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Die
Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1. Ein solches Beatmungsgerät ist ausgebildet mit einer Zuführeinrichtung
zum Zuführen
von Inspirationsluft zu einem Patienten, einer Abführeinrichtung
zum Abführen
von Exspirationsluft vom Patienten und zumindest einer Feuchtemesseinrichtung
zum Bestimmen der Feuchte der dem Patienten zugeführten Inspirationsluft
und/oder der vom Patienten abgeführten
Exspirationsluft.
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Der
maschinellen Beatmung kommt in der Intensivmedizin, der Anästhesiologie
und der Notfallmedizin eine wichtige, lebenserhaltende Rolle zu. Zur
maschinellen Beatmung sind mechanische Ventilatoren mit einer Zuführleitung
und einer Abführleitung
für Atemgas
bekannt, die in einen Tubus, eine Maske oder eine Kanüle, insbesondere
einen Endotrachealtubus, einmünden.
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Bei
der maschinellen Beatmung, insbesondere über einen längeren Zeitraum, ist das Feuchteregime
zu beachten. Bei Normalatmung gibt die Schleimhaut der Atemwege
auf dem Weg in die Lungenperipherie so viel Wasser und Wärme an die
Inspirationsluft ab, dass die Luft in den Alveolen körperwarm
und wasserdampfgesättigt
ankommt und insbesondere ein isothermischer Sättigungszustand vorherrscht.
Diese Klimatisierung der Atemluft erfolgt vorwiegend in den oberen
Luftwegen, also in der Nase und im Nasopharynx. Die absolute Befeuchtungs-
oder Erwärmungsleistung
der unteren Luftwege ist demgegenüber eher gering.
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Während der
Exspiration verläuft
der Wasser- und Wärmeaustausch
in entgegengesetzter Richtung. Da sich die Schleimhäute aufgrund
der Verdunstungsvorgänge
während
der Inspiration abgekühlt
haben, kommt es nun zur Kondensation von Feuchtigkeit auf der Schleimhaut,
wobei ein Teil der inspiratorisch an die Atemluft abgegebenen Feuchtigkeit
und Wärme
zurückgewonnen
wird. Die atmungsbedingten Wasser- und Wärmeverluste werden dadurch
reduziert. Aufgrund des vergleichsweise hohen Tempe raturgradienten
ist auch dieser Vorgang im Bereich der Nasenhöhle am effektivsten. Im Durchschnitt
verliert ein erwachsener Mensch in Ruhe bei Normalatmung von Raumluft
ca. 250 ml Wasser pro Tag, wobei sich die Wasserverluste bei körperlicher
Betätigung
und hohen Atemvolumina erhöhen
können.
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Bei
der maschinellen Beatmung mittels eines Beatmungstubus findet in
der Regel eine Überbrückung der
oberen Luftwege statt, in denen die Atemluft angefeuchtet, erwärmt und
gereinigt wird. Aufgrund der mit der Intubation einhergehenden Überbrückung der
oberen Luftwege wird deren atemgasklimatisierende Funktion zumindest
teilweise ausgeschaltet. Die Erwärmung
und Anfeuchtung der Atemgase verschiebt sich dadurch in Richtung
Lungenperipherie und somit in Bereiche, die für den Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch
nur eingeschränkt
geeignet sind. Dies kann gegenüber
den Bedingungen der Nasenatmung mit einer Erhöhung des Wasserverlustes einhergehen,
der durch Verdunstung aus den unteren Luftwegen gegeben ist.
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Würde dem
erhöhten
Wasserverlust nicht entgegengewirkt, so könnte es zu einer Austrocknung
der Schleimhäute
und zu Störungen
der mukoziliären
Clearancefunktion kommen. Länger
dauernde Exposition mit trockenen und kalten Atemgasen kann zu nachweisbaren
morphologischen Schädigungen
der Ziliar-, Schleim- und Epithelzellen bis hin zu tiefgreifenden
Veränderungen
der Basalmembranen führen.
Bakterielle Keimbesiedlung wird unter diesen Bedingungen erleichtert,
wobei Patienten mit vorstehenden pulmonalen Erkrankungen besonders gefährdet sind.
Geschädigtes
Epithel kann nur noch in begrenztem Maße zur Anfeuchtung und Erwärmung beitragen,
so dass die isothermische Sättigungsgrenze
immer weiter in Richtung der kleinen Atemwege verschoben würde.
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Damit
können
messbare Veränderungen
pulmonaler Parameter einhergehen, wie die Abnahme von funktioneller
Residualkapazität
und Compliance, die Zunahme der Resistance sowie Einschränkungen
des pulmonalen Gasaustausches. Der Schweregrad dieser Veränderungen
ist zeitabhängig
und umso größer, je
niedriger der Wassergehalt der Inspirationsluft ist. Neben der Ausbildung
von Dystelektasen und Atelektasen durch Sekretretention in den Atemwegen
sind Tubusokklusionen durch zähes
Sekret besonders gefürchtet,
da sie den Patienten vital bedrohen können.
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Es
ist somit erforderlich, unmittelbar nach der Intubation Maßnahmen
zur Klimatisierung der Atemgase zu treffen, zumal medizinische Gase
aus Druckgasflaschen oder zentra len Gasversorgungsanlagen in der
Regel nur einen sehr geringen Feuchtegehalt aufweisen. Die Atemgasklimatisierung
findet dabei geeigneterweise sowohl durch Erwärmen als auch durch Befeuchten
des zugeführten
Gases statt. Die Atemgasklimatisierung erlaubt es, Störungen der mukoziliären Clearancefunktion
zu vermeiden.
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Zur Überwachung
der Atemgasklimatisierung wird in der Regel die Temperatur des Atemgases
gemessen. Auch Feuchtemessungen im Zuluft- oder Abluftstrom wurden
jedenfalls im Labormaßstab durchgeführt.
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Zur
Feuchtemessung, beispielsweise im Atemluftstrom, sind kapazitive
Feuchtesensoren bekannt. Derartige kapazitive Feuchtesensoren arbeiten
in der Regel passiv und messen die relative Feuchte. Zwar können kapazitive
Feuchtesensoren zu vertretbaren Preisen hergestellt werden, ihre
Arbeitszuverlässigkeit
kann jedoch im sättigungsnahen Bereich
eingeschränkt
sein. Da die zur Beatmung verwendete, klimatisierte Atemluft in
der Regel annähernd
gesättigt
ist, kann die Brauchbarkeit kapazitiver Feuchtesensoren bei der
Atemluftmessung mit Einschränkungen
verbunden sein. Es hat daher Versuche gegeben, einen kapazitiven
Sensor aufzuheizen, um somit den Sättigungsbereich zu verlassen. Ein
entsprechender Sensor ist in der
EP 0 778 941 B1 beschrieben.
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Darüber hinaus
kann die Langzeitstabilität von
kapazitiven Feuchtesensoren, selbst im nichtsättigungsnahen Bereich, eingeschränkt sein,
so dass ein häufiges
Nachkalibieren notwendig ist, was im klinischen Alltagsbetrieb nicht
wünschenswert
ist. Überdies
können
kapazitive Feuchtesensoren vergleichsweise verschmutzungsempfindlich
und beim Einsetzen von Kondensation über längere Zeiträume nicht mehr einsetzbar sein,
so dass es unter Umständen
zu unerwünschten
Fehlmessungen kommen kann.
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Ein
Feuchtesensor für
medizinische Beatmungsgeräte,
der auf der Messung von Infrarotabsorption im Gas beruht, ist aus
der
EP 0 762 107 A1 bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät anzugeben, mit dem eine zuverlässige und
genaue Überwachung
des Feuchtegehaltes der Atemluft mit einem besonders geringen Kostenaufwand
realisiert werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Beatmungsgerät
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind
in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Beatmungsgerät ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Feuchtemesseinrichtung eine Kondensationsoberfläche, Mittel
zum Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche und
eine optische Nachweiseinrichtung zum Bestimmen des Betauungszustandes
der Kondensationsoberfläche
aufweist.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, die Bestimmung
der Feuchte in der Atemluft des Beatmungsgerätes auf optischem Wege durchzuführen. Hierzu
weist die Feuchtemesseinrichtung eine Kondensationsoberfläche auf,
die in Kontakt mit dem zu vermessenden Luftstrom steht. Die Temperatur
der Kondensationsoberfläche
wird gezielt variiert und hierbei werden Änderungen des Betauungszustandes,
insbesondere das Einsetzen von Kondensation oder das Verdampfen
von Kondensat, herbeigeführt.
Diese Änderungen
des Betauungszustandes werden optisch, beispielsweise als Änderung
des Reflexionsvermögens
der Kondensationsoberfläche,
nachgewiesen. Aus der Temperatur, bei der sich der Betauungszustand ändert, kann
auf die Taupunkttemperatur rückgeschlossen
werden, woraus wiederum die Feuchte, insbesondere die absolute Luftfeuchtigkeit
und/oder die relative Luftfeuchtigkeit ermittelt werden kann. Es
hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen optischen Feuchtemesseinrichtung
bei geringen Kosten eine besonders hohe Genauigkeit, eine besonders
hohe Langzeitstabilität
und eine besondere hohe Reproduzierbarkeit mit geringem Hysterese- oder Memoryeffekt
erhalten werden kann. Überdies
lässt sich
mit einer optischen Feuchtemesseinrichtung ein besonders großer Messbereich
erzielen, der besonders zum Messen im sättigungsnahen Feuchtebereich
und/oder bei niedrigen Taupunkttemperaturen geeignet ist. Kondensation
ist bei einer erfindungsgemäßen Feuchtemesseinrichtung
systembedingt und führt,
im Gegensatz zu kapazitiven Feuchtemessverfahren, zu keinen negativen
Effekten. Auch ist in der Regel kein Abgleich unter Feuchtigkeit
erforderlich und ein einfacher visueller Funktionstest ist möglich. Die
erfindungsgemäße Feuchtemesseinrichtung
erlaubt die Durchführung
eines Primärmessverfahrens,
bei dem die absolute Feuchtigkeit bestimmt wird. Diese Messgröße ist unabhängig von
der Gaszusammensetzung und dem Umgebungsdruck.
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Besonders
bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass die Zuführeinrichtung
eine Befeuchtungseinrichtung für
die zugeführte
Inspirationsluft aufweist. Hierdurch kann einem unerwünschten
Wasserverlust bei der Beatmung entgegengewirkt werden. Die Befeuchtungseinrichtung
kann beispielsweise als aktive Befeuchtungseinrichtung, insbesondere als
Vernebler, Verdunster und/oder Sprudler ausgebildet sein. Die erfindungs gemäße Feuchtemesseinrichtung
kann zur Überwachung
der Funktion der Befeuchtungseinrichtung vorgesehen sein.
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Eine
besonders hohe Zuverlässigkeit
bei der Befeuchtung ist nach der Erfindung dadurch gegeben, dass
die Befeuchtungseinrichtung eine passive Befeuchtungseinrichtung
ist, mit welcher Luftfeuchte aus der Exspirationsluft speicherbar
und die gespeicherte Feuchte der anschließend zugeführten Inspirationsluft zuführbar ist.
Unter einer passiven Befeuchtungseinrichtung kann insbesondere eine
Befeuchtungseinrichtung verstanden werden, die unabhängig von äußeren Energiequellen
und/oder Wasserreservoiren ist. Eine solche passive Befeuchtungseinrichtung
kann auch als Heat and Moisture Exchanger (HME) bezeichnet werden.
Ein solcher Heat and Moisture Exchanger entzieht der Exspirationsluft
des Patienten Wärme
und Feuchtigkeit, speichert sie reversibel im Innenmaterial und
führt sie beim
anschließenden
Inspirationsvorgang der Atemluft zu. Eine erfindungsgemäße Feuchtemesseinrichtung
ermöglicht
dabei in besonders einfacher und genauer Weise eine Überprüfung der
Leistungsfähigkeit der
passiven Befeuchtungseinrichtung. Insbesondere kann hierzu die Feuchtemesseinrichtung
zur Bestimmung der Restfeuchte der von der passiven Befeuchtungseinrichtung
entfeuchteten Exspirationsluft vorgesehen sein. Hierfür ist die
Feuchtemesseinrichtung geeigneterweise unterstromig der passiven
Befeuchtungseinrichtung angeordnet. Ein niedriger Feuchtegehalt
der Exspirationsluft kann dabei als Hinweis auf eine befriedigende
Atemgasklimatisierung gesehen werden.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
die Kondensationsoberfläche
durch das Messgas hindurch mit Licht zu bescheinen und zum Bestimmen
des Betauungszustandes die in das Messgas zurückreflektierte Lichtintensität nachzuweisen.
Eine solche so genannte Tauspiegelanordnung kann jedoch vergleichsweise
anfällig
gegenüber
Messgasverunreinigungen, beispielsweise Staub und Aerosolen, sein, da
diese Verunreinigungen in den Strahlengang gelangen können und
somit die zum Nachweis der Betauung herangezogene, rückreflektierte
Lichtintensität
beeinflussen können.
Besonders bevorzugt ist es daher, dass die Kondensationsoberfläche auf
einem Lichtwellenleiter angeordnet ist, und dass die optische Nachweiseinrichtung
eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht durch den Lichtwellenleiter
hindurch auf die Kondensationsoberfläche und einen Lichtempfänger zum
Ermitteln des von der Kondensationsoberfläche in den Lichtwellenleiter
zurückreflektierten
Lichtes aufweist. In diese Ausführungsform
verläuft
der Messstrahlengang im Inneren des Lichtwellenleiters und es wird
die interne Reflexion, insbeson dere Totalreflexion, des Lichtes
an der Kondensationsoberfläche
zum Nachweis der Betauung herangezogen. Diesem Ausführungsbeispiel
liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei ändernder Betauung der Kondensationsoberfläche der
Anteil des intern auf die Kondensationsoberfläche eingestrahlten Lichtes ändert, der
aus dem Wellenleiter in die Umgebung ausgekoppelt wird. Entsprechend ändert sich hierbei
die in den Lichtwellenleiter zurückreflektierte Lichtintensität, so dass
diese Intensität
ein Maß für die Betauung
darstellt.
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Da
bei einer auf dem Prinzip der internen Reflexion basierenden Feuchtemesseinrichtung
der reflektierte Messstrahlengang nicht durch das Messgas, sondern
auf der dem Gas abgewandten Seite der Kondensationsoberfläche durch
den Lichtwellenleiter hindurch verläuft, ist diese Anordnung vergleichsweise
unempfindlich gegenüber
Verschmutzungen im Messgas. Überdies
erlaubt eine solche Anordnung eine besonders kompakte Bauform, da die
Lichtquelle und der Lichtempfänger
in der unmittelbaren Nähe
der Kondensationsoberfläche,
insbesondere unmittelbar auf dem Lichtwellenleiter, angebracht werden
können,
ohne dass hierzwischen ein Durchgangskanal für das Messgas gegeben sein muss.
Die kompakte, insbesondere modulare Ausführung erlaubt wiederum eine
besonders einfache Anordnung an der Zuführleitung oder Abführleitung der
Zuführeinrichtung
bzw. der Abführeinrichtung
des Beatmungsgerätes. Überdies
muss bei der auf dem Prinzip der internen Reflexion basierenden
Nachweiseinrichtung lediglich die Kondensationsoberfläche mit
dem Messgas in Verbindung stehen, während die Lichtquelle und der
Lichtempfänger
vom Messgas beabstandet auf der der Kondensationsoberfläche abgewandten
Rückseite
des Lichtwellenleiters angeordnet werden können. Dies ermöglicht es,
die Komponenten der Feuchtemesseinrichtung, insbesondere die Lichtquelle
und den Lichtempfänger,
in besonders einfacher Weise gegenüber dem Messgas abzudichten,
so dass eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit gegeben ist.
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Insbesondere
können
alle elektronischen und optischen Komponenten in besonders einfacher Weise
in einem Gehäuse
angeordnet sein. Da nur die Kondensationsoberfläche offen liegen muss, ist
auch eine besonders einfache Reinigung der Feuchtemesseinrichtung
gegeben.
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Für eine besonders
einfache Bauform ist die Kondensationsoberfläche geeigneterweise eben ausgebildet.
Der Lichtwellenleiter ist vorzugsweise zumindest annähernd platten förmig und/oder
quaderförmig
ausgebildet. Vorzugsweise besteht der Lichtwellenleiter aus Glas.
Der Lichtwellenleiter kann an der Kondensationsoberfläche beschichtet
sein. Beispielsweise kann an der Kondensationsoberfläche eine
Passivierungsschicht aus Siliziumdioxyd vorgesehen sein.
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Insbesondere
im Hinblick auf die Signalauswertung ist es besonders vorteilhaft,
dass mit der Lichtquelle ein Lichtbündel im Lichtwellenleiter erzeugbar
ist, dessen Einfallswinkel auf die Kondensationsoberfläche zwischen
dem Grenzwinkel des Übergangs
Lichtwellenleiter/Luft und dem Grenzwinkel des Übergangs Lichtwellenleiter/Wasser
liegt. Bei einer solchen Anordnung kommt es bei trockener Kondensationsoberfläche zu einer
Totalreflexion des intern auf die Kondensationsoberfläche eingestrahlten
Lichtes. Sobald sich Kondensat auf der Kondensationsoberfläche niederschlägt, wird
hingegen ein Teil des eingestrahlten Lichtes aus dem Lichtwellenleiter
ausgekoppelt und die zum Lichtempfänger zurückreflektierte Lichtintensität nimmt
ab.
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Für eine besonders
hohe Messgenauigkeit ist die Kondensationsoberfläche geeigneterweise semihydrophob
ausgebildet, wobei Semihydrophobizität insbesondere im Sinne der
Veröffentlichungen WO2006/015734A1
und/oder
DE 10 2004
038 397 B zu verstehen ist.
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Im
Hinblick auf die Messgenauigkeit ist es weiterhin vorteilhaft, dass
die Lichtquelle und der Lichtempfänger so angeordnet sind, dass
das von der Lichtquelle ausgehende Licht den Lichtempfänger nach
mehrfacher interner Reflexion im Lichtwellenleiter erreicht. Zu
diesem Zweck kann beispielsweise der Abstand zwischen Lichtquelle
und Lichtempfänger
deutlich größer, insbesondere
um zumindest eine Größenordnung
größer, als
die Dicke des Lichtwellenleiters senkrecht zur Kondensationsoberfläche gewählt werden.
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Die
Kosten für
die Feuchtemesseinrichtung können
bei besonders hoher Zuverlässigkeit
weiter dadurch gesenkt werden, dass die Mittel zum Einstellen der
Temperatur der Kondensationsoberfläche als Peltierelement ausgebildet
sind. Geeigneterweise ist dieses Peltierelement mittig zwischen
der Lichtquelle und dem Lichtempfänger angeordnet.
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Vorzugsweise
ist das Peltierelement einerseits am Lichtleiter und andererseits
an einem Gehäuse
der Feuchtemesseinrichtung angeordnet. In diesem Fall kann die Wärmeableitung
vom Peltierelement durch das Gehäuse
erfolgen. Im Hinblick auf die Wärmeab leitung
besonders vorteilhaft ist es, dass zumindest die mit dem Peltierelement
in Kontakt stehenden Gehäuseteile
metallisch ausgebildet sind. Als Metallmaterial kann beispielsweise
Kupfer, insbesondere vernickeltes Kupfer, und/oder Aluminium, insbesondere
Gussaluminium, verwendet werden.
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Beim
Betrieb des erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes wird
die Inspirationslufttemperatur typischerweise auf etwa 3°C unterhalb
der Körpertemperatur
eingestellt, also auf etwa 34°C.
Der Feuchtegehalt der Inspirationsluft darf nach ISO 8185 33 mg/l nicht
unterschreiten, was einer Taupunkttemperatur von mindestens etwa
32°C entspricht.
Das heißt,
im Normalbetrieb darf der Taupunktabstand maximal –2° betragen.
Als Maximaltemperatur für
die Inspirationsluft ist typischerweise 42° anzunehmen. Der messtechnisch
relevante Temperaturbereich erstreckt sich somit von 32°C bis 42°C. Die Abkühl-/Aufheizleistung,
die von den Mitteln zum Einstellen der Temperatur, insbesondere
vom Peltierelement, erbracht werden muss, beträgt somit im Regelfall etwa
+/- 5°C.
Die zur Wärmeableitung
des Peltierelementes erforderliche Kühlfläche kann somit vergleichsweise
klein gestaltet werden.
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Zur
besonders genauen Taupunkt- und somit Feuchtebestimmung ist es vorteilhaft,
dass die Feuchtemesseinrichtung einen Oberflächentemperatursensor zum Bestimmen
der Temperatur der Kondensationsoberfläche aufweist. Dieser Sensor
ist geeigneterweise auf der Kondensationsoberfläche angeordnet und weist insbesondere
einen temperaturabhängigen
Leiter auf. Beispielsweise kann der Oberflächentemperatursensor eine temperaturabhängige Leiterschicht
aufweisen, die auf der Kondensationsoberfläche aufgebracht, beispielsweise
aufgedampft, ist.
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Eine
besonders zuverlässige
Feuchtebestimmung ist dadurch gegeben, dass die Feuchtemesseinrichtung
eine Steuerung aufweist, die dafür eingerichtet
ist, die Temperatur der Kondensationsoberfläche mittels der Mittel zum
Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche zu variieren, eine Änderung
des Betauungszustandes der Kondensationsoberfläche mittels der optischen Nachweiseinrichtung
nachzuweisen, die Temperatur der Kondensationsoberfläche, bei
der die Änderung
des Betauungszustandes aufgetreten ist, zu bestimmen, und aus dieser
Temperatur die Feuchte zu ermitteln. Zur Ermittelung der Feuchte,
insbesondere des relativen Feuchtegehaltes, aus der genannten Temperatur
können
weitere Messgrößen, wie
beispielsweise die Messgastemperatur herangezogen werden.
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Für eine besonders
aussagekräftige Überwachung
der Beatmung und/oder für
eine besonders hohe Präzision
bei der Bestimmung der Feuchte, insbesondere der relativen Luftfeuchtigkeit,
ist es vorteilhaft, dass die Feuchtemesseinrichtung einen Gastemperaturfühler zum
Bestimmen der Temperatur der an der Feuchtemesseinrichtung vorbeiströmenden Luft
aufweist. Der Gastemperaturfühler
und der Lichtwellenleiter bilden vorzugsweise eine Einheit und/oder
sind an einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnet. Insbesondere kann der Gastemperaturfühler auf dem Lichtwellenleiter,
beispielsweise neben der Kondensationsoberfläche angeordnet sein. Der Temperaturfühler kann
aber auch bezüglich
der Kondensationsoberfläche
vorstehend ausgebildet sein, so dass er in den Atemgasstrom hineinragt.
Der Gastemperaturfühler
kann beispielsweise einen temperaturabhängigen Leiter aufweisen. Insbesondere kann
eine temperaturabhängige
Leiterschicht vorgesehen sein, die am Lichtwellenleiter angeordnet
ist. In diesem Fall kann der Gastemperaturfühler auch als Schichtsensor
bezeichnet werden. Der temperaturabhängige Leiter kann beispielsweise
Platin aufweisen.
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Eine
konstruktiv besonders einfache Anordnung ist dadurch gegeben, dass
zumindest ein Teil der Feuchtemesseinrichtung an einer Leitung der
Zuführeinrichtung
bzw. der Abführeinrichtung
angeordnet ist. Bei der Leitung kann es sich beispielsweise um ein
Rohr oder um einen Schlauch handeln. Insbesondere wenn die Leitung
als Wegwerfteil ausgebildet ist, das zum einmaligen Gebrauch bestimmt
ist, ist es vorteilhaft, dass die Feuchtemesseinrichtung lösbar an
der Leitung angeordnet ist. Für
eine lösbare Verbindung
kann die Feuchtemesseinrichtung beispielsweise formschlüssig und/oder
bündig
an der Leitung angeordnet sein. Insbesondere kann die Feuchtemesseinrichtung
mittels eines Schiebeverschlusses und/oder mittels eines Schnappverschlusses
an der Leitung angeordnet sein. Geeigneterweise ist die Feuchtemesseinrichtung
so ausgebildet, dass sie direkt von außen auf die Leitung aufgeschnappt
und/oder geschoben werden kann. Eine lösbare Anordnung ermöglicht die
Wiederverwendung der Feuchtemesseinrichtung.
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Für einen
besonders einfachen konstruktiven Aufbau ist es ferner vorteilhaft,
dass die Leitung für
eine Gasverbindung der Kondensationsoberfläche mit dem Inneren der Leitung
in ihrem Mantel eine Durchgangsöffnung
aufweist.
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Neben
einem Beatmungsgerät
umfasst die Erfindung auch die Verwendung der hier beschriebenen
Feuchtemesseinrichtung zum Bestimmen der Feuchte der einem Patien ten
mittels eines Beatmungsgerätes
zugeführten
Inspirationsluft und/oder der vom Patienten abgeführten Exspirationsluft.
Die Erfindung umfasst ferner die beschriebene Feuchtemesseinrichtung
zur Verwendung in einem Beatmungsgerät.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, die schematisch
in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen
zeigen schematisch:
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1 ein
erfindungsgemäßes Beatmungsgerät mit einer
Feuchtemesseinrichtung;
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2 eine
geschnittene Ansicht der Feuchtemesseinrichtung aus 1;
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3 eine
geschnittene Detailansicht der Feuchtemesseinrichtung aus 2;
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4 eine
Seitenansicht auf das Gehäuse der
Feuchtemesseinrichtung aus 2;
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5 eine
Stirnansicht der Feuchtemesseinrichtung aus 2;
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6 eine
Seitenansicht der Feuchtemesseinrichtung aus 2 zur Darstellung
von Halteelementen zur Halterung der Feuchtemesseinrichtung an einer
Leitung;
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7 und 8 Stirnansichten
zweier unterschiedlich befestigter Feuchtemesseinrichtungen;
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9 eine
Draufsicht auf die Feuchtemesseinrichtung aus 2 von
unten; und
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10 eine
Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Feuchtemesseinrichtung
von unten.
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Gleichwirkende
Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes ist
schematisch in 1 dargestellt. Das Beatmungsgerät weist
eine Zuführeinrichtung 2 mit
einer Leitung 4 zum Zuführen
von Atemluft zu einem Patienten und eine Abführeinrichtung 3 mit
einer Leitung 5 zum Abführen
von Atemluft vom Patienten auf. Die Leitungen 4 und 5 münden in einen
Tubus 6, der zum Einführen
in die Luftröhre
des Patienten vorgesehen ist.
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Die
Leitungen 4, 5 sind an einem Ventilator 7 angeordnet,
welcher der Leitung 4 Atemluft zuführt und aus der Leitung 5 Atemluft
abführt.
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An
der Leitung 4 der Zuführeinrichtung 2 ist eine
Befeuchtungseinrichtung 8 zum Anreichern der vom Ventilator 7 zuströmenden Luft
mit Feuchtigkeit vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist an der Leitung 4 unterstromig der Befeuchtungseinrichtung 8 ferner
eine Feuchtemesseinrichtung 1 vorgesehen, um den Feuchtegehalt
der zuströmenden Luft
im Anschluss an die Befeuchtung zu kontrollieren.
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Die
Feuchtemesseinrichtung 1 ist in 2 und insbesondere
in den 3 und 9 im Detail dargestellt. Sie
weist einen als ebene Glasplatte ausgebildeten Lichtwellenleiter 11 auf,
an dem eine Kondensationsoberfläche 10 ausgebildet
ist. Diese Kondensationsoberfläche 10 steht über eine
Durchgangsöffnung 20,
die im Mantel der Leitung 4 ausgebildet ist, mit dem im
Inneren der Leitung 4 strömenden Messgas in Fluidverbindung.
Zum Nachweise des Betauungszustandes der Kondensationsoberfläche 10 ist
eine optische Nachweiseinrichtung 16 vorgesehen, welche
eine als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle 17 und einen
als Photodiode ausgebildeten Lichtempfänger 18 aufweist.
Lichtquelle 17 und Lichtempfänger 18 sind auf der
dem Leitungsinneren und somit dem Messgas abgewandten Seite des Lichtwellenleiters 11 angeordnet.
Mittels der Lichtquelle 17 ist ein Lichtbündel erzeugbar,
welches durch den Lichtwellenleiter 11 hindurch auf die
Kondensationsoberfläche 10 fällt, je
nach Betauungszustand der Kondensationsoberfläche 10 wieder in den Lichtwellenleiter 11 zurückreflektiert
wird und schließlich
vom Lichtempfänger 18 nachgewiesen wird.
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Mittig
zwischen der Lichtquelle 17 und Lichtempfänger 18 sind
als Peltierelement ausgebildete Mittel 13 zum Einstellen
der Temperatur der Kondensationsoberfläche 10 vorgesehen.
Die als Peltierelement ausgebildeten Mittel 13 liegen dabei
auf der der Kondensationsoberfläche 10 abgewandten
Rückseite
des Lichtwellenleiters 11 am Lichtwellenleiter 11 an,
so dass über
den Lichtwellenleiter 11 eine thermische Kopplung zwischen
der Kondensationsoberfläche 10 und
den Mitteln 13 gegeben ist.
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Die
Lichtquelle 17 und der Lichtempfänger 18 sind auf einer
gemeinsamen Leiterplatte 31 angeordnet, auf der darüber hinaus
weitere elektronische Bauelemente 34, bei spielsweise zur
Signalverarbeitung, vorgesehen sind. An der Leiterplatte 31 ist
ein Kabel 32 zur Messwertausgabe angeschlossen.
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Die
Kondensationsoberfläche 10 ist
semihydrophob ausgebildet und weist eine Siliziumdioxid-Passivierungsbeschichtung
auf. Die Kondensationsoberfläche 10 ist
geeigneterweise glatt, dass heißt
insbesondere, ihre Rauigkeit ist geringer als die Wellenlänge des
Lichtes.
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An
der Leiterplatte 31 der Feuchtemesseinrichtung 1 ist
ferner ein Gastemperaturfühler 25 vorgesehen,
der von der Feuchtemesseinrichtung 1 vorsteht und in das
Innere der Leitung 4 hineinreicht. Mittels dieses Gastemperaturfühlers 25 kann
die Temperatur des an der Kondensationsoberfläche 10 vorbeiströmenden Gases
bestimmt werden.
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Wie
insbesondere 9 zeigt, ist auf der Oberfläche des
Lichtwellenleiters 11 in der Umgebung der Kondensationsoberfläche 10 ein
Oberflächentemperatursensor 21 vorgesehen.
Dieser Oberflächentemperatursensor 21 wird
durch einen temperaturabhängigen
Leiter gebildet, der als Schicht auf der Oberfläche des Lichtwellenleiters 11 aufgebracht ist
und der die Kondensationsoberfläche 10 U-förmig umgibt.
Mittels dieses Oberflächentemperatursensors 21 kann
die Temperatur der Kondensationsoberfläche 10 bestimmt werden.
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Die
Leiterplatte 31 mitsamt Lichtquelle 17, Lichtempfänger 18 und
elektronischen Bauelementen 34 sowie die Mittel 13 zum
Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche 10 sind
in einem Gehäuse 40 eingehaust.
Dieses Gehäuse 40 weist ein
erstes Gehäuseteil 41 auf,
das die Feuchtemesseinrichtung 1 auf der der Kondensationsoberfläche 10 abgewandten
Rückseite
abschließt.
Dieses erste Gehäuseteil 41 ist
metallisch ausgebildet. Es weist einen Vorsprung 45 auf,
der in das Gehäuseinnere vorsteht
und an die als Peltierelement ausgebildeten Mittel 13 zum
Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche 10 angrenzt.
Hierdurch wird eine thermische Kopplung zwischen dem metallischen ersten
Gehäuseteil 41 und
den als Peltierelement ausgebildeten Mitteln 13 geschaffen,
so dass das erste Gehäuseteil 41 als
Temperatursenke dienen kann.
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Das
Gehäuse 40 weist
ferner ein ringartiges, zweites Gehäuseteil 42 auf, in
dem das erste Gehäuseteil 41 eingebettet
ist und welches unterseitig an den Lichtwellenleiter 11 angrenzt.
Das zweite Gehäuseteil 42 ist
aus Kunststoff ausgeführt.
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Eine
Befestigungsmöglichkeit
der Feuchtemesseinrichtung 1 an der Leitung 4 ist
in den 4 bis 6 dargestellt. Zur Befestigung
sind demnach parallel zur Leitung 4 verlaufende Nuten 47, 47' an dem zweiten
Gehäuseteil 42 des
Gehäuses 40 der Feuchtemesseinrichtung 1 vorgesehen.
An der Leitung 4 sind zwei Schnappelemente 48, 48' angeordnet,
die quer zum Leitungsverlauf von der Leitung 4 vorstehen.
Diese biegsamen Schnappelemente 48, 48' weisen jeweils
eine Nase 49, 49' auf,
welche jeweils in eine der Nuten 47, 47' eingreifen
kann und das Gehäuse 40 an
der als Rohr ausgebildeten Leitung 4 sichern kann.
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Weitere
unterschiedliche Befestigungsmöglichkeiten
sind in den 7 und 8 dargestellt. Beim
Ausführungsbeispiel
der 7 ist das Gehäuse 40 mittels
einer Schiebeverbindung an einem Sockelelement 53 gesichert,
das von der Leitung 5, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Abführeinrichtung 3,
vorsteht. Beim Ausführungsbeispiel
der 8 weist das Gehäuse 40 eine konkave,
zylindersegmentförmige
Ausnehmung auf, so dass sich das Gehäuse 40 an den Mantel
der Leitung 5 anschmiegen kann.
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10 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Feuchtemesseinrichtung 1. Verglichen mit dem Ausführungsbeispiel
der 9, bei dem ein vorstehender Gastemperaturfühler 25 vorgesehen
ist, der in das Innere der Leitung 4 hineinragt, ist beim Ausführungsbeispiel
der 10 der Gastemperaturfühler 26 durch einen
temperaturabhängigen
Leiter gegeben, der als aufgedampfte Schicht am Lichtwellenleiter 11 vorgesehen
ist.
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Die
in den Figuren dargestellten Feuchtemesseinrichtungen 1 können sowohl
an der Leitung 4 der Zuführeinrichtung 2 als
auch an der Leitung 5 der Abführeinrichtung 3 angeordnet
werden. Die jeweils angegebenen Leitungen sind also nur als Beispiele
anzusehen.
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Das
erfindungsgemäße Beatmungsgerät ist vorzugsweise
zum aktiven, externen Beatmen des Patienten vorgesehen und weist
hierzu geeigneterweise eine Pumpeinrichtung für die Luft auf. Grundsätzlich kann
die Beatmungseinrichtung jedoch auch als reine Messeinrichtung für die Luftfeuchte,
insbesondere der Exspirationsluft, ausgebildet sein, bei welcher
die Luftströmung
durch die natürliche
Atemtätigkeit
des Patienten bewirkt wird.