DE102015106949B3

DE102015106949B3 - Verfahren zum Betrieb eines Geräts zur Atemgasanalyse

Info

Publication number: DE102015106949B3
Application number: DE102015106949.0A
Authority: DE
Inventors: Juergen Reinstaedtler
Original assignee: CareFusion Germany 234 GmbH
Current assignee: Vyaire Medical GmbH
Priority date: 2015-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2035-05-06
Also published as: EP3292408A1; EP3734275A1; US11635425B2; US10527606B2; US20210072225A1; EP3292408B1; US20160327541A1; US10883979B2; US20200080990A1; WO2016177811A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Geräts (20) zur Atemgasanalyse bei der Bestimmung der Differenz der Konzentrationen zumindest eines Gases in der ausgeatmeten Atemluft einerseits und der Raumluft anderseits mit
zumindest einem Gassensor (04, 05) mit dem die Konzentration eines Gases bestimmbar ist und mit
einem Leitungssystem, durch dessen Leitungen die zu untersuchende Ausatemluft, die Raumluft (08) und ein Kalibriergas wahlweise zum Gassensor (04, 05) gefördert werden kann,
mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Zuleitung von Raumluft (08);
b) Zuleitung von Kalibriergas zum Gassensor;
c) Zuleitung von Ausatemluft zum Gassensor;
d) erneute Zuleitung von Kalibriergas zum Gassensor;
e) erneute Zuleitung von Ausatemluft zum Gassensor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Geräts zur Atemgasanalyse bei der Bestimmung der Differenz der Konzentrationen zumindest eines Gases in der ausgeatmeten Atemluft einerseits und der Raumluft andererseits.
Geräte zur Atemgasanalyse für medizinische Diagnostik oder Lifestyle-Anwendungen werden seit langer Zeit eingesetzt, um Aussagen über die Lungenfunktion oder andere körperliche Funktionen eines Probanden treffen zu können. Insbesondere im Bereich der Ergospirometrie werden derartige Verfahren eingesetzt. Die Analyse des Atemgases kann Aufschluss über viele metabolische Prozesse des menschlichen Körpers geben. Ein Gerät zur Atemgasanalyse ist beispielsweise aus der DE 20 2009 018 824 U1 bekannt.
Die DE 29 12 181 C2 beschreibt ein Atemalkohol-Messgerät mit Halbleitersensor. Vor der eigentlichen Messung des Atemalkoholgehalts wird der Halbleitersensor jeweils kalibriert, wozu ein Kalibriergas verwendet wird, das aus Raumluft und dem Dampf von einprozentigem Alkohol verwendet wird. Nach Abschluss der eigentlichen Messung wird dann der Halbleitersensor mit Raumluft gespült, um alle Reste von Alkoholdampf aus der Messanordnung zu entfernen. Von großer Bedeutung für die Aussagekraft der Atemgasanalyse ist es, dass die dabei verwendeten Gassensoren zur Bestimmung der Konzentration eines bestimmten Gases in der Ausatemluft exakt kalibriert sind. Die Kalibrierung betrifft dabei zum einen den Nullwertabgleich, durch den das Messsignal des Gassensors auf einen bestimmten Referenzwert der zur bestimmenden Gaskonzentration kalibriert wird. Zum anderen betrifft die Kalibrierung die zutreffende Verstärkung des Gassensors, so dass eine Änderung der Gaskonzentration in eine proportionale Änderung des Messsignals des Gassensors umgesetzt wird. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich im Kern mit dem Nullwertabgleich des Gassensors in gattungsgemäßen Atemgasanalysegeräten.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Atemgasanalysegeräten erfolgt vor Beginn der eigentlichen Gasanalyse am Probanden eine Kalibrierung des Gassensors unter Verwendung von Raumluft und unter Verwendung von Kalibriergas. Die Raumluft wird dabei dazu verwendet, den Gassensor auf einen bestimmten Nullwert zu kalibrieren, da die Konzentration bestimmter Gase in der Raumluft sehr stabil ist und mit ausreichender Sicherheit zuverlässig vorhersagbar ist. Außerdem enthält die Raumluft beispielsweise im Durchschnitt 20,9% Sauerstoff und 0,05% CO₂. Bei der Kalibrierung des Gassensors auf den Nullwert werden diese Gaskonzentrationen der Raumluft zugrunde gelegt. Wird nun die Raumluft durch den Gassensor geschleust, so wird das dabei erhaltene Messsignal auf die zu erwartende Gaskonzentration in der Raumluft, z. B. von Sauerstoff auf 20,9%, kalibriert. Im Hinblick auf die Kalibrierung der Verstärkung des Gassensormesssignals verwenden bekannte Atemgasanalysegeräte ein Kalibriergas, das beispielsweise aus einer Gasflasche entnommen wird.
Bei der Nullwertkalibrierung des Gassensors besteht allerdings das Problem, dass die bekannten Gassensoren zum sogenannten Nullwert-Fading neigen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Nullwert des Gassensors sich aufgrund der technischen Eigenschaften des Gassensors während einer Messung verändern kann. Werden diese Veränderungen des Nullwerts nicht berücksichtigt, kann es zu schweren Messfehlern kommen. Bei bekannten Atemgasanalysegeräten ist es deshalb üblich, dass in regelmäßigen Abständen auch während einer Messung eine erneute Nullwertkalibrierung durchgeführt wird. Bei dieser Nullwertkalibrierung wird dann statt der zu analysierenden Ausatemluft Raumluft über den Gassensor geleitet, um diesen erneut auf den entsprechend bekannten Gaskonzentrationswert der Raumluft zu kalibrieren. Für die Umschaltung von Ausatemluft zu Umgebungsluft wird üblicherweise ein pneumatisches Umschaltventil verwendet. Für die Genauigkeit eines Atemgasanalysegeräts ist es wichtig den Gaskonzentrationsänderungen am Absaugpunkt möglichst präzise zu folgen. Insbesondere zu Beginn und am Ende der Ausatmung können diese Gaskonzentrationsänderungen sehr plötzlich erfolgen. Durch den Gasweg besteht die Gefahr, dass es zu einer Abschwächung und damit zu einer Verfälschung der Gaskonzentrationsänderungen kommen kann. Speziell komplexe Gaswege mit schlecht durchspülten Volumina, wie sie häufig in pneumatischen Ventilen anzutreffen sind, stellen hier eine erhöhte Gefahr dar.
Aufgrund von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Geräts zur Atemgasanalyse bei der Bestimmung der Differenz der Konzentrationen zumindest eines Gases in der ausgeatmeten Atemluft einerseits und der Raumluft andererseits vorzuschlagen, mit dem der gerätetechnische Aufwand und die mögliche Verfälschung der Gaskonzentrationsänderungen durch das pneumatische Ventilsystem während der eigentlichen Atemgasanalyse reduziert werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Schritt, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zunächst Raumluft zum Gassensor geleitet, um die Gaskonzentration in der Raumluft zu bestimmen. Das dabei erhaltene Ausgangssignal des Gassensors wird der an sich bekannten Gaskonzentration des entsprechenden Gases in der Raumluft, von beispielweise 20,9% Sauerstoff, zugeordnet und als Raumluftreferenzwert zwischengespeichert.
Anschließend wird dann ein Kalibriergas zum Gassensor geleitet, wobei das Kalibriergas ebenfalls Gas der entsprechenden Sorte, beispielsweise Sauerstoff, enthält. Auch die Gaskonzentration dieses Gases im Kalibriergas wird dem Gassensor bestimmt und das entsprechende Ausgangssignal des Gassensors als Kalibriergasreferenzwert zwischengespeichert.
In einem nächsten Schritt beginnt dann die eigentliche Atemgasanalyse. Dazu wird der Proband an das Leitungssystem des Geräts angeschlossen, beispielsweise mittels eines entsprechend geeigneten Mundstücks, und die Ausatemluft des Probanden zum Gassensor geleitet. Unter Verwendung der im Gerät gespeicherten Referenzwerte, insbesondere unter Verwendung des im Schritt a) ermittelten Raumluftreferenzwerts wird dann die Differenz der Gaskonzentrationen in der Ausatemluft einerseits und der Raumluft andererseits bestimmt.
Ist nun eine Verschiebung der Messcharakteristik des Gassensors zu befürchten, beispielsweise nach Ablauf einer bestimmten Messdauer, wird dann, anders als im Stand der Technik, keine Raumluft zur erneuten Kalibrierung des Gassensors zum Gassensor geleitet. Stattdessen wird das zuvor im Verfahrensschritt b) verwendete Kalibriergas erneut zum Gassensor geleitet und die Gaskonzentration des entsprechenden Gases im Kalibriergas bestimmt. Das dabei erhaltene Ausgangssignal des Gassensors wird anschließend mit dem zuvor in Schritt b) ermittelten Kalibriergasreferenzwert verglichen. Die dabei erhaltene Differenz zwischen den Messsignalen ist als Maß für die Änderung der Messcharakteristik des Gassensors anzusehen. Beträgt die Differenz einen Wert nahe Null, so hat sich die Messwertcharakteristik des Gassensors nicht verändert. Die in diesem Schritt erhaltene Messwertdifferenz wird als Korrekturwert in der Auswerteeinrichtung abgespeichert.
Anschließend wird die eigentliche Atemgasanalyse fortgesetzt und dazu Ausatemluft erneut zum Gassensor geleitet. Das dabei erhaltene Ausgangssignal des Gassensors wird als Messwert zwischengespeichert und in der Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Gaskonzentration in der Ausatemluft ausgewertet. Die Auswertung erfolgt dabei unter Verwendung des Raumluftreferenzwertes und des Korrekturwertes. Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also, dass die während der eigentlichen Atemgasanalyse in bestimmten Abständen immer wieder neu durchzuführende Nullwertkalibrierung nicht unter Verwendung von Raumluft, sondern unter Verwendung von Kalibriergas erfolgt. Denn eine Änderung der Messcharakteristik des Gassensors wird durch die dabei erhaltene Differenz zwischen dem Kalibriergasreferenzwert und dem später ermittelten Messsignal des Gassensors bei Durchleitung des Kalibriergases signifikant charakterisiert. Bei der späteren Auswertung der Atemgasanalyse kann der so erhaltene Korrekturwert verwendet werden, um den Raumluftreferenzwert zur Vermeidung von Messfehlern, die durch die Änderung der Messcharakteristik des Gassensors verursacht werden, zu korrigieren. Ergibt sich beispielsweise ein Korrekturwert von 10%, so bedeutet dies, dass der Gassensor die Gaszusammensetzung des Kalibriergases mit einer um 10% veränderten Messwertcharakteristik misst. Diese Änderung kann dann proportional auch auf den Raumluftreferenzwert übertragen werden. Durch das Verwenden des Kalibriergases statt der Raumluft während der erneuten Nullwertkalibrierung kann der gerätetechnische Aufwand verringert werden, da die bisher bekannten Ventilsysteme zur Einleitung der Raumluft zum Gassensor während der eigentlichen Atemgasanalyse entfallen. Gleichzeitig reduziert dieser Wegfall des Ventilsystems die Gefahr einer Verfälschung der schnellen Gaskonzentrationsänderungen.
Die Messcharakteristik der bekannten Gassensoren in gattungsgemäßen Atemgasanalysegeräten sind hoch empfindlich gegenüber unterschiedlichen Druckabfällen und/oder Änderungen der Gasflussgeschwindigkeit in den jeweils verwendeten Leitungswegen, über die das jeweils zu analysierende Gas dem Gassensor zugeleitet wird. Wird das Kalibriergas und die Ausatemluft entlang unterschiedlicher Leitungswege dem Gassensor zugeleitet, so bewirkt die sich daraus ergebende Druckabfalldifferenz und/oder Änderungen der Gasflussgeschwindigkeit einen durchaus relevanten Messfehler. Um diesen Messfehler in einfacher Weise auszuschließen, wird das Kalibriergas bei der Bestimmung des Kalibriergasreferenzwerts und später bei der Bestimmung des Korrekturwerts innerhalb des Geräts entlang des gleichen gemeinsamen Leitungswegs wie die Ausatemluft und die Raumluft zum Gassensor zugeleitet. Im Ergebnis wird dadurch erreicht, dass bei allen Gasanalysen, nämlich bei der Analyse der Gaskonzentration in der Ausatemluft, in der Raumluft und im Kalibriergas der jeweils gleiche Druckabfall und die gleiche Gasflussgeschwindigkeit im verwendeten Leitungsweg herrscht und entsprechend Unterschiede und die daraus folgenden Messfehler vermieden werden.
Wird während der eigentlichen Atemgasanalyse zur erneuten Nullwertkalibrierung des Gassensors Kalibriergas zum Gassensor gefördert, so muss dafür gesorgt werden, dass vor der eigentlichen Bestimmung des Korrekturwerts die Ausatemluft vollständig aus dem Bereich des Gassensors und der vorgeordneten Leitungswege verdrängt ist. Um dies in einfacher Weise zu realisieren, kann das Kalibriergas mit einer Förderleistung, die höher als die Förderleistung zur Förderung der Atem- bzw. der Raumluft durch das Gerät liegt, gefördert werden. Durch die Förderleistungsdifferenz mit der höheren Förderleistung für die Förderung des Kalibriergases wird erreicht, dass das Kalibriergas die Ausatemluft bzw. die Raumluft ohne sonstige gerätetechnische Maßnahmen und bei offenem Leitungsweg zur Atemluftquelle bzw. zur Raumluftquelle hin aus den Leitungswegen zum Gassensor und somit aus dem Gassensor selbst verdrängt wird. Denn aufgrund der höheren Förderleistung werden die entsprechenden Leitungswege und damit der Gassensor mit dem Kalibriergas gespült und die Ausatemluft bzw. Raumluft hat trotz des offenen Leitungswegs keine Möglichkeit mehr zum Gassensor zu gelangen.
Im Hinblick auf einen möglichst einfachen gerätetechnischen Aufbau des Atemgasanalysegeräts ist es besonders vorteilhaft, wenn das Kalibriergas aus einer unter Überdruck stehenden Gasflasche in den Leitungsweg zum Gassensor gefördert wird. Aufgrund des Überdrucks des Kalibriergases in der Gasflasche ist auf diese Weise eine separate Fördereinrichtung, beispielsweise eine Förderpumpe, zur Förderung des Kalibriergases entbehrlich.
Wird das Kalibriergas mittels Überdruck aus einer Gasflasche durch das Gerät gefördert, kann das Kalibriergas bevorzugt zumindest eine Druckdrossel durchströmen, um den Überdruck des Kalibriergases entsprechend zu stabilisieren.
Zur Förderung der Ausatemluft bzw. der Raumluft durch das Atemgasanalysegerät ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Förderpumpe Verwendung findet.
Um Veränderungen der Gaskonzentrationsänderungen zu vermeiden sollte die Förderpumpe dabei bevorzugt dem Gassensor nachgeordnet sein, so dass die Ausatemluft bzw. die Raumluft von der Förderpumpe durch den Gassensor hindurchgesaugt wird.
Gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante ist es vorgesehen, dass bei Zuleitung des Kalibriergases in den gemeinsamen Leitungsweg ein Ventil zwischen der Kalibriergasquelle, beispielsweise einer Druckgasflasche, und dem gemeinsamen Leitungsweg geöffnet wird. Aufgrund des Überdrucks in der Kalibriergasquelle strömt durch das Öffnen des Ventils das Kalibriergas in den gemeinsamen Leitungsweg über. Zugleich bleibt auch der Leitungsweg zur Atemluftquelle bzw. zur Raumluftquelle hin geöffnet, so dass die Verwendung zusätzlicher Absperrventile entbehrlich ist. Die vom Überdruck des Kalibriergases im gemeinsamen Leitungsweg verursachte Förderleistung ist dabei größer als die von der Förderpumpe verursachte Förderleistung, so dass aufgrund dieser Förderleistungsdifferenz das Kalibriergas die Ausatemluft bzw. die Raumluft in kürzester Zeit aus dem gemeinsamen Leitungsweg verdrängt.
Mit welchen Förderleistungen das Kalibriergas einerseits und die Ausatemluft bzw. die Raumluft andererseits durch das Gerät gefördert wird, ist grundsätzlich beliebig. Als besonders geeignet hat sich eine Förderleistung von 310 mL/min Kalibriergas und von circa 210 mL/min Ausatemluft bzw. Raumluft erwiesen. Durch die Förderleistungsdifferenz von ungefähr 100 mL/min wird eine effektive und Ressourcen sparende Verdrängung der Ausatemluft bzw. Raumluft durch das Kalibriergas realisiert.
Um den Eintrag von Flüssigkeitströpfchen in den Gassensor zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn entlang des gemeinsamen Leitungswegs ein Spülgefäß vorgesehen ist, in dem Flüssigkeitströpfchen gravimetrisch aus dem Analyseluftstrom entfernt werden.
Welche Gaskonzentrationen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden, ist grundsätzlich ebenfalls beliebig. Von besonders großer Bedeutung ist die Bestimmung der Konzentration von Sauerstoff bzw. die Bestimmung der Konzentration von Kohlendioxid.
Zusammenfassend ist darauf hinzuweisen, dass die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Messverfahrens selbstverständlich durch zusätzliche Zwischenschritte ergänzt werden können. Es ist nicht zwingend, dass die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Zwischenschritte nacheinander durchgeführt werden. Charakteristisch für das erfindungsgemäße Verfahren ist vielmehr, dass die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, ohne dass es dabei auf die Durchführung weiterer Zwischenschritte zwischen den einzelnen Verfahrensstufen ankommt.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Zeichnungen nachfolgend beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Atemgasanalysegerät während der Atemgasanalyse in schematisierter Ansicht;
2 ein schematisiert dargestelltes Messdiagramm bei der Bestimmung von Gaskonzentrationen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Atemgasanalyse;
3 ein schematisiert dargestelltes Atemgasanalysegerät während des ersten Verfahrensschritts des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 das Atemgasanalysegerät gemäß 3 während eines zweiten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 das Atemgasanalysegerät gemäß 3 in einem dritten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 das Atemgasanalysegerät gemäß 3 in einem vierten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens;
7 das Atemgasanalysegerät gemäß 3 in einem fünften Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Gerät 01 zur Atemgasanalyse, mit dem beispielsweise die Gaskonzentration von Sauerstoff und Kohlendioxid in der Ausatemluft eines Probanden gemessen werden kann. Der Proband 02 wird dabei mittels eines geeigneten Patientenanschlusses, beispielsweise eines Mundstücks 03 oder einer Maske (mit und ohne Rückschlagventilen) oder einem Schlauchsystem an das Leitungssystem des Geräts 01 angeschlossen und die abgeatmete Atemluft über das Leitungssystem zu den Gassensoren 04 und 05 geleitet. Durch Auswertung der Messsignale des Gassensors 04 kann der Gehalt an Kohlendioxid und durch Auswertung der Messsignale des Gassensors 05 der Gehalt an Sauerstoff in der Ausatemluft bestimmt werden. Die Ausatemluft wird dabei mittels einer Förderpumpe 06 durch das Leitungssystem des Geräts 01 gefördert.
Um die Gassensoren 04 und 05 vor Beginn der eigentlichen Atemgasanalyse exakt auf einen bekannten Referenzwert (Nullwert) zu kalibrieren, wird vor dem Anschluss des Probanden 02 über das unbesetzte Mundstück 03 Raumluft aus der Umgebung angesaugt und den Gassensoren 04 und 05 zugeleitet. Das dabei erhaltene Messsignal des CO₂-Gassensors 04 wird auf den Raumluftreferenzwert von 0,05% CO₂ in der Raumluft kalibriert. Der CO₂-Gassensor 05 wird auf den Raumluftreferenzwert von 20,9% Sauerstoff kalibriert.
Zur Kalibrierung der Messwertverstärkung der beiden Gassensoren 04 und 05 wird durch Umschalten des Ventils 10 anschließend dann noch ein Kalibriergas aus einer Gasflasche 07 durch das Leitungssystem des Geräts 01 zu den Gassensoren 04 und 05 geleitet und eine entsprechende Verstärkungskalibrierung durchgeführt.
Da sich die Messcharakteristik der Gassensoren 04 und 05 während der eigentlichen Atemgasanalyse durch ein sogenanntes Nullwert-Fading oftmals in unerwünschter Weise verändert, ist bei dem Gerät 01 vorgesehen, dass in bestimmten Zeitabständen erneut Raumluft zur Nullwertkalibrierung über die Gassensoren 04 und 05 geleitet werden muss. Dazu kann, während der Proband 02 an das Gerät 01 angeschlossen ist, die Raumluft 08 durch Umschalten des Ventils 09 über einen anderen Leitungsweg angesaugt und den Gassensoren 04 und 05 zugeleitet werden. Allerdings gelangt dabei die Raumluft 08 dabei entlang eines anderen Leitungswegs zu den Gassensoren 04 und 05 als die Atemluft während der eigentlichen Atemgasanalyse, was zu Messfehlern führen kann. Und außerdem ist die zusätzliche Nullwertkalibrierung während der eigentlichen Atemgasanalyse von Nachteil, da die Atemgasanalyse dadurch unerwünscht verlängert wird.
2 zeigt ein lediglich schematisch dargestelltes Messdiagramm bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Atemgasanalysegeräts 20, wie es in 3 dargestellt. Das Messsignal Y des Gassensors 05 zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration ist dabei beispielhaft über die Zeit angetragen. Es handelt sich dabei um eine rein schematische Darstellung zur beispielhaften Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Während des ersten Verfahrensschritts in der Zeit zwischen t₀ und t₁ ist der Proband 02 noch nicht mit dem Gerät 20 verbunden und durch Antrieb der Förderpumpe 06 wird Raumluft zu den Gassensoren 04 und 05 gefördert. Das dabei erhaltene Messsignal 11, das im Hinblick auf den Sauerstoff einer Gaskonzentration von 20,9% Sauerstoff entspricht, wird als Raumluftreferenzwert abgespeichert.
Vor dem zweiten Verfahrensschritt wird, wie in 4 schematisch dargestellt, durch Umschalten des Ventils 10 Kalibriergas aus der Gasflasche 07 durch das Leitungssystem des Geräts 20 zu den Gassensoren 04 und 05 geleitet. Das Kalibriergas strömt dabei mit einer Förderleistung von 310 mL/min ein und verdrängt dadurch die im Leitungssystem befindliche Raumluft, die von der Förderpumpe 06 mit einer Förderleistung von lediglich 210 mL/min gefördert wird. Ist die Raumluft vollständig verdrängt, wird anschließend in der Zeit zwischen t₁ und t₂ das Messsignal 12, das der Sauerstoffkonzentration im Kalibriergas entspricht, als Kalibriergasreferenzwert zwischengespeichert.
Im nächsten Schritt wird dann, wie in 5 dargestellt, der Proband 02 an das Gerät 03 angeschlossen und das Ventil 10 geschlossen. Auf diese Weise strömt nun die vom Probanden 02 abgeatmete Atemluft durch das Leitungssystem zu den Gassensoren 04 und 05. Die Gaskonzentration von Sauerstoff kann durch Auswertung des Messsignals 13 relativ zum zuvor bestimmten Raumluftreferenzwerts exakt bestimmt werden.
Nach einer bestimmten Messdauer wird dann, um Messfehler durch eine veränderte Messcharakteristik der Gassensoren 04 und 05 korrigieren zu können, eine erneute Nullwertkalibrierung durchgeführt. Der Proband 02 bleibt dabei an dem Gerät 20 angeschlossen. Allerdings wird das Ventil 10 geöffnet und das Kalibriergas strömt aus der Gasflasche G mit einer Förderleistung von 310 mL/min durch das Leitungssystem und verdrängt die Ausatemluft. Sobald die Ausatemluft vollständig verdrängt ist, wird im Zeitabschnitt zwischen t₃ und t₄ erneut die Gaskonzentration von Sauerstoff im Referenzgas gemessen. Dieses dabei erhaltene Messsignal 14 wird mit dem Kalibriergasreferenzwert 02 verglichen und die Differenz 15 in der Auswertevorrichtung abgespeichert. Der Differenzwert 15 stellt dabei ein Maß für die Veränderung der Messcharakteristik des Gassensors 05 dar und kann bei der Auswertung der nachfolgenden Messungen zur Fehlerkorrektur verwendet werden.
Anschließend wird erneut, wie in 7 dargestellt durch Schließen des Ventils 10 und durch Betrieb der Förderpumpe 06 wieder die Ausatemluft des Probanden 02 über die Gassensoren 04 und 05 geleitet. Bei der Auswertung des sich dabei ergebenden Messsignals 16 des Gassensors 05 wird dann der Korrekturwert 15 als zusätzlicher Wert berücksichtigt. Die Art des zu wählenden Korrekturverfahrens ist hierbei entsprechend der Analysercharakteristik zu wählen. Die in 2 dargestellte Offsetanpassung ist hierbei als beispielhaft zu verstehen und beschränkt die Erfindung in ihrem Kern nicht.
Ein optionales Spülgefäß 17 dient zur Entfernung von Flüssigkeitströpfchen in der Ausatemluft. Zwischen den einzelnen oben beschriebenen Verfahrensschritten können zusätzliche Zwischenschritte liegen. Diese Zwischenschritte, beispielsweise zur Verdrängung der jeweils aufeinanderfolgenden Gase, sind auch in 2 nicht dargestellt.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Geräts (20) zur Atemgasanalyse bei der Bestimmung der Differenz der Konzentrationen zumindest eines Gases in der ausgeatmeten Atemluft einerseits und der Raumluft anderseits mit zumindest einem Gassensor (04, 05) mit dem die Konzentration eines Gases bestimmbar ist und mit einem Leitungssystem, durch dessen Leitungen die zu untersuchende Ausatemluft, die Raumluft (08) und ein Kalibriergas wahlweise zum Gassensor (04, 05) gefördert werden kann, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Zuleitung von Raumluft (08) zum Gassensor (04, 05) und Bestimmung der Gaskonzentration in der Raumluft (08), wobei das Ausgangssignal des Gassensors als Raumluftreferenzwert zwischengespeichert wird; b) Zuleitung von Kalibriergas zum Gassensor (04, 05), wobei das Kalibriergas innerhalb des Geräts (20) entlang des gleichen gemeinsamen Leitungsweges wie die Ausatemluft und die Raumluft (08) zum Gassensor (04, 05) zugeleitet wird, und Bestimmung der Gaskonzentration im Kalibriergas, wobei das Ausgangssignal des Gassensors als Kalibriergasreferenzwert zwischengespeichert wird; c) Zuleitung von Ausatemluft zum Gassensor (04, 05) und Bestimmung der Gaskonzentration in der Ausatemluft, wobei das Ausgangssignal des Gassensors als Messwert zwischengespeichert wird, um unter Verwendung des Raumluftreferenzwerts die Differenz der Gaskonzentration in der Ausatemluft einerseits und der Raumluft anderseits zu bestimmen; d) Zuleitung von Kalibriergas zum Gassensor (04, 05) und Bestimmung der Gaskonzentration im Kalibriergas, wobei das Ausgangssignal des Gassensors mit dem Kalibriergasreferenzwert verglichen und die Differenz als Korrekturwert zwischengespeichert wird; e) Zuleitung von Ausatemluft zum Gassensor (04, 05) und Bestimmung der Gaskonzentration in der Ausatemluft, wobei das Ausgangssignal des Gassensors als Messwert zwischengespeichert wird, um unter Verwendung des Raumluftreferenzwerts und des Korrekturwerts die Differenz der Gaskonzentration in Ausatemluft einerseits und Raumluft (08) anderseits zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Zuleitung des Kalibriergases in den gemeinsamen Leitungsweg dieser Leitungsweg zur Atemluftquelle und/oder Raumluftquelle geöffnet bleibt, wobei das Kalibriergas mit einer höheren Förderleistung in den gemeinsamen Leitungsweg gefördert wird als die Ausatemluft und/oder Raumluft (08), und wobei die Ausatemluft und/oder Raumluft (08) durch die Förderleistungsdifferenz von dem Kalibriergas aus dem gemeinsamen Leitungsweg verdrängt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriergas aus einer unter Überdruck stehenden Gasflasche (07) in den gemeinsamen Leitungsweg gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriergas zumindest eine Druckdrossel durchströmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausatemluft und die Raumluft (08) durch Antrieb einer Förderpumpe (06) in den gemeinsamen Leitungsweg gefördert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausatemluft und die Raumluft (08) durch den von der Förderpumpe hinter dem Gassensor (04, 05) erzeugten Unterdruck im gemeinsamen Leitungsweg gefördert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zuleitung des Kalibriergases in den gemeinsamen Leitungsweg ein Ventil (10) zwischen der Kalibriergasquelle und dem gemeinsamen Leitungsweg geöffnet wird, wobei der Leitungsweg zur Atemluftquelle oder Raumluftquelle geöffnet bleibt, und wobei die vom Überdruck des Kalibriergases im gemeinsamen Leitungsweg verursachte Förderleistung größer ist als die von der Förderpumpe (06) verursachte Förderleistung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriergas durch den Überdruck mit einer Förderleistung von circa 310 mL/min und das die Ausatemluft oder Raumluft durch Antrieb der Förderpumpe mit einer Förderleistung von circa 210 mL/min in den gemeinsamen Leitungsweg gefördert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Leitungsweges ein Spülgefäß (17) vorgesehen ist, das von der Ausatemluft (08) zur Entfernung von Flüssigkeitströpfchen durchströmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Gassensor (05) die Konzentration von Sauerstoff bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Gassensor (04) die Konzentration von Kohlendioxid bestimmt wird.