DE102022104339A1

DE102022104339A1 - Fluid-Fördervorrichtung zum Einleiten und/oder zum Entnehmen von Fluid in einen bzw. aus einem Ösophagusballonkatheter

Info

Publication number: DE102022104339A1
Application number: DE102022104339.8A
Authority: DE
Inventors: David Schwenninger; Kevin Bitterli; Peter Steinbacher
Original assignee: Hamilton Medical AG
Current assignee: Hamilton Medical AG
Priority date: 2022-02-23
Filing date: 2022-02-23
Publication date: 2023-08-24
Also published as: WO2023160944A1

Abstract

Eine Fluid-Fördervorrichtung (65) zum Einleiten und/oder Entnehmen von Fluid in einen bzw. aus einem in einen Ösophagus (34) einführbaren Ösophaguskatheter (48) mit Ballonsonde (46) zur Bestimmung eines Ösophagusballondrucks, umfasst: einen Messfluidanschluss (90), der zur Kopplung mit einem distalen Ende (48b) des Ösophaguskatheters (48) derart ausgebildet ist, dass im gekoppelten Zustand über den Messfluidanschluss (90) Fluid in den Ösophaguskatheter (48) einleitbar ist und/oder aus dem Ösophaguskatheter (48) entnehmbar ist; eine Pumpvorrichtung (100) mit wenigstens einer Fluidpumpe (102), wobei die Pumpvorrichtung (100) zur Förderung von Fluid in mindestens einer ersten Förderrichtung ausgebildet ist, und ein der wenigstens einen Fluidpumpe (102) zugeordnetes Umschaltventil (106), das wenigstens zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung umschaltbar ist. Die wenigstens eine Fluidpumpe (102) ist als Mikropumpe oder als Membranpumpe ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluid-Fördervorrichtung zum Einleiten und/ oder zum Entnehmen von Fluid, insbesondere Messfluid, in einen bzw. aus einem in einen Ösophagus einführbaren Ösophagusballonkatheter mit Ballonsonde. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Ösophagusballondrucks mit einer erfindungsgemäßen Fluid-Fördervorrichtung und eine Beatmungsvorrichtung, die eine derartige Vorrichtung zur Bestimmung eines Ösophagusballondrucks umfasst.
Katheter mit Ballonsonde zur Bestimmung eines Ösophagusballondrucks („Ösophagusballonkatheter“) werden insbesondere bei der maschinellen Beatmung eingesetzt, um den transpulmonalen Druck im Brustkorb eines Patienten zu ermitteln.
Bei heute üblichen Formen der maschinellen Beatmung wird dem Patienten Atemgas mit Überdruck zugeführt. Deswegen ist bei der Beatmung der Atemwegsdruck bzw. alveoläre Druck zumindest während der Inspirationsphase größer als der Druck in dem die Lungenbläschen bzw. Alveolen umgebenden Pleuraspalt. Während der Exspirationsphase erfolgt keine Druckbeaufschlagung des Atemwegs durch die Beatmungsvorrichtung, mit der Folge, dass das Lungengewebe sich entspannt und der Atemwegsdruck bzw. der alveoläre Druck sinkt. Diese Art der Überdruckbeatmung kann unter bestimmten Umständen dazu führen, dass sich die Druckverhältnisse im Atemweg bzw. in den Alveolen am Ende der Exspirationsphase derart ungünstig einstellen, dass es zu einem Kollaps von Teilen der Alveoten kommt. Dann muss der kollabierte Teil des Lungenvolumens im nachfolgenden Atemzyklus erst wieder von Neuem entfaltet werden. Die funktionelle Residualkapazität der Lunge wird stark beeinträchtigt, so dass die Sauerstoffsättigung abnimmt, und auch das Lungengewebe nimmt dauerhaft Schaden.
Um einen Kollaps von Alveolen am Ende der Exspirationsphase zu verhindern, wird bei der maschinellen Überdruckbeatmung in der Regel ein sog. positiver endexspiratorischer Druck, in der Regel kurz als PEEP bezeichnet, eingestellt. Mit dieser Maßnahme kann in vielen Fällen eine Verbesserung der Sauerstoffsättigung erreicht werden.
Bei Beatmung mit PEEP beaufschlagt die Beatmungsvorrichtung den Atemweg dauerhaft - also sowohl während der Inspirationsphase als auch während der Exspirationsphase - mit einem vorbestimmten Überdruck, dem PEEP. Der PEEP liegt also auch nach dem Ende der Exspirationsphase noch an.
Idealerweise sollte der PEEP genügend groß eingestellt werden, so dass während der Exspirationsphase der alveoläre Druck nicht, oder jedenfalls nur so weit, unterhalb dem Druck im Pleuraspalt liegt, dass das alveoläre Gewebe unter der Wirkung des Drucks im Pleuraspalt nicht kollabiert. Mit anderen Worten: Der PEEP soll verhindern, dass der transpulmonale Druck - das ist die Druckdifferenz zwischen alveolärem Druck und Druck im Pleuraspalt - kleiner wird als Null bzw. einen unteren negativen Grenzwert unterschreitet, ab dem Teile der Alveolen zu kollabieren beginnen.
Andererseits kann sich ein zu hoher Wert des PEEP negativ auswirken, insbesondere während der Inspirationsphase. Denn das Lungengewebe kann bei sehr hohen Atemwegsdrücken während der Inspirationsphase überdehnt werden. Zahlreiche Studien deuten außerdem darauf hin, dass ein hoher Wert des PEEP den Rückfluss von venösem Blut zum Herzen behindern kann mit entsprechend negativen Auswirkungen auf das Herz-Kreislaufsystem.
An sich sollte der PEEP an den jeweils herrschenden transpulmonalen Druck angepasst sein. Der transpulmonale Druck bei einem beatmeten Patienten ist aber einer einfachen Bestimmung nicht zugänglich. Man behilft sich daher mit der Messung des Drucks in einer Ballonsonde, die mittels eines Ösophagusballonkatheters im Ösophagus eines zu beatmenden Patienten platziert wird. Bei geeigneter Positionierung und Konfiguration des Ballons lässt sich der im Ballon gemessene Druck näherungsweise zur Bestimmung des Drucks im Pleuraspalt heranziehen.
WO 2014/037175 A1 beschreibt eine automatisierte Einstellung eines durch eine Beatmungsvorrichtung vorgegebenen Drucks, insbesondere des positiven endexspiratorischen Drucks (PEEP) und des maximalen Atemwegsdrucks, auf Grundlage des Ösophagusballondrucks, der als Indikator für den transpulmonalen Druck, also die Druckdifferenz zwischen alveolärem Druck und Druck im Pleuraspalt, angesehen wird.
In der Praxis kann es vorkommen, dass die Beziehung zwischen dem Druck, der in einem in den Ösophagus eingeführten Ballonkatheter gemessen wird, und dem Druck im Pleuraspalt sich während der Beatmung verändert. Die Ursachen hierfür können mannigfaltig sein und sind in aller Regel nicht im Einzelnen ermittelbar.
Mojoli et al., Crit. Care (2016) 20:98 sowie Hotz et al., Respir. Care (2018) 63(2):177-186 empfehlen Prozeduren zur Kalibrierung eines Ösophagusballonkatheters mit Ballonsonde. Ziel der Kalibrierung ist es, eine optimale Befüllung der Ballonsonde mit Luft zu erzielen, bei der die Ballonsonde möglichst empfindlich auf Änderungen des auf den Ösophagus einwirkenden Drucks im Pleuraspalt reagiert und den Druck im Pleuraspalt möglichst gut wiedergibt.
Die von Mojoli et al. für die Kalibrierung beschriebenen Messprozeduren sind allerdings aufwändig und empfindlich, so dass in der Praxis lediglich eine optimale Befüllung für die Ballonsonde vor Beginn einer Beatmung bestimmt und voreingestellt werden kann. Diese optimale Befüllung wird dann während der Beatmung beibehalten und nicht mehr verändert.
Es besteht daher ein Bedarf, eine einfachere und genauere Bestimmung des Ösophagusballondrucks mittels Ösophagusballonkatheter zu ermöglichen, insbesondere als Grundlage zur Bestimmung eines Drucks im Pleuraspalt zur Bestimmung des transpulmonalen Drucks bei maschineller Beatmung. Darüber hinaus soll eine weitgehend automatische Kalibrierung eines Systems zur Bestimmung eines Ösophagusballondrucks als Surrogat für den Druck im Pleuraspalt ermöglicht werden.
Zum Betrieb und zur Kalibrierung eines Ösophagusballonkatheters bei der Beatmung ist neben einer ausreichend genauen Druckmessung auch die Steuerung der Menge von Messfluid im Ösophagusballonkatheter zu beachten.
EP 3 197 348 B1 schlägt vor, eine im medizinischen Bereich bekannte Spritzenpumpe („Syringe Pump“) als Fluid-Fördervorrichtung zum Befüllen und zum Entleeren eines Ösophagusballonkatheters zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, eine verbesserte Fluid-Fördervorrichtung zum Befüllen und zum Entleeren eines Ösophagusballonkatheters bereitzustellen, die zuverlässig arbeitet und die kostengünstig realisierbar ist.
Die Erfindung umfasst eine Fluid-Fördervorrichtung zum Einleiten und/oder zum Entnehmen von Fluid in einen bzw. aus einem in einen Ösophagus einführbaren Katheter mit Ballonsonde („Ösophagusballonkatheter“) zur Bestimmung eines Ösophagusballondrucks, wobei die Fluid-Fördervorrichtung umfasst: einen Messfluidanschluss zur Verbindung mit einem Ösophagusballonkatheter, eine Pumpvorrichtung mit wenigstens einer Fluidpumpe, die zur Förderung von Fluid in mindestens einer ersten Förderrichtung ausgebildet ist, und ein der Fluidpumpe zugeordnetes Umschaltventil.
Der Ösophagusballonkatheter wird im Folgenden vereinfacht als „Katheter“ bezeichnet.
Der Messfluidanschluss ist zur Kopplung mit einem distalen Ende eines Katheters derart ausgebildet, dass im gekoppelten Zustand Fluid über den Messfluidanschluss in den Katheter eingeleitet werden kann und/oder aus dem Katheter entnommen werden kann. Das Umschaltventil ist wenigstens zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung umschaltbar. Die Fluidpumpe kann als Membranpumpe oder als Mikropumpe, insbesondere als Piezo-Pumpe, ausgebildet sein.
Mikropumpe und Membranpumpe arbeiten schnell und präzise, insbesondere dann, wenn häufige Wechsel zwischen dem Einleiten von Fluid in den Katheter und dem Entnehmen von Fluid aus dem Katheter auftreten. Sowohl bei Mikropumpen als auch bei Membranpumpen ist die Anzahl der verbauten Komponenten gering. Insbesondere enthalten beiden Fluidpumpenarten nur wenige verschleißanfällige Komponenten. Fluidpumpen beider Bauarten sind daher langlebig und kostengünstig herstellbar. Mikropumpen erlauben eine besonders kompakte Bauweise, so dass sie auch bei geringem Platzangebot zum Einsatz kommen können. Erfindungsgmäße Membranpumpen und Mikropumpen sind im Betrieb sehr leise. Auch ist ihr Aufbau weniger komplex als der Aufbau von Spritzenpumpen, sie umfassen insbesondere weniger bewegliche Elemente. Dadurch sind sie betriebssicherer und weniger wartungsanfällig als Spritzenpumpen. Mit Membranpumpen können in der Regel höhere Massenflüsse erreicht werden als mit Mikropumpen.
Im Folgenden bezieht sich der Begriff „Förderrichtung“ auf die Strömungsrichtung des durch die Fluidpumpe geförderten Messfluids in Bezug auf den Katheter.
Die so definierte „Förderrichtung“ ist zu unterscheiden von der Strömungsrichtung des Messfluids durch die Fluidpumpe selbst. Da die Strömungsrichtung des Messfluids durch die Fluidpumpe selbst nicht umkehrbar ist, die Strömungsrichtung innerhalb der Fluidpumpe also fest vorgegeben ist, fördert die Fluidpumpe das Fluid immer von einem Eingang der Fluidpumpe zu einem Ausgang der Fluidpumpe. Die Förderrichtung, also die Strömungsrichtung des Messfluids in Bezug auf den Katheter, ergibt sich daher daraus, dass der Messfluidanschluss, insbesondere durch das Umschaltventil, entweder mit dem Eingang oder mit dem Ausgang der Fluidpumpe verbunden ist.
Wenn der Ausgang der Fluidpumpe mit dem Messfluidanschluss verbunden ist, entspricht die erste Strömungsrichtung der Fluidpumpe dem Einleiten von Fluid in den Katheter. Wenn der Eingang der Fluidpumpe mit dem Messfluidanschluss verbunden ist, entspricht die erste Strömungsrichtung der Fluidpumpe dem Entnehmen von Fluid aus dem Katheter.
Im Folgenden beziehen sich die Begriffe „Eingang“ und „Ausgang“ der Fluidpumpe immer auf die Strömungsrichtung von Fluid durch die jeweilige Fluidpumpe selbst und nicht auf die Förderrichtung, die durch das Umschaltventil umschaltbar ist.
Eine erfindungsgemäße Fluid-Fördervorrichtung kann eine erste Fluidpumpe und einen zweite Fluidpumpe umfassen. Dabei kann die erste Fluidpumpe zur Förderung von Fluid in einer ersten Förderrichtung ausgebildet und angeordnet sein und die zweite Fluidpumpe kann zur Förderung von Fluid in einer zweiten Förderrichtung ausgebildet und angeordnet sein.
Die erste Förderrichtung kann insbesondere der zweiten Förderrichtung entgegengesetzt sein. So kann die erste Förderrichtung dem Einleiten von Fluid in den Katheter entsprechen, und die zweite Förderrichtung kann der Entnahme von Fluid aus dem Katheter entsprechen, oder umgekehrt.
Bei der Fluid-Fördervorrichtung mit wenigstens zwei Fluidpumpen werden das Einleiten von Fluid in den Katheter und das Entnehmen von Fluid aus dem Katheter von zwei verschiedenen Fluidpumpen übernommen. Z.B. wird das Einleiten von Fluid in den Katheter durch die erste Fluidpumpe übernommen, und das Entnehmen von Fluid aus dem Katheter wird von der zweiten Fluidpumpe übernommen, oder umgekehrt. Bei einem derartigen Aufbau kann jede Fluidpumpe für ihre jeweilige Förderrichtung optimiert werden. Es wird nur ein einziges Umschaltventil benötigt, um die Förderrichtung der Fluid-Fördervorrichtung zwischen dem Einleiten und dem Entnehmen von Fluid umzuschalten.
Die erste und die zweite Fluidpumpe können parallel zueinander angeordnet und geschaltet sein. „Parallel geschaltet“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass je nach Stellung des Umschaltventils entweder ein Ausgang der ersten Fluidpumpe mit dem Messfluidanschluss verbunden ist oder dass ein Eingang der zweiten Fluidpumpe mit dem Messfluidanschluss verbunden ist. Das Umschaltventil ist also so ausgebildet, dass es den Messfluidanschluss wahlweise mit dem Ausgang der ersten Fluidpumpe oder mit dem Eingang der zweiten Fluidpumpe verbindet.
Das Umschaltventil ist insbesondere zwischen dem Ausgang der ersten Fluidpumpe und dem Messfluidanschluss und zwischen dem Eingang der zweiten Fluidpumpe und dem Messfluidanschluss angeordnet.
Auch die zweite Fluidpumpe kann als Mikropumpe oder als Membranpumpe ausgebildet sein. Die erste Fluidpumpe und die zweite Fluidpumpe können beide als Mikropumpe oder beide als Membranpumpe ausgebildet sein, so dass beide Fluidpumpen ähnliche oder sogar im Wesentlichen identische Betriebseigenschaften aufweisen. Insbesondere können die erste Fluidpumpe und die zweite Fluidpumpe baugleich ausgebildet sein.
Wenn für das Einleiten von Fluid in den Katheter und für das Entnehmen von Fluid aus dem Katheter verschiedene Betriebseigenschaften, insbesondere Drücke und/ oder Förderleitungen, gewünscht sind, können die erste Fluidpumpe und die zweite Fluidpumpe auch unterschiedlich ausgebildet sein, so dass sie verschiedene Betriebseigenschaften aufweisen.
Die erste und/oder die zweite Fluidpumpe können insbesondere so ausgebildet sein, dass sie in der Lage sind, einen maximalen Fluiddruck in einem Bereich von 50 hPa bis 150 hPa, insbesondere einen maximalen Fluiddruck in einem Bereich von 80 hPa bis 100 hPa, zu erzeugen und eine Flussrate in einem Bereich von 60 ml/min bis 200 ml/min, insbesondere eine Flussrate in einem Bereich von 70 ml/min bis 100 ml/min, zur Verfügung stellen.
Fluidpumpen, die als Piezo-Pumpen ausgebildet sind, können beim Betrieb in einer erfindungsgemäßen Fluid-Fördervorrichtung mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 100 Hz und 1500 Hz, insbesondere mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 800 Hz und 1000 Hz, betrieben werden. Um die gewünschte Förderleistung zu erreichen, können die Fluidpumpen insbesondere mit einer höheren Frequenz betrieben werden, als durch die jeweilige Hersteller-Spezifikation vorgegeben ist.
Das Umschaltventil kann zwischen mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Öffnungsstellung umschaltbar sein. Dabei kann, wenn das Umschaltventil in die erste Öffnungsstellung geschaltet ist, der Ausgang der ersten Fluidpumpe fluidisch mit dem Messfluidanschluss verbunden sein und der Eingang der zweiten Fluidpumpe kann fluidisch von dem Messfluidanschluss getrennt sein. Wenn das Umschaltventil in die zweite Öffnungsstellung geschaltet ist, kann der Eingang der zweiten Fluidpumpe fluidisch mit dem Messfluidanschluss verbunden sein und der Ausgang der ersten Fluidpumpe kann fluidisch von dem Messfluidanschluss getrennt sein.
„Fluidisch verbunden“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Fluidverbindung zwischen dem Messfluidanschluss und der ersten bzw. zweiten Fluidpumpe besteht, so dass Fluid von der ersten bzw. zweiten Fluidpumpe zu dem Messfluidanschluss gefördert werden kann. „Fluidisch getrennt“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass keine Fluidverbindung zwischen dem Messfluidanschluss und der ersten bzw. zweiten Fluidpumpe besteht, so dass kein Fluid von der ersten bzw. zweiten Fluidpumpe zu dem Messfluidanschluss gefördert werden kann.
In einer derart ausgebildeten Fluid-Fördervorrichtung fördert die erste Fluidpumpe Fluid in den Katheter (Einleiten von Fluid), wenn das Umschaltventil in der ersten Öffnungsstellung ist, und die zweite Fluidpumpe fördert Fluid aus dem Katheter (Entnehmen von Fluid), wenn das Umschaltventil in der zweiten Öffnungsstellung ist.
Das Umschaltventil kann ein der ersten Fluidpumpe zugeordnetes erstes Freigabeventil und ein der zweiten Fluidpumpe zugeordnetes zweites Freigabeventil umfassen. Das erste Freigabeventil kann mindestens zwischen einer Öffnungsstellung, in der der Ausgang der ersten Fluidpumpe fluidisch mit dem Messfluidanschluss verbunden ist, und einer Schließstellung, in der der Ausgang der ersten Fluidpumpe fluidisch von dem Messfluidanschluss getrennt ist, umschaltbar sein. Das zweite Freigabeventil kann mindestens zwischen einer Öffnungsstellung, in der der Eingang der zweiten Fluidpumpe fluidisch mit dem Messfluidanschluss verbunden ist, und einer Schließstellung, in der der Eingang der zweiten Fluidpumpe fluidisch von dem Messfluidanschluss getrennt ist, umschaltbar sein.
Das erste und das zweite Freigabeventil können insbesondere parallel zueinander angeordnet sein, so dass Fluid durch das Umschaltventil strömen kann, wenn wenigstens eines der beiden Freigabeventile in seiner Öffnungsstellung ist.
Auf diese Weise kann die Funktion des Umschaltventils kostengünstig und zuverlässig durch zwei Freigabeventile, die als einfache Ventile, die jeweils nur eine Öffnungsstellung und eine Schließstellung aufweisen, realisiert werden.
Das Umschaltventil und insbesondere die Freigabeventile können als mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch ansteuerbare Ventile ausgebildet sein.
Das erste und das zweite Freigabeventil können so miteinander koordiniert bzw. synchronisiert sein, dass sie nur gemeinsam umschaltbar sind, so dass dann, wenn das erste Freigabeventil in Öffnungsstellung ist, das zweite Freigabeventil in Schließstellung ist, und dass dann, wenn das erste Freigabeventil in Schließstellung ist, das zweite Freigabeventil in Öffnungsstellung ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt jeweils eines der beiden Freigabeventile geöffnet und geschlossen ist. Auf diese Weise kann eine Fehlfunktion des Umschaltventils, bei dem beide Freigabeventile gleichzeitig geöffnet oder geschlossen sind, zuverlässig verhindert werden.
Die Freigabeventile können mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch miteinander koordiniert bzw. synchronisiert sein.
Das Umschaltventil kann auch derart ausgebildet sein, dass es den Messfluidanschluss wahlweise mit einem Eingang der (ersten) Fluidpumpe oder mit einem Ausgang der (ersten) Fluidpumpe fluidisch verbindet. Mit einem derart ausgebildeten Umschaltventil kann eine Fluid-Fördervorrichtung geschaffen werden, die nur eine einzige Fluidpumpe aufweist und die zwischen zwei entgegengesetzten Förderrichtungen, insbesondere einer ersten Förderrichtung zum Einleiten von Fluid in einen Katheter und einer zweiten Förderrichtung zum Entnehmen von Fluid aus einem Katheter, umschaltbar ist.
Auf eine zweite Fluidpumpe kann bei einer solchen Fluid-Fördervorrichtung verzichtet werden, wodurch die Kosten der Fluid-Fördervorrichtung gering gehalten werden können.
Der Verzicht auf eine zweite Fluidpumpe ist besonders dann vorteilhaft, wenn als Fluidpumpe eine Membranpumpe zum Einsatz kommt, da Membranpumpen in der Regel teuer als Mikropumpen sind und einen größeren Bauraum benötigen.
Auch eine Fluid-Fördervorrichtung, die ein Umschaltventil aufweist, das derart ausgebildet ist, dass es den Messfluidanschluss wahlweise mit einem Eingang einer Fluidpumpe oder mit einem Ausgang der Fluidpumpe fluidisch verbindet, kann mit wenigstens einer weiteren Fluidpumpe ausgestattet sein.
Beispielsweise kann eine zweite Fluidpumpe in Reihe mit der ersten Fluidpumpe geschaltet werden, um den maximal erreichbaren Ausgangsdruck des Fluids zu erhöhen. Durch eine Parallelschaltung von wenigstens zwei Fluidpumpen kann der maximal erreichbare Fluidfluss vergrößert werden.
Eine solche Reihen- oder Parallelschaltung funktioniert sowohl mit Membranpumpen als auch mit Mikropumpen/Piezo-Fluidpumpen. Eine Parallel- oder Reihenschaltung von wenigstens zwei Fluidpumpen ist besonders vorteilhaft, wenn Mikropumpen/Piezo-Pumpen als Fluidpumpen zum Einsatz kommen, da diese häufig eine geringere Förderleistung als Membranpumpen aufweisen; insbesondere eine Förderleistung, die kleiner als die Förderleistung ist, die zum Einleiten und/oder Entnehmen von Fluid in bzw. aus einem Katheter gewünscht ist.
Das Umschaltventil kann eine Kombination aus mehreren Umschaltventilen umfassen. Das Umschaltventil kann insbesondere ein erstes Förderrichtungs-Umschaltventil und ein zweites Förderrichtungs-Umschaltventil umfassen, wobei das erste Förderrichtungs-Umschaltventil und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil in Bezug auf die Strömungsrichtung von Fluid durch die Fluidpumpe in Reihe zueinander angeordnet sind. „In Reihe zueinander angeordnet“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das erste und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil in Strömungsrichtung des Messfluids hintereinander angeordnet sind, und dass kein Fluid durch die Fluidpumpe gefördert werden könnte, wenn (hypothetisch) wenigstens eines der beiden Förderrichtungs-Umschaltventile in einer Blockierstellung wäre, in der es den Durchfluss von Fluid blockiert.
Das erste Förderrichtungs-Umschaltventil kann in Bezug auf die Strömungsrichtung von Fluid durch die Fluidpumpe stromabwärts der Fluidpumpe angeordnet sein. Das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil kann in Bezug auf die Strömungsrichtung von Fluid durch die Fluidpumpe stromaufwärts der Fluidpumpe angeordnet sein.
Das Förderrichtungs-Umschaltventil kann dem Ausgang der Fluidpumpe zugeordnet bzw. benachbart angeordnet und fluidisch mit dem Ausgang der Fluidpumpe verbunden sein. Entsprechend kann das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil dem Eingang der Fluidpumpe zugeordnet bzw. benachbart angeordnet und fluidisch mit dem Eingang der Fluidpumpe verbunden sein.
Das erste Förderrichtungs-Umschaltventil kann zwischen mindestens einer ersten Öffnungsstellung und mindestens einer zweiten Öffnungsstellung umschaltbar sein, wobei in der ersten Öffnungsstellung der Ausgang der Fluidpumpe fluidisch mit dem Messfluidanschluss verbunden ist und in der zweiten Öffnungsstellung der Ausgang der Fluidpumpe fluidisch von dem Messfluidanschluss getrennt ist.
Ähnlich kann das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil zwischen mindestens einer ersten und einer zweiten Öffnungsstellung umschaltbar sein, wobei in der ersten Öffnungsstellung der Eingang der Fluidpumpe fluidisch von dem Messfluidanschluss getrennt ist und in der zweiten Öffnungsstellung der Eingang der Fluidpumpe fluidisch mit dem Messfluidanschluss verbunden ist.
Auf diese Weise kann mit einer einzigen Fluidpumpe eine Fluid-Fördervorrichtung realisiert werden, die es ermöglicht, die Fluid-Förderrichtung der Fluid-Fördervorrichtung gezielt umzuschalten. Die Kosten und der Bauraum für eine zweite Fluidpumpe können auf diese Weise eingespart werden.
Das erste und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil können so miteinander gekoppelt sein, dass sie nur miteinander koordiniert bzw. synchronisiert umschaltbar sind, insbesondere so, dass dann, wenn das erste Förderrichtungs-Umschaltventil in der ersten Öffnungsstellung ist, auch das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil in der ersten Öffnungsstellung ist. Dies kann einem Betriebszustand entsprechen, in dem der Betrieb der Fluidpumpe zum Einleiten von Fluid in den Katheter führt.
Das erste und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil können so miteinander gekoppelt sein, dass sie nur miteinander koordiniert bzw. synchronisiert umschaltbar sind, insbesondere so, dass dann, wenn das erste Förderrichtungs-Umschaltventil in der zweiten Öffnungsstellung ist, auch das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil in der zweiten Öffnungsstellung ist. Dies kann einem Betriebszustand entsprechen, in dem der Betrieb der Fluidpumpe zum Entnehmen von Fluid aus dem Katheter führt.
Durch eine derartige Kopplung der Förderrichtungs-Umschaltventile kann eine Kombination von Öffnungsstellungen der beiden Förderrichtungs-Umschaltventile, die keinem gewünschten Betriebszustand der Fluid-Fördervorrichtung entspricht, zuverlässig vermieden werden.
Das erste und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil können mechanisch, elektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch betätigbar sein.
Das erste und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil können insbesondere mechanisch, elektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch miteinander gekoppelt sein.
Durch ein gezieltes, ggf. vorübergehendes, Aufheben der Kopplung zwischen den Förderrichtungs-Umschaltventilen können bei Bedarf spezielle Betriebszustände eingestellt werden, in denen die beiden Förderrichtungs-Umschaltventile in verschiedenen Öffnungsstellungen sind und in denen weder Fluid in den Katheter gefördert, noch aus dem Katheter entnommen wird.
Solche speziellen Betriebszustände können z.B. eingestellt werden, um die Förderleistung der Fluidpumpe in einen definierten Zustand zu bringen, z.B. nach dem Anfahren der Fluidpumpe, bevor Fluid von der Fluidpumpe in den Katheter gefördert wird, und/oder um Fluid im Kreis zu fördern, z.B. um die Komponenten der Fluid-Fördervorrichtung mit Fluid zu spülen.
Die Fluid-Fördervorrichtung kann auch ein Ventil mit einer Blockierfunktion aufweisen, das es ermöglicht, die Pumpvorrichtung fluidisch von dem Messfluidanschluss zu trennen, so dass kein Fluid von zwischen der Pumpvorrichtung und dem Messfluidanschluss fließen kann.
Die Fluid-Fördervorrichtung kann insbesondere ein Blockierventil aufweisen, das stromabwärts der Fluidpumpe angeordnet ist und das mindestens eine Blockierstellung aufweist, in der die Pumpvorrichtung von dem Messfluidanschluss getrennt ist.
Das Blockierventil kann ein von dem Umschaltventil separat ausgebildetes Ventil sein. Ein solches separat ausgebildetes Blockierventil kann stromabwärts in Reihe mit dem Umschaltventil angeordnet sein; es kann insbesondere zwischen dem Umschaltventil und dem Messfluidanschluss angeordnet sein, um den Messfluidanschluss und insbesondere einen an den Messfluidanschluss angeschlossenen Katheter fluidisch von der Fluidpumpe trennen zu können.
Es kann auch Umschaltventil zum Einsatz kommen, das eine Blockierstellung aufweist, in der die Pumpvorrichtung fluidisch von dem Messfluidanschluss getrennt ist. In diesem Fall kann auf ein separates Umschaltventil verzichtet werden.
Jeder Fluidpumpe kann eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes, insbesondere eine Verengung des Strömungsquerschnitts, zugeordnet sein. Eine derartige Vorrichtung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie einen bei maximaler Pumpleistung der jeweiligen Fluidpumpe erzielbaren Fluidfluss durch ihren Strömungswiderstand auf einen vorbestimmten Wert reduziert. Dadurch können eine Beschädigung eines an die Fluid-Fördervorrichtung angeschlossen Katheters und/oder eine Verfälschung von Messergebnissen durch einen zu hohen Fluidfluss vermieden werden. Der Einsatz einer Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes ist insbesondere vorteilhaft, wenn als Fluidpumpe wenigstens eine Membranpumpe zum Einsatz kommt, da Membranpumpen in der Regel eine höher Nennförderleistung als Mikropumpen/Piezo-Fluidpumpen haben. Insbesondere haben Membranpumpen häufig eine Nennförderleistung, die größer ist, als es zum Befüllen und Entleeren von Kathetern in dem hier beschriebenen Zusammenhang erforderlich ist.
Mit Hilfe einer Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes kann die geförderte Fluidmenge auf eine für den Katheter geeignete Fördermenge reduziert werden, ohne dass die Nennförderleistung der Fluidpumpe verändert werden muss. Die Fluidpumpe kann so weiter in ihrem optimalen Arbeitsbereich betrieben werden.
Die Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes kann in Strömungsrichtung in Reihe mit der jeweiligen Fluidpumpe angeordnet sein. Die Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes kann insbesondere stromaufwärts am Eingang und/oder stromabwärts am Ausgang der jeweiligen Fluidpumpe angeordnet sein.
Weist die Fluid-Fördervorrichtung mehr als eine Fluidpumpe auf, kann eine gemeinsame Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes vorgesehen sein, die mehreren, insbesondere allen, Fluidpumpen zugeordnet ist. Es kann auch für jede Fluidpumpe eine eigene Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes vorgesehen sein.
Derartige Vorrichtungen können beispielsweise stromabwärts vom Ausgang der ersten Fluidpumpe und stromaufwärts vom Eingang der zweiten Fluidpumpe und/ oder stromaufwärts vom Eingang der ersten Fluidpumpe und stromabwärts vom Ausgang der zweiten Fluidpumpe angeordnet sein.
Eine erste Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes kann insbesondere zwischen dem Ausgang der ersten Fluidpumpe und dem Messfluidanschluss angeordnet sein. Eine zweite Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes kann insbesondere zwischen dem Eingang der zweiten Fluidpumpe und dem Messfluidanschluss angeordnet sein. Die erste und die zweite Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes liegen in diesem Fall parallel zueinander.
Eine gemeinsame Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes kann so angeordnet sein, dass sie, je nach Stellung des Umschaltventils, zwischen dem Ausgang der ersten Fluidpumpe und dem Messfluidanschluss oder zwischen dem Eingang der zweiten Fluidpumpe und dem Messfluidanschluss angeordnet ist.
Anstelle oder zusätzlich zu wenigstens einer Vorrichtung zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes kann auch wenigstens ein Bypass vorgesehen, sein, der einen Teil des von der wenigstens einen Fluidpumpe geförderten Fluids an dem Katheter vorbeiführt, um die Menge an Fluid, die in den Katheter gefördert wird, und/oder den Fluiddruck im Katheter zu reduzieren.
Eine erfindungsgemäße Fluid-Fördervorrichtung kann ferner einen Flusssensor aufweisen, der zum Erfassen des Fluidflusses ausgebildet ist, der von der ersten und/oder der zweiten Fluidpumpe in den bzw. aus dem Katheter gefördert wird.
Der Flusssensor kann insbesondere zum Erfassen eines in den bzw. aus dem Katheter geförderten Massenflusses des Fluids oder zur Erfassung eines in den bzw. aus dem Katheter geförderten Volumenflusses des Fluids ausgebildet sein. Dazu kann der Flusssensor insbesondere zwischen dem Messfluidanschluss und der wenigstens einen Fluidpumpe angeordnet sein.
Eine erfindungsgemäße Fluid-Fördervorrichtung kann auch einen Drucksensor aufweisen, der zur Messung eines Fluiddrucks ausgebildet ist. Der Drucksensor kann insbesondere dazu ausgebildet sein, den Fluiddruck in einem Bereich einer Fluid-Förderleitung zwischen dem Messfluidanschluss und der ersten bzw. der zweiten Fluidpumpe zu messen.
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zum Erfassen eines Ösophagusballondrucks auf Grundlage eines in einen Ösophagus einführbaren Katheters mit Ballonsonde („Ösophagusballonkatheter“), wobei die Vorrichtung eine erfindungsgemäße Fluid-Fördervorrichtung aufweist.
Die Erfindung umfasst auch eine Beatmungsvorrichtung, die eine solche Vorrichtung zum Erfassen eines Ösophagusballondrucks mit einer erfindungsgemäßen Fluid-Fördervorrichtung aufweist. Die Beatmungsvorrichtung kann insbesondere zur automatischen Bestimmung eines transpulmonalen Drucks auf Grundlage des gemessenen Ösophagusballondrucks ausgebildet sein.
Im Folgenden werden die zuvor beschriebenen und weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen in den Ösophagus eines Patienten einführbaren Ösophagusballonkatheter und ein System zur Charakterisierung des Ösophagusballonkatheters, das eine erfindungsgemäße Fluid-Fördervorrichtung umfasst.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Fluid-Fördervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Fluid-Fördervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4A zeigt eine Fluid-Fördervorrichtung, die gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, in einem ersten Betriebszustand.
4B zeigt eine Fluid-Fördervorrichtung, die gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, in einem zweiten Betriebszustand.
5 zeigt in einer schematisierten Darstellung die wesentlichen Elemente einer erfindungsgemäßen Beatmungsvorrichtung mit einem System zur Charakterisierung eines Ösophagusballonkatheters, das eine erfindungsgemäße Fluid-Fördervorrichtung umfasst.

1 zeigt in einer vereinfachten schematischen Darstellung einen Ösophagusballonkatheter 48, der im Folgenden als „Katheter 48“ bezeichnet wird, und eine Vorrichtung 60 zum Erfassen eines Ösophagusballondrucks.
Der Katheter 48 umfasst einen in einen Ösophagus (Speiseröhre) 34 (siehe 5) eines Patienten einführbaren Katheterschlauch 47.
An einem ersten, proximalen Ende 48a des Katheterschlauchs 47 befindet sich eine Ballonsonde 46.
Ein zweites, distales Ende 48b des Katheterschlauchs 47 ist mit einem Messfluidanschluss 90 der Vorrichtung 60 zum Erfassen des Ösophagusballondrucks derart verbunden, dass der Katheter 48 von der Vorrichtung 60 mit einem Fluid, insbesondere mit Luft, beaufschlagbar, insbesondere befüllbar, ist. Die Vorrichtung 60 zum Erfassen des Ösophagusballondrucks ist auch in der Lage, Fluid durch den Messfluidanschluss 90 aus dem Katheter 48 zu entnehmen, um den Katheter 48, insbesondere die Ballonsonde 46 des Katheters 48 zu entleeren.
Der Messfluidanschluss 90 an der Vorrichtung 60 kann beispielsweise ein männlicher Lyer-Lock-Anschluss oder ein Schlauchstutzen sein, der mit einem Lyer-Lock-Anschluss kompatibel ist, so dass auf den Messfluidanschluss 90 sowohl Kunststoffschläuche als auch Lure-Stecker aufgesteckt werden können.
Die Fluidverbindung zwischen dem zweiten, distalen Ende 48b des Katheterschlauchs 47 und Vorrichtung 60 zum Erfassen des Ösophagusballondrucks am Messfluidanschluss 90 ist lösbar, so dass der Katheter 48 wahlweise mit der Vorrichtung 60 zum Erfassen des Ösophagusballondrucks verbindbar und von dieser trennbar ist.
Die Vorrichtung 60 zum Erfassen des Ösophagusballondrucks umfasst eine Fluid-Fördervorrichtung 65, die dazu ausgebildet ist, wahlweise Fluid in den Katheter 48 einzubringen und Fluid aus dem Katheter 48 zu entnehmen. Die Fluid-Fördervorrichtung 65 steht an dem Messfluidanschluss 90 in Fluidverbindung mit dem Katheterschlauch 47 und umfasst insbesondere eine Pumpvorrichtung 100 und wenigstens ein Ventil 107.
Die Vorrichtung 60 zum Erfassen des Ösophagusballondrucks umfasst darüber hinaus einen Flusssensor 62, insbesondere einen Massenflusssensor 62, der dazu ausgebildet ist, die Menge, d.h. den Volumen- und/oder Massenfluss, von in den Katheter 48 eingeleitetem und/oder die Menge von aus dem Katheter 48 entnommenem Fluid zu bestimmen, und einen Drucksensor 63, der dazu ausgebildet ist, den Fluiddruck im Katheter 48 zu bestimmen.
Der Flusssensor 62, der Drucksensor 63 und das Ventil 107 können jeweils als Bestandteil der Fluid-Fördervorrichtung 65 (wie in der 1 gezeigt), oder als separate Elemente der Vorrichtung 60 zum Erfassen des Ösophagusballondrucks, d.h. separat von der Fluid-Fördervorrichtung 65, ausgebildet sein.
Die Vorrichtung 60 zum Erfassen des Ösophagusballondrucks umfasst auch wenigstens eine Steuerung 80, die dazu ausgebildet ist, den Ösophagusballondruck zu bestimmen. Ein solches Verfahren schließt insbesondere ein, die Fluid-Fördervorrichtung 65 geeignet anzusteuern, um den Katheter 48 gezielt mit Fluid zu befüllen und/oder Fluid aus dem Katheter 48 zu entnehmen.
Die wenigstens eine Steuerung 80 kann als eigenständiges Bauteil „in Hardware“ realisiert sein. Es können auch zwei oder mehr Steuerungen 80 in ein gemeinsames Bauteil oder in eine gemeinsame Gruppe von Bauteilen integriert sein. Die wenigstens eine Steuerung 80 kann auch in eine Beatmungsvorrichtung 10 (siehe 5) integriert sein.
Die wenigstens eine Steuerung 80 kann auch als Computerprogrammprodukt, d.h. durch ein entsprechendes Softwareprogramm realisiert sein, das auf einem Prozessor, insbesondere einem Mikroprozessor oder Mikrocontroller, ausgeführt wird. In diesem Fall kann die Software auf einem geeigneten lokalen oder über ein Netzwerk abrufbaren Speichermedium vorgehalten werden. Die Software enthält als Computerprogramm codierte Anweisungen, die dann, wenn die Software in einen Arbeitsspeicher des Prozessors geladen und in Maschinensprache übersetzt wird, den Prozessor dazu veranlasst, die hierin näher beschriebenen Prozeduren auszuführen. Auch Mischformen zwischen einer Realisierung in Hardware und einer Realisierung in Software sind möglich.
Die Steuerung 80 kann so ausgebildet sein, dass sie es ermöglicht, einen Katheter 48 mit einer definierten Fluidmenge zu befüllen, um den Katheter 48 in vivo, d.h. im Ösophagus 34 eines Patienten, zu betreiben, um den Ösophagusballondruck im Ösophagus 34 des Patienten zu messen und daraus den transpulmonalen Druck im Brustkorb des Patienten zu bestimmen.
Die Steuerung 80 kann auch dazu ausgebildet sein, die Vorrichtung 60 zum Erfassen des Ösophagusballondrucks als Charakterisierungssystem zu betreiben, das dazu ausgebildet ist, den Katheter 48 ex vivo, d.h. bevor er in den Ösophagus 34 eines Patienten eingeführt wird, zu charakterisieren und ggf. zu klassifizieren.
Die Vorrichtung 60 weist auch eine Speichervorrichtung 70 auf, die dazu ausgebildet ist, wenigstes eine erfasste Größe, z.B. den Ballondruck und/oder eine charakteristische Eigenschaft oder Kenngröße des Katheters 48, die von der Vorrichtung 60 bestimmt worden ist, zu speichern und bei Bedarf über eine Ausgabevorrichtung 72, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle, eine Anzeigevorrichtung („Bildschirm“) und/oder einen Drucker auszugeben.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Fluid-Fördervorrichtung 65, die gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
Die Fluid-Fördervorrichtung 65 umfasst eine Pumpvorrichtung 100 mit einer ersten Fluidpumpe 102 und einer zweiten Fluidpumpe 104. Die beiden Fluidpumpen 102, 104 können insbesondere als Mikropumpen 102, 104, beispielsweise als Piezo-pumpen 102, 104, ausgebildet sein.
Solche Mikropumpen/Piezopumpen 102, 104 haben eine besonders kompakte Bauweise und sind kostengünstig erhältlich.
Die beiden Fluidpumpen 102, 104 sind so ausgebildet, dass sie jeweils eine vorgegebene Strömungsrichtung R₁ bzw. R₂ aufweisen, in der das Fluid von der jeweiligen Fluidpumpe 102, 104 gefördert wird.
Jede Fluidpumpe 102, 104 hat daher einen Fluideingang 102a, 104a, durch den das geförderte Fluid im Betrieb in die jeweilige Fluidpumpe 102, 104 einströmt, und einen Fluidausgang 102b, 104b, durch den das Fluid im Betrieb die jeweilige Fluidpumpe 102, 104 verlässt.
Die Fluidpumpen 102, 104 sind so mit einem Umschaltventil 106 verbunden, dass ihre Strömungsrichtungen R₁, R₂ entgegengesetzt zueinander sind. D.h., der Fluidausgang 102b der ersten Fluidpumpe 102 und der Fluideingang 104a der zweiten Fluidpumpe 104 sind mit dem Umschaltventil 106 verbunden.
Der Fluideingang 102a der ersten Fluidpumpe 102 steht über eine Zulaufleitung 110a in Fluidverbindung mit der Umgebung und der Fluidausgang 104b der zweiten Fluidpumpe 104 steht über eine Ablaufleitung 110b in Fluidverbindung mit der Umgebung. So können die Fluidpumpen 102, 104 Luft als Fluid aus der Umgebung durch die Zulaufleitung 110a ansaugen und Fluid durch die Ablaufleitung 110b in die Umgebung abgeben.
Die Zulaufleitung 110a und die Ablaufleitung 110b können optional zu einer gemeinsamen Zu- und Ablaufleitung 110 zusammengeführt sein.
Wenn ein anderes Fluid als Luft als Fluid verwendet werden soll, kann die Zulaufleitung 110a fluidisch mit einer entsprechenden, in den Figuren nicht gezeigten, Fluidquelle verbunden sein, die das gewünschte Fluid, z.B. mit Sauerstoff angereicherte Luft, zur Verfügung stellt.
Die von den Fluidpumpen 102, 104 abgewandte, in der 2 unten dargestellte Seite des Umschaltventils 106 ist fluidisch mit einer Fluidförderleitung 108 verbunden. Durch Umschalten des Umschaltventils 106 kann wahlweise die erste Fluidpumpe 102 oder die zweite Fluidpumpe 104 fluidisch mit der Fluidförderleitung 108 verbunden werden.
In der Fluidförderleitung 108 kann optional ein Blockierventil 107 vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, in einer Blockierstellung jeglichen Fluidfluss durch die Fluidförderleitung 108 zu blockieren und in einer Freigabestellung einen Fluidfluss durch die Fluidförderleitung 108 zu ermöglichen.
Das Umschaltventil 106 kann auch so ausgebildet sein, dass es zusätzlich eine Blockierstellung aufweist, in der weder die erste Fluidpumpe 102 noch die zweite Fluidpumpe 104 mit der Fluidförderleitung 108 verbunden ist und jeglicher Fluidfluss durch die Fluidförderleitung 108 von dem Umschaltventil 106 blockiert wird. In diesem Fall kann auf ein separates Blockierventil 107 verzichtet werden.
Auf der von dem Umschaltventil 106 abgewandten Seite des Blockierventils 107 sind ein Flusssensor 62 und ein Drucksensor 63 vorgesehen. Der Flusssensor 62 ist dazu ausgebildet, die Fluidfluss durch die Fluidförderleitung 108 zu messen, und der Drucksensor 63 ist dazu ausgebildet, den Fluiddruck in der Fluidförderleitung 108 zu messen.
Auf der von den Ventilen 106, 107 abgewandten Seite der Sensoren 62, 63 befindet sich der Messfluidanschluss 90, der es ermöglicht, den Katheterschlauch 47 des Katheters 48 fluidisch mit der Fluidförderleitung 108 zu verbinden.
Wenn der Katheterschlauch 47 eines Katheters 48 fluidisch mit dem Messfluidanschluss 90 verbunden ist, das Blockierventil 107 geöffnet ist und das Umschaltventil 106 in einer ersten Stellung ist, wie es in der 2 gezeigt ist, kann Fluid von der ersten Fluidpumpe 102 aus der Zulaufleitung 110a in den Katheter 48 gefördert werden.
Wenn das Umschaltventil 106 in einer zweiten Stellung ist, die in der 2 nicht gezeigt ist, kann durch den Betrieb der zweiten Fluidpumpe 104 Fluid aus dem Katheter 48 entnommen und in die Ablaufleitung 110b abgegeben werden.
Das Umschaltventil 106 kann insbesondere ein der ersten Fluidpumpe 102 zugeordnetes erstes Freigabeventil 106a und ein der zweiten Fluidpumpe 104 zugeordnetes zweites Freigabeventil 106b umfassen.
In einer solchen Konfiguration kann das erste Freigabeventil 106a mindestens zwischen einer Öffnungsstellung, in der der Fluidausgang 102b der ersten Fluidpumpe 102 fluidisch mit der Fluidförderleitung 108 verbunden ist, und einer Schließstellung, in der der Fluidausgang 102b der ersten Fluidpumpe 102 fluidisch von der Fluidförderleitung 108 getrennt ist, umschaltbar sein.
Analog kann das zweite Freigabeventil 106b mindestens zwischen einer Öffnungsstellung, in der der Fluideingang 104a der zweiten Fluidpumpe 104 fluidisch mit dem der Fluidförderleitung 108 verbunden ist, und einer Schließstellung, in der der Fluideingang 104a der zweiten Fluidpumpe 104 fluidisch von der Fluidförderleitung 108 getrennt ist, umschaltbar sein.
In einer solchen Konfiguration, in der das Umschaltventil 106 mit zwei Freigabeventilen 106a, 106b ausgebildet ist, kann die zuvor beschriebene Funktion des Umschaltventils 106, die Förderrichtung der Fluid-Fördervorrichtung 65 umzuschalten, durch gezieltes Öffnen und Schließen der beiden Freigabeventile 106a, 106b verwirklicht werden.
Die beiden Freigabeventile 106a, 106b können dabei insbesondere parallel zueinander angeordnet sein, so dass das Öffnen bzw. Freigeben eines der beiden Freigabeventile 106a, 106b ausreicht, um es Fluid zu ermöglichen, durch das Umschaltventil 106 zu strömen.
Das Umschaltventil 106 und insbesondere die beiden Freigabeventile 106a, 106b können als mechanisch, elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch ansteuerbare Ventile ausgebildet sein.
Das erste und das zweite Freigabeventil 106a, 106b können mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch so miteinander koordiniert bzw. synchronisiert sein, dass dann, wenn das erste Freigabeventil 106a in seiner Öffnungsstellung ist, das zweite Freigabeventil 106b in seiner Schließstellung ist, und dass dann, wenn das erste Freigabeventil 106a in seiner Schließstellung ist, das zweite Freigabeventil 106b in seiner Öffnungsstellung ist.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Umschaltventil (nur) zwischen zwei wohldefinierten Betriebszuständen umschaltbar ist, in denen jeweils eines der Freigabeventile 106a, 106b geöffnet und das andere der Freigabeventile 106a, 106b geschlossen ist.
Die Pumpvorrichtung 100 kann auch so ausgebildet sein, dass die erste Fluidpumpe 102 gegen ein geschlossenes Blockierventil 107 pumpen kann, um den Systemdruck am Fluidausgang 102b auf den Druck im Ösophagusballonkatheter 48 anzupassen, anstatt Fluid in die Umgebung zu pumpen, um die erste Fluidpumpe 102 auf die gewünschte Förderleistung zu bringen. In diesem Fall müsste der Drucksensor 63 oder ein zusätzlicher Drucksensor, der in der 2 nicht gezeigt ist, zwischen der Fluidpumpe 102 und dem Blockierventil 107 vorgesehen sein, um den Fluiddruck am Fluidausgang 102b der ersten Fluidpumpe 102 messen und auf den gewünschten Werte einstellen zu können.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Fluid-Fördervorrichtung 65, die gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist.
Der Aufbau der in der 3 gezeigten Fluid-Fördervorrichtung 65, die gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, entspricht im Wesentlichem dem Aufbau der Fluid-Fördervorrichtung 65, die gemäß dem ersten, in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Die Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels, die mit Merkmalen des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut im Detail beschrieben. Stattdessen wird auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.
Die Fluid-Fördervorrichtung 65 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Fluid-Fördervorrichtung 65 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass bei der Fluid-Fördervorrichtung 65 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zwischen der ersten Fluidpumpe 102 und dem Umschaltventil 106 und zwischen der zweiten Fluidpumpe 104 und dem Umschaltventil 106 jeweils eine Vorrichtung 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, einen bei maximaler Pumpleistung der ersten Fluidpumpe 102 und/oder der zweiten Fluidpumpe 104 Messfluidfluss auf einen vorbestimmten Wert herabzusetzen bzw. zu begrenzen.
Eine Vorrichtung 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes kann insbesondere eine Verengung des Strömungsquerschnitts, z.B. in Form einer Blende bzw. Drossel, umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes ein poröses Material, z.B. einen Schaumstoff, umfassen, das in den Strömungsweg des Fluids eingebracht ist, um den Messfluidfluss herabzusetzen bzw. zu begrenzen.
Das Vorsehen derartiger Vorrichtungen 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Nenn-Förderleistungen der Fluidpumpen 102, 104 größer sind, als es für das bestimmungsgemäße Einleiten und/oder Entnehmen von Fluid aus dem Katheter 48 erforderlich ist und die Gefahr besteht, dass der Katheter 48 durch den bei maximaler Förderleistung der Fluidpumpen 102, 104 erzielbaren Fluidfluss beschädigt wird und/oder dass ein gewünschtes Verfahren aufgrund des hohen Drucks und/oder aufgrund des hohen Fluidflusses nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden kann.
Das Vorsehen einer Vorrichtung 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes ermöglichen auch eine genauere Einstellung der Flussrate, da die Fluidpumpe 102, 104 nicht in einem Bereich mit einer sehr niedrigen Förderleistung betrieben werden muss, sondern in einem höheren Bereich betrieben werden kann, in dem die Flussrate der Fluidpumpe 102, 104 besser einstellbar ist.
Dies kann insbesondere dann eintreten, wenn wenigstens eine der Fluidpumpen 102, 104 als Membranpumpe ausgebildet ist, da Membranpumpen in der Regel eine höhere Nenn-Förderleistung als Mikropumpen/Piezo-Pumpen haben.
In dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Vorrichtungen 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes zwischen den Fluidpumpen 102, 104, die insbesondere als Membranpumpen ausgebildet sind, und dem Umschaltventil 106 angeordnet. Die Vorrichtungen 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes sind somit stromabwärts des Fluidausgangs 102b der ersten Fluidpumpe 102 und stromaufwärts des Fluideingangs 104a der zweiten Fluidpumpe 104 angeordnet.
In alternativen Ausführungsbeispielen, die nicht explizit in den Figuren gezeigt sind, kann wenigstens eine der Vorrichtungen 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes auch auf der „anderen Seite“ der jeweiligen Fluidpumpe 102, 104, d.h. stromaufwärts der jeweiligen Fluidpumpe 102, 104, am Fluideingang 102a der ersten Fluidpumpe 102, bzw. stromabwärts, am Fluidausgang 104b der zweiten Fluidpumpe 104, angeordnet sein.
In einem weiteren, in den Figuren nicht explizit gezeigten, Ausführungsbeispiel kann auch eine für beide Fluidpumpen 102, 104 gemeinsame Vorrichtung 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes vorgesehen sein, die je nach Stellung des Umschaltventils 106 in der einen oder in der anderen Richtung von Fluid durchströmt wird.
Eine solche gemeinsame Vorrichtung 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes kann beispielsweise in einer gemeinsamen Zuluft- und Ablaufleitung 110 und/oder auf der von den Fluidpumpen 102, 104 abgewandten Seite des Umschaltventils 106 in der Fluidförderleitung 108, zum Beispiel zwischen dem Umschaltventil 106 und dem Blockierventil 107 oder zwischen dem Blockierventil 107 und dem Flusssensor 62, angeordnet sein.
Die 4A und 4B zeigen in schematischen Ansichten eine Fluid-Fördervorrichtung 65, die gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist. Die 4A und 4B zeigen die Fluid-Fördervorrichtung 65 in zwei verschiedenen Betriebszuständen.
Die Pumpvorrichtung 100 einer Fluid-Fördervorrichtung 65, die gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, umfasst nur eine einzige Fluidpumpe 102, die dazu ausgebildet ist, Fluid in einer vorgegebenen Strömungsrichtung R₁ von einem Fluideingang 102a zu einem Fluidausgang 102b der Fluidpumpe 102 zu fördern.
In einer Fluid-Fördervorrichtung 65, die gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist umfasst das Umschaltventil 106 ein erstes Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1, das fluidisch mit dem Fluideingang 102a der Fluidpumpe 102 verbunden ist, so dass es stromaufwärts der Fluidpumpe 102 angeordnet ist, und ein zweites Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 das fluidisch mit dem Fluidausgang 102b der Fluidpumpe 102 verbunden ist, so dass es stromabwärts der Fluidpumpe 102 angeordnet ist.
Das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 sind somit in Bezug auf die Strömungsrichtung R₁ des Messfluids in Reihe zueinander angeordnet, so dass die beiden Förderrichtungs-Umschaltventile 106-1, 106-2 in der Strömungsrichtung R₁ des Messfluids hintereinander liegen, wobei die Fluidpumpe 102 zwischen den beiden Förderrichtungs-Umschaltventilen 106-1, 106-2 angeordnet ist. Eine solche Reihenanordnung der beiden Förderrichtungs-Umschaltventile 106-1, 106-2 hat zur Folge, dass in einem hypothetischen Fall, in dem wenigstens eines der beiden Förderrichtungs-Umschaltventile 106-1, 106-2 den Fluidfluss blockiert, kein Fluid durch die Fluidpumpe 102 gefördert werden könnte.
Die beiden Förderrichtungs-Umschaltventile 106-1, 106-2 sind jeweils zwischen mindestens einer ersten und einer zweiten Öffnungsstellung umschaltbar.
Die beiden Förderrichtungs-Umschaltventile 106-1, 106-2 können jeweils ein erstes Freigabeventil 106a und zweites Freigabeventil 106b umfassen, wie es im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist.
In der 4A ist die Fluid-Fördervorrichtung 65 in einem Betriebszustand gezeigt, in dem sich die beiden Förderrichtungs-Umschaltventile 106-1, 106-2 in der ersten Öffnungsstellung befinden.
In der ersten Öffnungsstellung des ersten Förderrichtungs-Umschaltventils 106-1 ist der Fluideingang 102a der Fluidpumpe 102 durch das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 fluidisch mit der Zulaufleitung 110a verbunden. In der ersten Öffnungsstellung des zweiten Förderrichtungs-Umschaltventils 106-2 ist der Fluidausgang 102b der Fluidpumpe 102 durch das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 fluidisch mit der Fluidförderleitung 108 verbunden.
In der 4B ist ein Zustand gezeigt, in dem sich beide Förderrichtungs-Umschaltventile 106-1, 106-2 in der zweiten Öffnungsstellung befinden.
In der zweiten Öffnungsstellung des ersten Förderrichtungs-Umschaltventils 106a ist der Fluideingang 102a der Fluidpumpe 102 durch das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 fluidisch mit der Fluidförderleitung 108 verbunden. In der zweiten Öffnungsstellung des zweiten Förderrichtungs-Umschaltventils 106-2 ist der Fluidausgang 102b der Fluidpumpe 102 durch das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 fluidisch mit der Ablaufleitung 110b verbunden.
Das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 können mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch ansteuerbare Ventile sein.
Das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 können insbesondere mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch so miteinander koordiniert bzw. synchronisiert sein, dass dann, wenn das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 in der ersten Öffnungsstellung ist, auch das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 in der ersten Öffnungsstellung ist, wie es in der 4A gezeigt ist, und dass dann, wenn das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 in der zweiten Öffnungsstellung ist, auch das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 in der zweiten Öffnungsstellung ist, wie es in der 4B gezeigt ist.
Wenn das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 in der ersten Öffnungsstellung sind, wie es in der 4A gezeigt ist, wird beim Betrieb der Fluidpumpe 102 Fluid aus der Zulaufleitung 110a in die Fluidförderleitung 108 gefördert.
Der im unteren Bereich der 4A und 4B dargestellte Aufbau der Fluid-Fördervorrichtung 65 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, der das Blockierventil 107, den Flusssensor 62, den Drucksensor 63, und den Messfluidanschluss 90 umfasst, entspricht dem Aufbau der Fluid-Fördervorrichtungen 65 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie er in den 2 und 3 gezeigt und in diesem Zusammenhang beschrieben worden ist. Auf eine erneute Beschreibung dieses Teils der Fluid-Fördervorrichtung 65 wird daher verzichtet. Stattdessen wird auf die Beschreibung der 2 und 3 verwiesen.
Wenn das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 in ihrer jeweiligen zweiten Öffnungsstellung sind, wie es in der 4B gezeigt ist, wird beim Betrieb der Fluidpumpe 102 Fluid aus dem Katheter 48 durch den Katheterschlauch 47 und die Fluidförderleitung 108 aus dem Katheter 48 in die Ablaufleitung 110b gefördert, so dass der Katheter 48 geleert wird.
Mit einer Fluid-Fördervorrichtung 65 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wie es in den 4A und 4B gezeigt ist, kann der Katheter 48 daher mit einer einzigen Fluidpumpe 102 sowohl mit Fluid gefüllt, als auch entleert werden.
Wenn das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 nicht fest miteinander gekoppelt und synchronisiert sind, so dass die Synchronisation zwischen den beiden Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1, 106-2 aufhebbar ist, ist ein Betriebszustand der Fluid-Fördervorrichtung 65 einstellbar, in dem das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 in der ersten Öffnungsstellung ist, wie es in der 4A gezeigt ist, und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 in der zweiten Öffnungsstellung ist, wie es in der 4B gezeigt ist.
Ein solcher Betriebszustand kann eingestellt werden, um die Förderleistung der Fluidpumpe 102 auf ihren im Betrieb maximal erreichbaren Wert zu bringen, bevor das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 in die erste Öffnungsstellung umgeschaltet wird, um Fluid in den Katheter 48 zu fördern. Auf diese Weise kann das Fluid von Beginn an mit einer definierten Förderleistung in den Katheter 48 gefördert werden.
Es ist auch ein Betriebszustand einstellbar, in dem das erste Förderrichtungs-Umschaltventil 106-1 in der zweiten Öffnungsstellung (siehe 4B) ist, und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil 106-2 in der ersten Öffnungsstellung (siehe 4A) ist. In einem solchen Betriebszustand wird Fluid durch die Fluidpumpe 102 im Kreis gefördert. Dieser Betriebszustand kann genutzt werden, um die Fluidpumpe 102 und die Förderrichtungs-Umschaltventile 106-1, 106-2 mit Fluid zu spülen.
Auch in dem dritten Ausführungsbeispiel kann am Fluidausgang 102b der Fluidpumpe 102 eine Vorrichtung 105 zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, den bei maximaler Pumpleistung der Fluidpumpe 102 erzielbaren Messfluidfluss auf einen vorbestimmten Wert herabzusetzen bzw. zu begrenzen, um eine Beschädigung des Katheters 48 aufgrund eines zu großen Fluidflusses zu vermeiden.
Das Vorsehen einer Vorrichtung 105a, 105b zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes ermöglichen auch eine genauere Einstellung der Flussrate, da die Fluidpumpe 102, 104 nicht in einem Bereich mit einer sehr niedrigen Förderleistung betrieben werden muss, sondern in einem höheren Bereich betrieben werden kann, in dem die Flussrate der Fluidpumpe 102, 104 besser einstellbar ist.
Wie es im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 3) beschrieben worden ist, kann die Vorrichtung 105 zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes auch an anderen Stellen entlang des Fluidflusses, insbesondere stromaufwärts vor dem Fluideingang 102a der Fluidpumpe 102 und/oder stromabwärts des zweite Förderrichtungs-Umschaltventils 106-2 in der Fluidförderleitung 108 angeordnet sein.
Wenn eine Fluidpumpe 102 mit einer geringen maximalen Förderleistung, insbesondere eine Mikropumpe, z.B. eine Piezo-Pumpe, als Fluidpumpe 102 verwendet wird, so dass keine Gefahr besteht, den Katheter 48 durch einen überhöhten Fluidfluss zu beschädigen, kann auch im dritten Ausführungsbeispiel auf eine Vorrichtung 105 zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes verzichtet werden.
Wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, kann auf ein separates Blockierventil 107 verzichtet werden, wenn das Umschaltventil 106, in diesem Falle also die beiden Förderrichtungs-Umschaltventile 106-1, 106-2, die gemeinsam das Umschaltventil 106 bilden, eine Blockierstellung aufweist, in dem ein Fluidfluss durch die Fluidförderleitung 108 von dem Umschaltventil 106 blockiert wird.
5 zeigt in stark schematisierter Darstellung und teilweise in Form eines Blockdiagramms die wesentlichen Elemente einer Beatmungsvorrichtung 10 die eine erfindungsgemäße Fluid-Fördervorrichtung 65 umfasst.
Die Beatmungsvorrichtung 10 ist in 5 in einem Zustand mit intubierter Luftröhre (Trachea) 12 eines beatmeten Patienten gezeigt. Neben der Trachea 712 sind in 5 noch die Lungenlappen 28, 30, das Herz 32, die Speiseröhre (Ösophagus) 34 und die Thoraxwand 42 des Patienten sehr schematisch angedeutet. Der Tubus 14 der Beatmungsvorrichtung 10 ist, in der Regel über die nicht gezeichnete Mundöffnung des Patienten, ein Stück weit in die Trachea 12 eingeschoben, um den Atemweg mit Atemgas zu beaufschlagen. Ausgeatmete Luft wird ebenfalls über den Tubus 14 abgeleitet, der sich an seinem stromaufwärtigen Ende in ein erstes Ende 16 und ein zweites Ende 22 verzweigt. Das erste Ende 16 ist über ein Atemwegeingangsventil 18 mit einem Atemwegeingangsanschluss der Beatmungsvorrichtung 10 zur Beaufschlagung eines Inspirationsdrucks Plnsp verbunden. In Öffnungsstellung des Atemwegeingangsventils 18 ist der Atemweg mit dem Inspirationsdruck Plnsp beaufschlagt. Das zweite Ende 22 ist über ein Atemwegausgangsventil 24 mit einem Atemwegausgangsanschluss der Beatmungsvorrichtung 10 zur Beaufschlagung eines Exspirationsdrucks PExp verbunden. In Öffnungsstellung des Atemwegausgangsventils 24 ist der Atemweg mit dem Exspirationsdruck PExp beaufschlagt.
Sowohl der Inspirationsdruck Plnsp als auch der Exspirationsdruck PExp werden von der Beatmungsvorrichtung 10 nach vorgegebenen zeitlichen Mustern erzeugt, derart dass einzuatmendes Atemgas während einer Inspirationsphase in Richtung der Lunge 28, 30 des Patienten strömt, wie durch den Pfeil 20 in 5 angedeutet, und während einer Exspirationsphase auszuatmendes Atemgas von der Lunge 28, 30 des Patienten zurückströmt, wie durch den Pfeil 26 angedeutet. Normalerweise bleibt während der Inspirationsphase das Atemwegeingangsventil 18 geöffnet und der Atemwegeingang wird mit dem Inspirationsdruck PInsp - dieser ist in der Regel größer als der Exspirationsdruck PExp - beaufschlagt. Während der Exspirationsphase ist das Atemwegeingangsventil 18 geschlossen und das Atemwegausgangsventil 24 ist geöffnet. Dann ist der Atemwegeingang mit dem Exspirationsdruck PExp beaufschlagt.
Es sind jegliche Formen bekannter Beatmungsmuster einsetzbar, beispielsweise druckkontrollierte Beatmungsformen, volumenkontrollierte Beatmungsformen oder auch Beatmungsformen, bei denen druckkontrollierte und volumenkontrollierte Aspekte kombiniert sind. Neben rein maschinenkontrollierten Beatmungsformen, bei denen der zeitliche Verlauf des Inspirationsdrucks Plnsp und ggf. auch des Exspirationsdrucks PExp von der Beatmungsvorrichtung 10 bestimmt werden, sind auch Beatmungsformen denkbar, in denen Spontanatmungsbemühungen des Patienten entweder die maschinelle Beatmung unterstützten können oder die maschinelle Beatmung zur Unterstützung von Spontanatmungsbemühungen des Patienten dient. In solchen Beatmungsformen werden der zeitliche Verlauf von Inspirationsdruck Plnsp bzw. Exspirationsdruck PExp sowie häufig ebenfalls die Stellung des Atemwegeingangsventils 18 bzw. des Atemwegausgangsventils 24 nicht allein von der Beatmungsvorrichtung 10 vorgegeben, sondern von Spontanatmungsbemühungen des Patienten mit beeinflusst.
Die Kalibration eines in den Ösophagus 34 einführbaren Katheters 48 mit Ballonsonde 46 zur Erfassung eines ösophagealen Drucks P_eso, mittels dem auf den transpulmonalen Druck Ptp rückgeschlossen werden kann, ist besonders zugeschnitten auf Beatmungsformen, bei denen die Beatmung mittels vollautomatischer Beatmungsmodi erfolgt, beispielsweise bei Beatmung mittels geschlossener Regelkreise, wie sie etwa bei der von der Anmelderin entwickelten Adaptive Support Ventilation (ASV-Beatmung) und bei der ebenfalls von der Anmelderin entwickelten INTELLiVENT-ASV-Beatmung zur Anwendung kommen. Solche Beatmungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass nur minimale manuelle Eingriffe seitens des Bedienpersonals erfolgen müssen und die Beatmungsvorrichtung wichtige Beatmungsparameter wie den positiven endexpiratotischen Druck PEEP oder den maximalen Atemwegsdruck Paw_max im Rahmen vorgegebener Wertebereiche mit Hilfe von geeigneten geschlossenen Regelkreisen selbsttätig einstellt bzw. nachstellt.
Das Atemgas kann Umgebungsluft enthalten, wird aber in der Regel einen vorbestimmten Anteil reinen Sauerstoff, im Folgenden als FiO2 bezeichnet, enthalten, der über dem Sauerstoffanteil der Umgebungsluft liegt. Das Atemgas wird in der Regel außerdem befeuchtet sein.
Der Fluss des Atemgases am Atemwegeingang wird mit Hilfe eines Atemwegeingangsflusssensors 36 bestimmt. Der Atemwegeingangsflusssensor 36 beruht auf der Erfassung einer Druckdifferenz dP zwischen einem Eingangsvolumen 38 und einem mit dem Eingangsvolumen 38 in Verbindung stehenden Ausgangsvolumen 40, und liefert eine Bestimmung des Atemgasmassenflusses am Atemwegeingang. Aus dem Drucksignal im Ausgangsvolumen 40 lässt sich zugleich recht einfach der Wert des Atemwegeingangsdrucks Paw ableiten.
Der in den Alveolen der Lunge 28, 30 herrschende Druck ist in 5 mit Palv angedeutet. Dieser Druck hängt ab vom Atemwegeingangsdruck Paw sowie der Strömung des Atemgases V in die Lunge bzw. aus der Lunge heraus und dem Atemwegswiderstand R. Im Falle eines Druckausgleichs zwischen Atemwegeingang und Alveolen ist der alveoläre Druck Palv gleich dem Atemwegeingangsdruck. Ein derartiger Druckausgleich hat zur Konsequenz, dass der Atemgasfluss V' zum Erliegen kommt. Beispielsweise kann ein kurzzeitiges Okklusionsmanöver des Atemwegs, d.h. Atemwegeingangsventil 18 und Atemwegausgangsventil 24 bleiben gleichzeitig geschlossen, zu einem Druckausgleich führen. Dabei muss das Okklusionsmanöver gerade solange dauern, dass der Gasfluss V im Atemweg zum Erliegen kommt. Das sind in der Regel zwischen 1 und 5 s. In diesem Zustand kann dann der alveoläre Druck Palv mittels einer Bestimmung des Atemwegeingangsdrucks Paw bestimmt werden.
Sowohl bei der physiologischen Atmung als auch bei maschineller Beatmung wird der Fluss des Atemgases bestimmt durch eine Druckdifferenz zwischen dem alveolären Druck Palv und dem Atemwegeingangsdruck Paw.
Im Falle der rein physiologischen Atmung wird zum Einatmen eine negative Druckdifferenz, d.h. ein Unterdruck, zwischen dem alveolären Druck Palv und dem Atemwegeingangsdruck Paw erzeugt durch Ausdehnung des Thorax (angedeutet bei 42 in 5) und damit verbundener Absenkung des Drucks Ppl in dem zwischen Thorax 42 und Lunge 28, 30 gebildeten Pleuraspalt 44. Die Ausatmung erfolgt passiv durch Entspannen des Thorax und elastischer Rückstellung des Lungengewebes. Aus diesem Grund ist bei physiologischer Atmung der Druck im Pleuraspalt Ppl immer kleiner als der alveoläre Druck Palv. Der als Differenz zwischen dem alveolären Druck Palv und dem Druck im Pleuraspalt Ppl definierte transpulmonale Druck Ptp ist damit generell positiv und wird Null im Falle eines vollständigen Druckausgleichs.
Bei maschineller Beatmung wird das Atemgas mit Überdruck in die Lunge gepumpt. Aus diesem Grund ist bei einer maschinellen Beatmung während der Inspirationsphase der Atemwegseingangsdruck Paw = Plnsp größer als der alveoläre Druck Palv und dieser wiederum größer als der Druck im Pleuraspalt Ppl. Aus diesen Druckverhältnissen folgt, dass der transpulmonale Druck Ppl bei maschineller Beatmung während der Inspiration positiv ist. Während der Exspiration wird der Atemwegeingang mit einem Atemwegsdruck PExp beaufschlagt, der geringer ist als der alveoläre Druck Palv, so dass Atemgas aus den Alveolen herausströmt. Im Falle eines sehr kleinen Atemwegsdrucks PExp kann es vorkommen, dass am Ende der Exspiration, wenn nur noch sehr wenig Gas in der Lunge vorhanden ist, der Druck im Pleuraspalt Ppl den alveolären Druck Palv in so hohem Maße übersteigt, dass ein Teil der Alveolen der Lunge kollabiert. Der transpulmonale Druck Ptp ist dann negativ.
Das Kollabieren der Alveolen lässt sich verhindern, wenn man auch in der Exspirationsphase den Atemwegeingang mit einem zusätzlichen positiven Druck beaufschlagt. Es liegt dann am Atemwegeingang dauerhaft, d.h. während der Inspirationsphase und auch während der Exspirationsphase, ein positiver Atemwegsdruck an. Dieser positive Atemwegsdruck wird als positiver endexspiratorischer Druck oder PEEP bezeichnet.
Der transpulmonale Druck Ptp ist demzufolge eine geeignete Größe zur Einstellung des PEEP. Allerdings ist der transpulmonale Druck Ptp einer unmittelbaren Erfassung nicht zugänglich und lässt sich auch nicht aus den bei maschineller Beatmung regelmäßig erfassten Drücken, wie sie oben beschrieben sind, ermitteln.
In 5 ist in schematischer Weise eine Ballonsonde 46 zur Messung des als ösophagealer Druck P_eso bezeichneten Drucks im Ösophagus 34 gezeigt. Die Ballonsonde 46 hat die Form eines Ballons und ist an dem in den Ösophagus 34 eingeführten Katheter 48 angebracht. Wenn der Katheter 48 in einen Ösophagus 34 eingeführt ist, liegt die Ballonsonde 46 innen an der Wand des Ösophagus 34 an und liefert den in auf den Ösophagus 34 am Ort der Ballonsonde 46 einwirkenden Druck. Dieser Druck entspricht bei einer geeigneten Lagerung des Patienten in guter Näherung dem Druck Ppl im Pleuraspalt. Die beschriebene Ballonsonde 46 zur Erfassung des ösophagealen Drucks P_eso und der Umgang mit dieser Sonde ist beispielsweise in Benditt J., Resp. Care, 2005, 50: S. 68-77 beschrieben.
Die Beatmungsvorrichtung 10 umfasst auch eine Vorrichtung 60 zum Erfassen eines Ösophagusballondrucks wie sie in der 1 gezeigt ist. Die Vorrichtung 60 kann so ausgebildet sein, dass sie die Funktion eines Charakterisierungssystems 60 bereitstellt, das es ermöglicht, den Katheter 48 ex vivo, d.h. bevor er in den Ösophagus 34 des Patienten eingeführt wird, zu charakterisieren und ggf. zu klassifizieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2014037175 A1 [0009]
EP 3197348 B1 [0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Mojoli et al., Crit. Care (2016) 20:98 sowie Hotz et al., Respir. Care (2018) 63(2):177-186 [0011]

Claims

Fluid-Fördervorrichtung (65) zum Einleiten und/oder Entnehmen von Fluid in einen bzw. aus einem in einen Ösophagus (34) einführbaren Ösophaguskatheter (48) mit Ballonsonde (46) zur Bestimmung eines Ösophagusballondrucks, umfassend: - einen Messfluidanschluss (90), der zur Kopplung mit einem distalen Ende (48b) des Ösophaguskatheters (48) derart ausgebildet ist, dass in einem gekoppelten Zustand über den Messfluidanschluss (90) Fluid in den Ösophaguskatheter (48) einleitbar ist und/oder aus dem Ösophaguskatheter (48) entnehmbar ist; - eine Pumpvorrichtung (100) mit wenigstens einer Fluidpumpe (102), wobei die Pumpvorrichtung (100) zur Förderung von Fluid in mindestens einer Förderrichtung ausgebildet ist; und - ein der Fluidpumpe (102) zugeordnetes Umschaltventil (106), das wenigstens zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung umschaltbar ist; wobei die Fluidpumpe (102) als Mikropumpe oder als Membranpumpe ausgebildet ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 1, wobei die Fluidpumpe (102) eine erste Fluidpumpe (102) zur Förderung von Fluid in einer ersten Strömungsrichtung (R₁) ist und wobei die Pumpvorrichtung (100) eine zweite Fluidpumpe (104) zur Förderung von Fluid in einer zweiten Strömungsrichtung (R₂) aufweist, wobei die zweite Fluidpumpe (104) insbesondere als Mikropumpe oder als Membranpumpe ausgebildet ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 2, wobei die erste Fluidpumpe (102) und die zweite Fluidpumpe (104) parallel zueinander geschaltet sind.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Umschaltventil (106) derart ausgebildet ist, dass es den Messfluidanschluss (90) wahlweise mit der ersten Fluidpumpe (102) oder mit der zweiten Fluidpumpe (104) verbindet.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Umschaltventil (106) zwischen dem Ausgang der ersten Fluidpumpe (102) und dem Messfluidanschluss (90) und/oder zwischen dem Eingang der zweiten Fluidpumpe (104) und dem Messfluidanschluss (90) angeordnet ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 5, wobei das Umschaltventil (106) zwischen mindestens einer ersten und einer zweiten Öffnungsstellung umschaltbar ist; wobei in der ersten Öffnungsstellung ein Ausgang (102b) der ersten Fluidpumpe (102) fluidisch mit dem Messfluidanschluss (90) verbunden ist und ein Eingang (104a) der zweiten Fluidpumpe (104) fluidisch von dem Messfluidanschluss (90) getrennt ist; und wobei in der zweiten Öffnungsstellung ein Eingang (104a) der zweiten Fluidpumpe (104) fluidisch mit dem Messfluidanschluss (90) verbunden ist und ein Ausgang (102b) der ersten Fluidpumpe (102) fluidisch von dem Messfluidanschluss (90) getrennt ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 6, wobei das Umschaltventil (106) ein der ersten Fluidpumpe (102) zugeordnetes erstes Freigabeventil (106a) und ein der zweiten Fluidpumpe (104) zugeordnetes zweites Freigabeventil (106b) umfasst; wobei das erste Freigabeventil (106a) mindestens zwischen einer Öffnungsstellung, in der der Ausgang (102b) der ersten Fluidpumpe (102) fluidisch mit dem Messfluidanschluss (90) verbunden ist, und einer Schließstellung, in der der Ausgang (102b) der ersten Fluidpumpe (102) fluidisch von dem Messfluidanschluss (90) getrennt ist, umschaltbar ist; und wobei das zweite Freigabeventil (106b) mindestens zwischen einer Öffnungsstellung, in der der Eingang (104a) der zweiten Fluidpumpe (104) fluidisch mit dem Messfluidanschluss (90) verbunden ist, und einer Schließstellung, in der der Eingang (104a) der zweiten Fluidpumpe (104) fluidisch von dem Messfluidanschluss (90) getrennt ist, umschaltbar ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 7, wobei das erste Freigabeventil (106a) und das zweite Freigabeventil (106b) parallel zueinander angeordnet sind.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das erste Freigabeventil (106a) und das zweite Freigabeventil (106b) in einer solchen Weise miteinander koordiniert bzw. synchronisiert umschaltbar sind, dass dann, wenn das erste Freigabeventil (106a) in Öffnungsstellung ist, das zweite Freigabeventil (106b) in Schließstellung ist, und dann, wenn das erste Freigabeventil (106a) in Schließstellung ist, das zweite Freigabeventil (106b) in Öffnungsstellung ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 1, wobei das Umschaltventil (106) derart ausgebildet ist, dass es den Messfluidanschluss (90) wahlweise mit einem Eingang (102a) der ersten Fluidpumpe (102) oder mit einem Ausgang (102b) der Fluidpumpe (102) verbindet.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 10, wobei das Umschaltventil (106) ein erstes Förderrichtungs-Umschaltventil (106-1) und ein zweites Förderrichtungs-Umschaltventil (106-2) umfasst, die, bezogen auf die Strömungsrichtung von Fluid durch die Fluidpumpe (102), in Reihe zueinander liegen.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 11, wobei das erste Förderrichtungs-Umschaltventil (106-1), bezogen auf die Strömungsrichtung von Fluid durch die Fluidpumpe (102), stromabwärts der ersten Fluidpumpe (102) liegt; und wobei das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil (106-2), bezogen auf die Strömungsrichtung von Fluid durch die Fluidpumpe (102), stromaufwärts der Fluidpumpe (102) liegt.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das erste Förderrichtungs-Umschaltventil (106-1) zwischen mindestens einer ersten und einer zweiten Öffnungsstellung umschaltbar ist; wobei in der ersten Öffnungsstellung der Ausgang (102b) der Fluidpumpe (102) fluidisch mit dem Messfluidanschluss (90) verbunden ist; und wobei in der zweiten Öffnungsstellung der Ausgang (102b) der Fluidpumpe (102) fluidisch von dem Messfluidanschluss (90) getrennt ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil (106-2) zwischen mindestens einer ersten und einer zweiten Öffnungsstellung umschaltbar ist; wobei in der ersten Öffnungsstellung der Eingang (102a) der Fluidpumpe (102) fluidisch von dem Messfluidanschluss (90) getrennt ist; und wobei in der zweiten Öffnungsstellung der Eingang (102a) der Fluidpumpe (102) fluidisch mit dem Messfluidanschluss (90) verbunden ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das erste Förderrichtungs-Umschaltventil (106-1) und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil (106-2) in einer solchen Weise miteinander koordiniert bzw. synchronisiert umschaltbar sind, dass dann, wenn das erste Förderrichtungs-Umschaltventil (106-1) in der ersten Öffnungsstellung ist, auch das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil (106-2) in der ersten Öffnungsstellung ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das erste Förderrichtungs-Umschaltventil (106-1) und das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil (106-2) in einer solchen Weise miteinander koordiniert bzw. synchronisiert umschaltbar sind, dass dann, wenn das erste Förderrichtungs-Umschaltventil (106-1) in der zweiten Öffnungsstellung ist, auch das zweite Förderrichtungs-Umschaltventil (106-2) in der zweiten Öffnungsstellung ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, aufweisend ein Blockierventil (107), das mindestens eine Blockierstellung aufweist, in der die Pumpvorrichtung (100) fluidisch von dem Messfluidanschluss (90) getrennt ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 17, wobei das Blockierventil (107) als von dem Umschaltventil (106) separates Ventil (107) ausgebildet ist, das in Reihe mit dem Umschaltventil (106) angeordnet ist; wobei das Umschaltventil (106) insbesondere zwischen dem Umschaltventil (106) und dem Messfluidanschluss (90) angeordnet ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Umschaltventil (106) eine Blockierstellung aufweist, in der die Pumpvorrichtung (100) fluidisch von dem Messfluidanschluss (90) getrennt ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die erste Mikropumpe (102) als Piezopumpe ausgebildet ist und/oder wobei die zweite Mikropumpe (104) als Piezopumpe ausgebildet ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche1 bis 20, wobei der ersten Fluidpumpe (102) und/oder der zweiten Fluidpumpe (104) jeweils eine Vorrichtung (105, 105a, 105b) zur Ausbildung eines Strömungswiderstandes, insbesondere eine Verengung des Strömungsquerschnitts, zugeordnet ist, die derart ausgebildet ist, dass sie einen bei maximaler Pumpleistung der ersten Fluidpumpe (102) und/oder der zweiten Fluidpumpe (104) erzielbaren Messfluidfluss durch den Strömungswiderstand auf einen vorbestimmten Wert herabsetzt.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, ferner aufweisend einen Flusssensor (62), der zu Erfassung eines durch die erste Fluidpumpe (102) und/oder durch die zweite Fluidpumpe (104) geförderten Messfluidflusses ausgebildet ist, wobei der Flusssensor (62) insbesondere zur Erfassung eines durch die erste Fluidpumpe (102) und/oder durch die zweite Fluidpumpe (104) geförderten Massenflusses des Fluids oder Volumenflusses des Fluids ausgebildet ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach Anspruch 22, wobei der Flusssensor (62) zwischen dem Messfluidanschluss (90) und der ersten Fluidpumpe (102) und/ oder zwischen dem Messfluidanschluss (90) und der zweiten Fluidpumpe (104) angeordnet ist.
Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, ferner aufweisend einen Drucksensor (63), der zur Messung eines Fluiddrucks des durch die erste Fluidpumpe (102) und/oder durch die zweite Fluidpumpe (104) geförderten Messfluides in einem Bereich zwischen dem Messfluidanschluss (90) und der ersten Fluidpumpe (102) und/oder zwischen dem Messfluidanschluss (90) und der zweiten Fluidpumpe (104) ausgebildet ist.
Vorrichtung (60) zum Erfassen eines Ösophagusballondrucks auf Grundlage eines in einen Ösophagus (34) einführbaren Ösophaguskatheters (48) mit Ballonsonde (46), wobei die Vorrichtung eine Fluid-Fördervorrichtung (65) nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst.
Beatmungsvorrichtung (10) mit einer Vorrichtung (60) zum Erfassen eines Ösophagusballondrucks nach Anspruch 25.