte Dosierung von Narkosemittel in den Trägergasstrom gewährleistet. Um mithilfe eines derartigen Dosierkonus die erforderliche Einstellung der Dosiermittelkonzentration zu verwirklichen, wird insbesondere die Winkelstellung der mit dem Dosierkonus in Wirkverbindung stehenden Motorwelle überwacht. Eine derartige Motorwelle kann wahlweise direkt oder unter Zwischenschaltung eines Getriebes mit einem Ventilelement, insbesondere mit einem bevorzugt verwendeten Dosierkonus eingesetzt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es daher denkbar, dass als elektromotorischer Antrieb zur Bewegung des Dosierkonus ein Schrittmotor, Linearmotor oder Getriebemotor eingesetzt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein vergleichsweise einfaches Sicherheitskonzept realisierbar. Eine Überwachung der Winkelstellung der Antriebswelle eines elektromotorischen Antriebs wird bevorzugt im Wege einer zweikanaligen Überwachung realisiert, wobei wahlweise zwei Winkelsensoren oder ein Winkelsensor und ein Inkrementalgeber verwendet werden.
Erfindungsgemäß erfolgen die Ansteuerung des elektromotorischen Antriebs sowie die Auswertung der Messsignale, insbesondere der Winkelmessungen, in einer zentralen Steuereinheit mithilfe eines Mikroprozessors. Der zentralen Steuereinheit wird hierfür als Eingangsgröße der Sollwert der Narkosemittelkonzentration, der über eine unmittelbar am Narkosemitteldosierer oder an einem Anästhesiegerät vorgesehene Eingabeeinheit eingegeben wird, zugeführt. Sofern die Eingabeeinheit eines Anästhesiegerätes genutzt wird, an dem der Narkosemitteldosierer zumindest zeitweise befestigt ist, erfolgt die Übertragung des Sollwertes über eine geeignete Datenschnittstelle.
Die zentrale Steuerung einer erfindungsgemäß ausgeführten Narkosemitteldosiervorrichtung ist entweder integraler Bestandteil dieser Vorrichtung, die dann über eine geeignete Schnittstelle mit einem Anästhesiegerät verbunden ist, oder aber die Steuerung der Narkosemitteldosierung ist in ein Anästhesiegerät, insbesondere in dessen Steuerung, integriert.
Bei der Generierung eines Steuersignals wird durch die zentrale Steuereinheit jeweils wenigstens ein temperaturspezifischer Korrekturfaktor berücksichtigt, so dass bei der elektromotorisch angetriebenen Verstellung eines Dosierspaltes Temperaturänderungen, insbesondere solche, die durch die Narkosemittelverdunstung in der Verdunstungskammer hervorgerufen werden, berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Heizelement zur wenigstens zeitweisen Beheizung der Verdunstungskammer vorgesehen. Eine derartige Heizvorrichtung kann beispielsweise in Form eines in einen Docht integrierten Heizelements ausgeführt sein. Vorzugsweise wird hierbei das Steuersignal zur Verstellung der Ventilöffnung unter Berücksichtigung eines Steuersignals für das Heizelement generiert. Alternativ oder in Ergänzung ist es ferner denkbar, dass ein Steuersignal für das Heizelement unter Berücksichtigung einer Einstellung der Ventilöffnung und/oder des Steuersignals zur Verstellung der Ventilöffnung generierbar ist. Auch in diesem Fall ist es im Gegensatz zu den konventionellen Narkosemittelverdunstern möglich, die Aufteilung des Trägergasstroms in einen den Bypasskanal und einen den Dosierkanal durchströmenden Teilgasstrom ausschließlich durch eine gezielte Verstellung des Dosierspaltes vorzunehmen, also insbesondere ohne den Bypassspalt mittelbar oder unmittelbar in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung verstellen zu müssen. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der Einfluss der temperaturabhängigen Sättigungskonzentration in der Verdunstungskammer durch eine automatische Veränderung des Dosierspaltes ausgeglichen werden kann. Das gemäß dieser speziellen Ausführungsform zusätzlich vorgesehene Heizelement, vorzugsweise kombiniert mit einer gekoppelten Ansteuerung von Heizelement und Ventilelement, wirkt einer Abkühlung der Verdunstungskammer entgegen und unterstützt auf diese Weise die Temperaturkompensation, so dass auch vergleichsweise große Verdunstungsleistungen und die damit verbundenen Steigerungen der Narkosemittelkonzentration erzielbar sind. Vor allem können schnelle Änderungen auch in einem vergleichsweise großen Bereich erfolgen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1: Fließschema eines erfindungsgemäß ausgeführten Narkosemitteldosierers mit integrierter Steuereinheit;
2: Fließschema eines erfindungsgemäß ausgeführten Narkosemitteldosierers mit Steuereinheit, die über eine Schnittstelle an ein Narkosegerät angeschlossen ist;
3: Fließschema eines erfindungsgemäß ausgeführten Narkosemitteldosierers mit beheizbarer Verdunstungskammer und mit Steuereinheit, die über eine Schnittstelle an ein Narkosegerät angeschlossen ist;
4: Vapor mit elektromotorisch angetriebener Dosiereinheit sowie
5: Explosionsdarstellung eines Vapors mit elektromotorisch angetriebener Dosiereinheit.
1 zeigt ein Fließschema einer erfindungsgemäß ausgeführten Narkosemitteldosiervorrichtung 1, die an einem Anästhesiegerät 10 befestigbar ist. Hierbei verfügt die Narkosemitteldosiervorrichtung 1 über eine zentrale Steuereinheit 2, durch die die bedarfsgerechte Dosierung von Narkosemittel in einen Gasstrom sichergestellt wird. Eine datentechnische Verbindung zwischen der Narkosemitteldosiervorrichtung 1 mit integrierter Steuereinheit 2 einerseits und dem Anästhesiegerät 10 andererseits existiert nicht.
Das Trägergas, insbesondere sauerstoffangereicherte Luft, strömt über eine geeignete, fluiddichte Verbindung aus dem Anästhesiegerät 10 in den Trägergaseinlass 3 des Narkosemitteldosierers 1 ein. Im Bereich des Trägergaseinlasses 3 befindet sich ein Abzweig 5, an dem der Trägergasstrom in zwei Teilgasströme, die einerseits in einen Bypasskanal 7 und andererseits in einen Dosierkanal 8 strömen, aufgeteilt wird. Der Teil des Trägergasstromes, der den Bypasskanal 7 durchströmt, gelangt unverändert zu einem Mischpunkt 6 im Bereich des Narkosegasauslasses 4 des Narkosemitteldosierers 1. An diesem Mischpunkt 6 wird der unverändert belassene Teil des Trägergasstromes mit dem Teilgasstrom, der den Dosierkanal 7 durchströmt hat und in einer Verdunstungskammer 9 mit Narkosemittel angereichert worden Ist, gemischt, so dass am Narkosegasauslass 4 als Narkosegas ein Gasgemisch bereit gestellt wird, das die erforderliche Narkosemittelkonzentration aufweist.
Der Teilgasstrom des Trägergases, der in den Dosierkanal 8 einströmt, wird einer Verdunstungskammer 9 zugeführt, in der flüssiges Narkosemittel bevorratet wird. In der Verdunstungskammer ist ein Docht vorgesehen, der einseitig in das flüssige Narkosemittel eintaucht und auf der anderen Seite von dem mit Narkosemittel anzureichernden Gas umströmt wird, so dass dieses Gas schließlich mit der erforderlichen Menge von Narkosemittel angereichert wird. In Bezug auf den die Verdunstungskammer 9 durchströmenden Gasstrom stellt sich innerhalb der Verdunstungskammer eine Sättigungskonzentration mit Narkosemittel ein. Das mit Narkosemittel gesättigte Gas strömt von der Verdunstungskammer 9 durch den zweiten Abschnitt des Dosierkanals 8 zum Mischpunkt 6, wo es sich mit dem unverändert gelassenen Teilgasstrom, der den Bypasskanal 7 durchströmt hat, mischt, so dass über den Narkosegasauslass 4 ein Gasgemisch den Narkosemitteldosierer 1 verlässt, das die erforderliche Narkosemittelkonzentration aufweist. Dieses Narkosegas strömt zum Anästhesiegerät 10 und von hier schließlich über ein geeignetes Patientenanschlussstück zum Patienten.
Die benötigte Narkosemittelkonzentration wird vom Bediener, insbesondere einem Anästhesisten, über eine Eingabeeinheit 11 des Narkosemitteldosierers 1 eingegeben und der zentralen Steuereinheit 2 zur Verfügung gestellt. Ferner ist ein Temperatursensor 12 vorgesehen, der die Temperatur im Inneren der Verdunstungskammer 9 erfasst und die entsprechenden Messwerte ebenfalls an die zentrale Steuerung 2 des Narkosemitteldosierers 1 überträgt. Unter Berücksichtigung der gewünschten Narkosemittelkonzentration sowie der in der Verdunstungskammer 9 herrschenden Temperatur wird mithilfe einer in einem Datenspeicher 13 abgelegten Kennlinie ein Steuersignal erzeugt, mit dem ein elektromotorischer Antrieb 14 zur Verstellung eines innerhalb des Dosierkanals 8 angeordneten Ventilelements 15, durch das der die Verdunstungskammer 9 durchströmende Gasstrom beeinflussbar ist, steuerbar ist. Das Ventilelement 15 weist ein konusförmiges Verstellelement auf, das relativ zu einem als Konushülse ausgeführten Ventilsitz bewegbar ist.
Mit Hilfe des im Dosierkanal 8, vorzugsweise unmittelbar hinter der Verdunstungskammer 9, angeordneten Ventilelements 15 ist der den Dosierkanal 8 und somit die Verdunstungskammer 9 durchströmende Volumenstrom bzw. der Teilgasstrom in Bezug auf den Gesamtvolumenstrom des Trägergases am Trägergaseinlass 3 bedarfsgerecht einstellbar.
Die Ventileinheit 15 ist in Form eines Dosierkonus ausgeführt, der relativ zu einer Dosierhülse bewegbar ist und durch den aufgrund einer gezielten Bewegung des Konus eine Dosieröffnung in Form eines Ringspaltes zur Verfügung gestellt wird. Der Dosierkonus ist an die Motorwelle 16 eines Elektromotors 14, hier eines Schrittmotors, angebunden, so dass der gewünschte Dosierspalt bzw. die benötigte Ventilöffnung durch eine Bewegung des Dosierkonus mithilfe des Motors bewirkt wird. Das Steuersignal, um eine geeignete Bewegung des Dosierkonus zu bewirken, wird mithilfe der zentralen Steuereinheit 2 erzeugt. Hierbei wird das Steuersignal unter Berücksichtigung der über die Eingabeeinheit 11 eingestellten, gewünschten Narkosemittelkonzentration generiert. Bei der Erzeugung des Steuersignals wird ferner die in der Verdunstungskammer 9 herrschende und vom Temperatursensor 12 erfasste Temperatur berücksichtigt. Mithilfe der gemessenen Temperatur und einer im Datenspeicher 13 hinterlegten Kennlinie wird ein Temperaturkompensationswert bestimmt, der schließlich der Erzeugung des Steuersignals zugrunde gelegt wird. Sobald das Steuersignal auf die zuvor beschriebene Weise erzeugt ist, wird der als Ventilelement 15 vorgesehene Dosierkonus verstellt und der Dosierspalt auf den gewünschten Wert eingestellt.
Erfindungsgemäß wird somit der Ventilspalt, hier in Form eines Ringspaltes, zwischen Dosierkonus und Konushülse mithilfe eines gezielt angesteuerten Elektromotors 14 verstellt. Hierbei werden die zur Einstellung der Narkosemittelkonzentration üblicherweise verwendeten Dosierelemente, wie der Bypass und der Dosierkonus sowie die Verdunstungskammer 9, wie bei den bekannten Narkosemitteldosierern ausgeführt. Durch diese Maßnahme kann ein vergleichsweise einfaches Sicherheitskonzept bereitgestellt werden, bei dem lediglich die Winkelstellung der Antriebswelle bzw. der fest mit dem Dosierkonus verbundenen Motorwelle 16 des Elektromotors 14 mit Hilfe eines Sensors 17 überwacht werden müssen. Eine zweikanalige Überwachung wird hierbei entweder mit zwei Winkelsensoren 17a oder einem Winkelsensor 17a und einem Inkrementalgeber 17b durchgeführt.
Bei dem verwendeten Elektromotor 14 handelt es sich um einen Schrittmotor, der zur Verstärkung des Drehmoments über ein Getriebe mit der Antriebswelle des Dosierkonus verbunden ist. Die Ansteuerung des Elektromotors 14 sowie die Auswertung der erfassten Winkelwerte erfolgt mithilfe der zentralen Steuerung 2, insbesondere mithilfe eines Mikroprozessors 18, der als Eingangsgröße zunächst den Sollwert der benötigten Narkosemittelkonzentration über die Eingabeeinheit 11 des Narkosemitteldosierers 1 erhält. Ferner wird zur Erzeugung eines Steuersignals für den Elektromotor 14 wenigstens ein temperaturspezifischer Korrekturfaktor und damit temperaturbedingte Einflüsse auf das Ventilelement 15 berücksichtigt.
2 zeigt ein weiteres Fließschema eines erfindungsgemäß ausgeführten Narkosemittel dosierers. Die wesentlichen Komponenten des im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Narkosemitteldosierers entsprechen den Komponenten, die zuvor im Zusammenhang mit 1 erläutert wurden. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der wesentliche Unterschied zwischen den in 2 und in 1 gezeigten Narkosemitteldosierern 1 besteht darin, dass gemäß 2 der Narkosemitteldosierer 1 selbst nicht über eine Eingabeeinheit verfügt, sondern vielmehr eine Schnittstelle 19 vorgesehen ist, über die der Narkosemitteldosierer 1 datentechnisch mit dem Anästhesiegerät 10 verbunden ist. In diesem Fall wird der Sollwert für die gewünschte Konzentration des Narkosemittels im Narkosegas über eine am Anästhesiegerät 10 vorgesehene Eingabeeinheit 20 eingegeben und dieser Wert als Sollwert über die Schnittstelle 19 der zentralen Steuereinheit 2 des Narkosemitteldosierers 1 zugeführt. In der zentralen Steuerung 2 des Narkosemitteldosierers 2 wird unter Zugrundelegung dieses Sollwertes sowie eines gerätespezifischen Temperaturkompensationswertes, der auf der Grundlage einer in einem Datenspeicher 13 hinterlegten Kennlinie ermittelt wurde, ein Steuersignal für einen Elektromotor 14 erzeugt. Mithilfe des derart angesteuerten Elektromotors 14 wird wiederum der Dosierkonus eines Ventilelements 15 derart bewegt, dass der benötigte Volumenstrom durch die Verdunstungskammer 9 des Narkosemitteldosierers 1 strömt und sich schließlich im Mischpunkt 6 mit dem den Bypasskanal 7 verlassenden Trägergasteilstrom vermischt. Wesentlich ist wiederum, dass zur Erzeugung eines Steuersignals für den an das Ventilelement 15 angebundenen Elektromotor 14 wenigstens ein temperaturspezifischer Korrekturfaktor und damit temperaturbedingte Einflüsse auf das Ventilelement 15 berücksichtigt werden. Zur Überwachung des Verstellvorgangs ist wiederum wenigstens ein Sensor 17 vorgesehen, der eine Bewegung der Motorabtriebs- oder der Ventilantriebswelle erfasst und diesen Wert an die zentrale Steuereinheit 2 des Narkosemitteldosierers 1 übertragt. Auf diese Weise wird eine vergleichsweise einfache Überwachung des Verstellvorgangs und damit der Narkosemitteldosierung realisiert.
3 zeigt ein Fließschema eines gemäß 2 ausgeführten Narkosemitteldosiervorrichtung, die allerdings über eine spezielle Verdunstungskammer 9 verfügt. Die Steuereinheit 2 des Narkosemitteldosierers 1 ist wiederum über eine Datenschnittstelle 19 mit einem Anästhesiegerät 10 verbunden, so dass über eine Eingabeeinheit 20 des Anästhesiegeräts Sollwerte für die Narkosemittelkonzentration an die Steuereinheit 2 des Narkosemitteldosierers übertragbar sind.
In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel verfügt die Verdunstungskammer über ein Heizelement 21, über das die Verdunstung in der Verdunstungskammer 9 durch einen gezielten Wärmeeintrag beeinflussbar ist. Bei dem Heizelement 21 handelt es sich um einen elektrischen Heizdraht, der in den Docht der Verdunstungskammer 9 integriert ist. In der zentralen Steuereinheit 2 des Narkosemitteldosierers 1 wird hierfür ein entsprechendes Steuersignal erzeugt, wobei dieses Steuersignal bzw. der entsprechende Wärmeeintrag in die Verdunstungskammer 9 bei der Erzeugung eines Steuersignals für den elektrischen Antrieb 14 zur Verstellung des Ventilelements 15 berücksichtigt wird.
Da die in dem Narkosemitteldosierer 1 vorhandene zentrale Steuerung 2, die auch die Steuerung der Heizung 21 im Docht übernimmt, kann die in der Verdunstungskammer 9 mit dem Temperatursensor 12 gemessene Temperatur bei der Dosierung von Narkosemittel berücksichtigt werden. Diese technische Ausführung ermöglicht ebenfalls die Verwendung eines einfachen, im Gegensatz zu den konventionellen Narkosemittelverdunstern konstant gehaltenen Bypassspaltes, da der Einfluss der temperaturabhängigen Sättigungskonzentration in der Verdunstungskammer durch eine automatische Veränderung des Dosierspaltes ausgeglichen werden kann. Es ist somit kein weiteres Regel- oder Drosselventil erforderlich, das eine geeignete Aufteilung des Trägergasstromes in entsprechende Teilgasströme bewirkt.
4 zeigt in einer Frontansicht einen erfindungsgemäß ausgeführten Narkosemitteldosierer 1, der über ein mittels Elektromotor 14 angetriebenes Ventilelement 15 zur Regelung des die Verdunstungskammer 9 durchströmenden Gasstroms verfügt. Die wesentlichen Komponenten des Narkosemitteldosierers 1 sind ein Narkosemitteltank 22, in dem flüssiges Narkosemittel bevorratet wird, ein Docht, über den flüssiges Narkosemittel in einer Verdunstungskammer 9 einem mit Narkosemittel anzureichernden Gasstrom zugeführt wird sowie ein elektromotorisch angetriebenes Ventilelement 15, durch das der Volumenstrom des die Verdunstungskammer durchströmenden Gases einstellbar ist. Der elektrische Antrieb 14 ist hierbei als Getriebemotor ausgeführt, also als Kombination aus einem Elektromotor und einem Getriebe, das sicherstellt, dass sich die Antriebswelle des Ventilelements 15 mit geringerer Geschwindigkeit, aber mit wesentlich höherem Drehmoment als die Abtriebswelle des Motors 14 dreht. Die Getriebeabtriebswelle steht hierbei mit einem Ventilelement 15 mit einem Dosierkonus in Wirkverbindung, so dass ein Dosierspalt in Form eines Ringspalts zwischen dem Dosierkonus und einer Konushülse gezielt eingestellt werden kann. Die Ansteuerung des Getriebemotors 14 wird mithilfe einer zentralen Steuereinheit 2 realisiert. Die zentrale Steuereinheit 2 ist hierbei über eine Datenschnittstelle 19 mit der Eingabeeinheit 20 eines Anästhesiegeräts 10 verbindbar. Über diese Eingabeeinheit ist es einem Bediener, insbesondere einem Anästhesisten, möglich, einen Wert für die jeweils benötigte Narkosemittelkonzentration einzustellen, der dann als Sollwert der Steuereinheit 2 des Narkosemitteldosierers 1 zur Verfügung gestellt wird.
Die Steuereinheit 2 ist mit einem Datenspeicher 13 verbunden, in dem gerätespezifische Kennlinien zur Kompensation von Temperaturänderungen in der Verdunstungskammer 9 hinterlegt sind. In Abhängigkeit der Temperatur in der Verdunstungskammer 9 des Narkosemitteldosierers 1, die mithilfe eines geeigneten Temperatursensors 12 erfasst wird, wird unter Berücksichtigung der aufgenommenen Kennlinie ein Temperaturkompensationswert bestimmt, der gemeinsam mit dem Sollwert für die gewünschte Narkosemittelkonzentration bei der Erzeugung eines Steuersignals für den Getriebemotor 14 berücksichtigt wird. Das erzeugte Steuersignal bewirkt schließlich die Verstellung des Ventilelements 15 durch den Getriebemotor 14, so dass der Dosierspalt auf den gewünschten Wert eingestellt wird und ein entsprechender Volumenstrom die Verdunstungskammer 9 durchströmt. Die Winkelstellung der Abtriebswelle des, Getriebemotors, die der Antriebswelle des Ventilelements 15 entspricht, wird mit einem Sensor 17 erfasst und dieser Wert an die zentrale Steuereinheit 2 übermittelt. Sobald die Winkelstellung der Abtriebswelle der gewünschten Öffnung des Dosierspaltes entspricht, wird die Bewegung des Motors 14 gestoppt. Aufgrund dieses Überwachungskonzeptes kann eine exakte Einstellung des Ventilelements 15 und damit der Narkosemittelkonzentration im Narkosegas auf vergleichsweise einfache Weise sichergestellt und die entsprechenden Werte auch über lange Zeit konstant gehalten werden.
Als zusätzlicher, unabhängiges Sicherheitselement ist ferner ein mechanischer Anschlag 27 für den Konus vorgesehen ist, um im Fehlerfall unabhängig von den Winkelsensoren einen Blockierzustand des Konus, in dem dieser den Dosierspalt auf Anschlag verschließt und eine üblicherweise damit verbundene Beschädigung des Konus zu verhindern. Weiterhin kann der mechanische Anschlag dazu genutzt werden, die Nullposition des Konus, also den Nullpunkt für die Winkelmessung, exakt zu bestimmen, um so die Genauigkeit der Winkeleinstellung zu erhöhen. Auf diese Weise wird es ferner möglich, Inkrementalsensoren zu verwenden, die keinen absoluten Winkelwert ermitteln.
In 5 sind nochmals die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäß ausgeführten Narkosemitteldosiereinheit 1 dargestellt. An dem Narkosemitteltank 22 ist ein Füllmodul 23 befestigbar, über das das jeweils benötigte Narkosemittel einfüllbar ist. Der Füllstand des Narkosemittels kann hierbei über eine im Frontbereich des Narkosemitteldosierers 1 vorgesehene Anzeige 24 überwacht werden. Im oberen Bereich des Narkosemitteltanks 22 wird der sogenannte Bypassdeckel 25 befestigt. In diesen Bypassdeckel 25 strömt im Betriebszustand aus dem Pneumatikmodul 26 das Trägergas in die Dosiereinheit 1 ein. Im Bypassdeckel 25 befindet sich der Abzweig 5, an dem der Dosierkanal 8 in Richtung der Verdunsterkammer 9 abzweigt. Auch der Mischpunkt 6, in dem der den Bypasskanal 7 durchströmende, unveränderte Teilgasstrom sowie der mit Narkosemittel angereicherte Teilgasstrom zu einem Narkosegas, das die gewünschte Narkosemittelkonzentration aufweist, gemischt werden, ist im Bypassdeckel 25 angeordnet. Das Narkosegas verlässt den Narkosemitteldosierer 1 schließlich wiederum über das Pneumatikmodul 26 und strömt von hier durch das Anästhesiegerät 10, an dem der Narkosemitteldosierer 1 befestigt ist, zum Patienten.
Bezugszeichenliste

1: Narkosemitteldosierer
2: Steuereinheit
3: Trägergaseinlass
4: Narkosegasauslass
5: Abzweig
6: Mischpunkt
7: Bypasskanal
8: Dosierkanal
9: Verdunstungskammer
10: Anästhesiegerät
11: Eingabeeinheit des Narkosemitteldosierers
12: Temperatursensor
13: Datenspeicher
14: Elektromotor
15: Ventilelement
16: Motorwelle
17: Sensor zur Bewegungserfassung
17a: Winkelsensor
17b: Inkrementalgeber
18: Mikroprozessor
19: Datenschnittstelle Dosiereinheit/Anästhesiegerät
20: Eingabeeinheit des Anästhesiegeräts
21: Heizelement
22: Narkosemitteltank
23: Füllmodul
24: Füllstandsanzeiger
25: Bypassdeckel
26: Pneumatikmodul
27: Sicherheitsanschlag

Claims

Narkosemitteldosierer (1) mit einem Trägergaseinlass (3) und einem Narkosegasauslass (4), die über einen Bypasskanal (7) und einen hierzu strömungstechnisch parallel angeordneten Dosierkanal (8) verbunden sind, mit einer Narkosemittel bereitstellenden Verdunstungskammer (9), die aus dem Dosierkanal (8) mit einem Gas versorgbar ist, das in der Verdunstungskammer (9) mit einem Narkosemittel angereichert wird, so dass mit Narkosemittel angereichertes Gas von der Verdunstungskammer (9) zu einem Mischpunkt (6) strömt, in dem das mit Narkosemittel angereicherte Gas mit aus dem Bypasskanal (7) kommenden Gas zu Narkosegas gemischt wird, das zum Narkosegasauslass (4) strömt, und mit einem Ventilelement (15), dessen Ventilöffnung zur Variation eines Volumenstroms des die Verdunstungskammer (9) durchströmenden, mit Narkosemittel anzureichernden Gases veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (2) vorgesehen ist, durch die unter Zugrundelegung einer am Narkosegasauslass (4) benötigten Konzentration des Narkosemittels im Narkosegas und wenigstens eines temperaturspezifischen Korrekturfaktors, der unter Berücksichtigung einer in einer Umgebung der Verdunstungskammer (9) und einer in der Verdunstungskammer (9) herrschenden und wenigstens einer Kennlinie, die in einer mit der Steuereinheit (2) verbundenen Speichereinheit (13) hinterlegt ist, ermittelt wird, ein Steuersignal für einen elektromotorischen Antrieb (14) zur Verstellung der Ventilöffnung des Ventilelements (15) generiert wird.
Narkosemitteldosierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens bereichsweise in oder an der Verdunstungskammer (9) ein Temperatursensor (12) angeordnet ist, der einen Wert einer Absoluttemperatur und/oder einer Temperaturänderung in der Verdunstungskammer (9) und/oder in einer Umgebung der Verdunstungskammer (9) erfasst und wenigstens mittelbar an die Steuereinheit (2) überträgt, so dass der temperaturspezifische Korrekturfaktor unter Berücksichtigung dieses Werts erzeugbar ist.
Narkosemitteldosierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilöffnung in Form eines veränderbaren Ringspaltes ausgeführt ist.
Narkosemitteldosierer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (15) einen gegenüber einer konusförmigen Hülse bewegbar gelagerten Konus aufweist.
Narkosemitteldosierer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb (14) einen Schrittmotor, einen Linearmotor und/oder einen Getriebemotor aufweist.
Narkosemitteldosierer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) in ein Anästhesiegerät integriert ist oder eine Schnittstelle (19) zur Übertragung von Daten zwischen der Steuereinheit (2) und einem Anästhesiegerät (10) vorgesehen ist.
Narkosemitteldosierer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Befestigungsmittel zur werkzeugfreien Befestigung an einem Anästhesiegerät (10) vorgesehen sind.
Narkosemitteldosierer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizelement (21) zur wenigstens zeitweisen Beheizung der Verdunstungskammer (9) vorgesehen ist.
Narkosemitteldosierer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (2) das Steuersignal zur Verstellung der Ventilöffnung unter Berücksichtigung eines Steuersignals für das Heizelement (21) generierbar ist.
Narkosemitteldosierer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersignal für das Heizelement (21) unter Berücksichtigung einer Einstellung der Ventilöffnung und/oder des Steuersignals zur Verstellung der Ventilöffnung generierbar ist.
Narkosemitteldosierer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag (27) vorgesehen ist, der eine Bewegung des Ventilelements (15) in zumindest eine Bewegungsrichtung begrenzt.
Narkosemitteldosierer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (27) derart angeordnet ist, dass eine Bewegung des Ventilelements zum Verkleinern der Ventilöffnung begrenzt wird.