DE3742880A1

DE3742880A1 - Xenon-inhalationsvorrichtung

Info

Publication number: DE3742880A1
Application number: DE19873742880
Authority: DE
Inventors: Naoto Yasue
Original assignee: Anzai Sogyo Co Ltd
Current assignee: ANZAI MEDICAL CO., LTD., TOKIO/TOKYO, JP
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1987-12-17
Publication date: 1989-03-02
Also published as: JPH0333326B2; DE3742880C2; JPS6449541A; US4903693A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Xenon-Inhalationsvorrichtung, die funktionell und sicher einen Zyklus durchführen kann, beginnend vor der Eingabe von Xenon und endend mit der Wiedergabe des Xenons bei einem Patienten, der insbesondere einer Messung der Hirnblutströmung oder einer Untersuchung der Lungenfunktion unterworfen wird.

Bei einer bekannten Xenon-Inhalationsvorrichtung nach US-PS 46 22 976 ist ein flexibler Balg mit einem darin gespeicherten Gemisch aus Xenon und Sauerstoff vorhanden, wobei das Gasgemisch nur auf Grundlage der Gaskonzentration behandelt wird, und es sind ein Reservebalg und einige Rückschlagventile vorgesehen.

Bei der bekannten Xenon-Inhalationsvorrichtung besteht, da das Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff in dem flexiblen Balg gespeichert ist und nur auf Grundlage der Gaskonzentration gehandhabt wird, eine große Wahrscheinlichkeit, daß Xenon in übergroßer Menge verbraucht wird und daß mehr Gasgemisch als nötig vorbereitet wird, und zusätzlich ist die Meßgenauigkeit nicht zufriedenstellend. Da weiter ein Reservebalg und eine ganze Reihe von Rückschlagventilen sowie ein Zimmer-Atemluftzumischventil benutzt werden, wird der Atemwiderstand relativ groß. Weiter ist, da ein Hochdruckgaszylinder als Xenon-Quelle benutzt wird, die bekannte Xenon-Inhalationsvorrichtung den Einschränkungen gemäß dem Gashochdruck-Kontrollgesetz unterworfen, z. B. der Anforderung, daß die Verwendung eines Hochdruckgasbehälters und der Name einer für den Umgang mit Hochdruckgas verantwortlichen Person bei der ständigen Stelle registriert werden müssen, so daß der Umgang mit dem Hochdruckgasbehälter bei der verantwortlichen Person liegen oder unter Überwachung durch die verantwortliche Person von Fachleuten durchgeführt werden muß.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Nachteile entwickelt.

Das hauptsächliche Ziel dieser Erfindung ist darin zu sehen, eine Xenon-Inhalationsvorrichtung zu schaffen, die einen volumenveränderbaren Balg für das darin zu speichernde Gas verwendet, um dabei das Gas sowohl aufgrund des Gasvolumens als auch der Gaskonzentration zu behandeln, den übermäßigen Verbrauch von teurem Xenon bei der Herstellung eines Gasgemisches zu vermeiden, Xenon hinzuzufügen und zurückzugewinnen wobei auch ein Gebläse verwendet wird, um dadurch ein Gasgemisch mit hoher Genauigkeit dem Patienten zuzuführen, ohne Benutzung von Rückschlagventilen, und zwar mit den gleichen Vorteilen, wie sie bei Verwendung von Rückschlagventilen vorhanden sind.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine Xenon-Inhalationsvorrichtung zum Einführen eines Gasgemisches aus Xenon und Sauerstoff in die Lungen eines Patienten geschaffen, mit einer Atem-Gesichtsmaske, durch die das Gasgemisch in die Lungen eingeführt wird, mit einem Balg, der einen Ausatem- und einen Einatemanschluß besitzt, das Gasgemisch darin speichert und in Abhängigkeit von dem darin gespeicherten Gasgemischvolumen seine Aufnahmekapazität verändern kann, mit einer Reihe von Leitungen zum Anschluß der Atemgesichtsmaske, der Ausatem- und des Einatemanschlusses, um so eine Verbindung in geeigneter Weise unter diesen herzustellen, mit Kohlendioxid-Entfernungseinrichtungen zum Abscheiden von Kohlendioxid aus dem ausgeatmeten Gas, wenn die Leitungsmittel ein geschlossenes Schleifensystem bilden, mit Gasströmungs- Steuereinrichtungen zur Beeinflussung der Strömungsraten des Gasgemisches bei den an die Atemmaske angeschlossenen Ausatem- und Einatemrohren, Mitteln zur Erfassung der Xenonkonzentration, um die Xenonkonzentration in den Gasströmen von und zur Gesichtsmaske festzustellen, mit Xenon-Zuführmitteln zum Zuführen von Xenon zu dem Balg, mit Zuführmitteln für Sauerstoff zum Zuführen von Sauerstoff zu dem Balg, mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Zuführmittel für Xenon und Sauerstoff, mit Elektromagnetventilen, die in der Reihe von Leitungsmitteln angebracht sind und in den Leitungen in einem Abtast- und Untersuchungssystem, mit Gasvolumen-Beeinflussungsmitteln und mit einer Steuertafel, an der man zumindestens das Volumen des in dem Balg zu speichernden Gasgemisches und die Konzentration für Xenon und Sauerstoff einstellen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführung der erfindungsgemäßen Xenon- Inhalationsvorrichtung,

Fig. 2 ein Schema-Schaltbild der Einzelteile zum Aufbau der Vorrichtung aus Fig. 1,

Fig. 3 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Gerätewagens zur Aufnahme der Xenon-Inhalationsvorrichtung aus Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Aufbaues der bei der Ausführung nach Fig. 1 verwendeten Gasvolumen-Betätigungseinrichtung,

Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer auf Strahlung beruhenden Xenon-Konzentrationsmeßanlage,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer mit Röntgenstrahlen betriebenen Xenon-Konzentrationsmeßanlage,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Strahlungswert-Zählung und der Xenon-Konzentration bei Messungen mit der Meßanlage nach Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Xenon-Versorgungseinrichtung mit Niederdruck-Gasflaschen,

Fig. 9 eine Darstellung des Aufbaus des Kopfteiles einer Niederdruck-Xenonflasche zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung mit Unterscheidungsmöglichkeit gegenüber Niederdruckflaschen für andere Gase, und

Fig. 10 einen Schnitt durch die Gasauslaßeinrichtung an der Niederdruck-Xenonflasche aus Fig. 9.

Die Erfindung wird nun zunächst anhand des Blockschemas Fig. 1 und des Schaltbildes Fig. 2 erläutert.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Xenon-Inhalationsvorrichtung ein Vorrichtungsgehäuse 1 und ein Steuergerät 2. An dem Gerätegehäuse 1 ist eine Leitung 4 angeschlossen, mit der ein Gasgemisch vorgegebener Konzentration dem Patienten 3 zugeführt wird. Die Leitung 4 ist mit einer Atem-Gesichtsmaske 5 für den Patienten 3 versehen. Das Inhalations-Vorrichtungsgehäuse 1 ist mit einer Xenonflasche 6 und einer Sauerstoffflasche 7 versehen, die als Quellen für Xenon und Sauerstoff für das Gasgemisch dienen, und es ist weiter noch ein Raumanschluß 8 für Sauerstoff vorhanden, der bei vorhandener Sauerstoff-Ringleitung in der betreffenden Klinik dort angeschlossen werden kann.

Die Steuereinrichtung 2 ist mit einer Betätigungs- oder Schalttafel 9 verbunden und empfängt von dort abgegebene Befehle, die wieder zur Steuerung der Vorrichtung im Vorrichtungsgehäuse 1 abgegeben werden, und womit die (nicht dargestellten) Elektromagnetventile für die Xenonflasche 6, die Sauerstoffflasche 7, die Leitung 4 usw. betätigt werden. Die Steuerung 2 ist mit einem Aufzeichnungsgerät 10 verbunden, das u. a. die Xenon- und Sauerstoffkonzentration in dem Gasgemisch für den Patienten automatisch aufzeichnet. Die Steuereinrichtung 2 gibt Daten aus, die für den Xenon- und Kohlendioxidgehalt in dem vom Patienten 3 ausgeatmeten Gas bezeichnend sind. Diese Daten werden einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 11 eingegeben, in der die errechnete Tomographie (CT = computed tomography) benutzt wird. Von diesen Daten sind insbesondere die Konzentrationsdaten für Xenon als Grunddaten sehr wichtig beim Messen und Errechnen der Gehirndurchblutung, und sie können als wichtiger Faktor beim Analysieren des Krankheitszustandes dienen. Aus diesem Grund ist eine Xenon-Kontrationsmeßanlage 12 für das durch den Patienten 3 ausgeatmete Gas erforderlich, die mit großer Genauigkeit entsprechende Daten entwickelt. Bei der erfindungsgemäßen Xenon-Inhalationsvorrichtung wird als Konzentrationsmeßanlage 12 eine solche Anlage mit sehr hoher Ansprechgeschwindigkeit und großer Meßgenauigkeit unter Verwendung von Strahlung benutzt.

Bei der Darstellung in den Fig. 1 und 8 stellen durchgezogene Linien für Gasströmungsverbindungen und gestrichelte Linien für elektrische Verbindungen dar.

In Fig. 2 ist ein Balg 13 mit Ziehharmonikaaufbau zu sehen, der gelängt und zusammengedrückt werden kann. Der Balg 13 ist an einem Ende mit einem Ausatem-Anschluß 13 a und mit einem Einatemanschluß 13 b versehen, während an dem anderen, dem freien Ende eine Gasvolumen-Behandlungseinrichtung 14 vorhanden ist, die anhand der Lage, die die Endfläche des Balges 13 einnimmt, das Volumen des im Balg 13 enthaltenden Gases erfaßt.

Fig. 4 zeigt, daß die für das Gasvolumen zuständige Einrichtung durch ein Verbindungsteil 141 mit der freien Frontfläche des Balges 13 verbunden ist, und zwar ist das Verbindungsteil 141 an einer umlaufenden, endlosen Kette 142 befestigt, die über zwei Zahnrollen 143 und 144 läuft. Die Drehung der Zahnrolle 144 wird über einen Riemen 145 an eine Drehscheibe 146 übertragen, und zwar so, daß der Riemen an der Achse der Zahnrolle 144 die Drehung abnimmt und sie auf den großen Umfang der Drehscheibe 146 überträgt. An der Achse der Drehscheibe ist koaxial ein Potentiometer 147 angebracht. So kann die Längsbewegung des freien Endes des Balges 13 bei dem Zusammenziehen und Längen des Balges in eine elektrische Messung umgewandelt werden, und das Volumen des im Balg 13 enthaltenen Gases wird durch den am Potentiometer 147 abgegriffenen Widerstand dargestellt. Da hier eine endlose Kette 142 benutzt wird, wird die Längsbewegung des Balges 13, bzw. von dessen Vorderfläche, über das Verbindungsglied 141, die Kette 142, die Zahnrolle 144, den Riemen 145, die Riemenscheibe 146 auf das als Erfassungsinstrument dienende Potentiometer 147 übertragen. Man könnte auch das Potentiometer gleich an der Welle der Zahnrolle 144 anbringen, jedoch ergibt sich eine bessere Auflösung bei der gezeigten Ausführung. Die Zahnrolle 143 sitzt in dem in Fig. 3 gezeigten Getriebekasten 101; Fig. 3 zeigt ja in schematischer Darstellung einen mit aufgeschnittener Seitenwand dargestellten Gerätewagen für die erfindungsgemäße Inhalationsvorrichtung. An der freien Endseite des Balges 13 sind Ritzel 102 gezeigt, die längs einer Schiene 104 an einem Rahmen 103 entlanggleiten und das freie Ende des Balges kann frei bewegt, d. h. von den Einwirkungen der Rollenachsen usw. unbeeinflußt bewegt werden durch eine (nicht dargestellte) Ausgleichsfeder oder ein ähnliches Element. So kann der Balg 13 mit geringem Widerstand der Atmung des Patienten 3 folgen.

Laut Fig. 2 sind Leitungen 15 und 16 an den Ausatem- und Einatem-Anschlüssen 13 a bzw. 13 b angeschlossen. Etwa in der Mitte der Leitung 16 ist ein Gebläse 17 vorgesehen, um das Gasgemisch mit entsprechender Strömungsgeschwindigkeit in den Balg 13 einlaufen zu lassen, und eine Einrichtung 18 zum Entfernen von Kohlenstoffdioxid, beispielsweise ein Natronkalkfilter. Ein Inhalationsrohr 20 und ein Exhalationsrohr 22, die zum Anschluß an der Gesichtsmaske 5 über eine Leitung 32 vorgesehen sind, sind an den bereits erwähnten Leitungen 15 bzw. 16 über Elektromagnetventil 21 bzw. 23 angeschlossen. An dem Inhalationsrohr 20 ist über ein Elektromagnetventil 24 ein Rückschlagventil 25 angeschlossen. Das Rückschlagventil 25 ist dazu ausgelegt, in das Inhalationsrohr Umgebungsluft einzuführen. Das Inhalationsrohr 20 ist mit einem Sicherheitsventil 26 versehen, das dann, wenn der Innendruck des Inhalationsrohrs 20 unter einem vorgeschriebenen Druckwert liegt, anspricht, um Zimmer- oder Umgebungsluft in das Inhalationsrohr 20 einzuführen, und dann, wenn der Innendruck über einem vorgeschriebenen Druckwert liegt, das Inhalationsrohr 20 in die Umgebung zu entlasten. Andererseits ist an dem Exhalationsrohr 22 ein Rückschlagventil 28 über ein Elektromagnetventil 27 angeschlossen, das zum Auslassen des Gases aus dem Exhalationsrohr 22 an die Umgebung dient. Zwischen der Leitung 15, die vom Elektromagnetventil 21 zum Ausatemanschluß 13 a des Balges 13 führt und der Leitung 16, die vom Elektromagnetventil 23 zum Inhalationsanschluß 13 b des Balges 13 führt, ist eine Zwischenleitung mit Elektromagnetventil 29 vorgesehen. Durch entsprechendes Öffnen und Schließen jeweils einer Reihe dieser Elektromagnetventile 21, 23, 24, 27 und 29 wird ein vollständig oder ein teilweise geschlossenes Schleifensystem für die Gasströmung gebildet, wie im einzelnen später beschrieben wird.

Die Inhalations-(Einatem-) und Exhalations-(Ausatem-)- Rohre 22 sind mit Strömungsfühlern 30 bzw. 31 versehen, und mit Hilfe dieser Fühler wird die Umdrehungsgeschwindigkeit des Gebläses 17 so gesteuert, daß die Strömungsrate des Gases in den Einatem- und Ausatemrohren 20 bzw. 22 jederzeit in einem bestimmten Bereich bleibt. Das im Balg 13 enthaltene Gasgemisch wird durch das Gebläse 17 zu einem geschlossenen Umlauf gebracht, der vom Balg 13 durch die Leitung 15, das Einatemrohr 20, das Ausatemrohr 22 und die Leitung 16 geht. So atmet der Patient 3 das umlaufende Gasgemisch durch die Leitung 32 und die Atemgesichtsmaske 5 ein, während aus den Lungen des Patienten 3 kommendes Ausatemgas durch die Atemgesichtsmaske 5 und die Leitung 32 in das Ausatemrohr 22 gelangt, und zwar unter Einwirkung des durch das Gebläse 17 gesteuerten Gasströmungsdruckes, ohne daß es durch das Einatemrohr 20 abfließen kann. Damit wird der Ausatem-Wiedereinatemvorgang nur durch den Gasströmungsdruck mit Hilfe des Gebläses 17 gesteuert, ohne daß an Abschnitten der Einatem- und Ausatemrohre 20 bzw. 22 in der Nähe der Atemgesichtsmaske 5 mechanische Rückschlagventile vorgesehen werden müssen, um die Gegenströmung von Gasen zu unterdrücken. Es kann auf diese Weise ein guter Beatmungszustand aufrechterhalten werden. Die Gasströmungsgeschwindigkeit, die zur Aufrechterhaltung eines guten Atemzustandes für den Patienten nur durch den Gasströmungsdruck nötig ist, liegt im Bereich von 20 bis 40 l/min. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Gebläses 17 wird, wie bereits erwähnt, durch die Strömungsfühler 30 und 31 so gesteuert, daß die Gasströmungsgeschwindigkeit an den Meßstellen in dem genannten Bereich bleibt. Wenn die entsprechende Gasströmung auf andere Weise beibehalten werden kann, können die Fühler 30 und 31 auch weggelassen werden.

Die Atemgesichtsmaske 5 ist mit einem Rohr 33 versehen, das Ausatemgas des Patienten wahlweise ableitet. Die Konzentrationen von Xenon und Kohlenstoffdioxid in dem Ausatemgas des Patienten werden durch ein Xenonkonzentrations- Meßgerät 12 und ein Kohlenstoffdioxid-Konzentrationsmeßgerät 34 bestimmt. Für das Kohlenstoffdioxid- Konzentrations-Meßgerät 34 sind entsprechende Meßanlagen am Markt erhältlich. Die Meßanlage 12 für die Xenonkonzentration muß jedoch außerordentlich gute Ansprechgeschwindigkeit und Meßgenauigkeit für die Xenonkonzentration im Ausatemgas bei dem Mund des Patienten besitzen, da die Xenonkonzentration in dem Gas, das der Patient in die Atemmaske 5 ausatmet, proportional zur Xenonkonzentration im arteriellen Blut ist und die Xenonkonzentration des arteriellen Blutes einen wichtigen Faktor zur Errechnung der Gehirnblut- Strömungsrate darstellt. Erhältlich sind Xenonkonzentrations- Meßanlagen, die auf Wärmeübertragung beruhen, und solche, die ein Massenspektrometer verwenden. Die erstgenannte Anlage besitzt eine relativ geringe Ansprechgeschwindigkeit und Meßgenauigkeit, und die zweitgenannte Anlage erfordert eine beträchtliche Zeit für die Messung der Xenonkonzentration, wenn auch die Meßgenauigkeit äußerst hoch ist. Aus diesem Grund können die kommerziell erhältlichen Xenonkonzentrations- Meßanlagen praktisch kaum bei der erfindungsgemäßen Xenon-Inhalationsvorrichtung benutzt werden. Für die Erfindung wurde eine Xenonkonzentrations-Meßanlage mit überlegener Ansprechgeschwindigkeit und Meßgenauigkeit entwickelt, die Strahlung zur Messung benutzt und in Fig. 5 dargestellt ist.

Die schematische Darstellung Fig. 5 zeigt diese Xenonkonzentrations- Meßanlage, Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Xenonkonzentrations-Meßanlage unter Benutzung von Röntgenstrahlung und Fig. 7 eine graphische Darstellung der Versuchsergebnisse mit Benutzung der Anlage nach Fig. 6 zur Ableitung einer Beziehung zwischen der Xenonkonzentration und dem Strahlungszählwert.

In Fig. 5 ist ein Strahlungsgenerator 121, eine Meßkammer 122, ein Strahlungsdetektor 123 und eine Konzentrationsanzeige 124 zu sehen. Die Meßkammer 122 ist mit ausgeatmetem zu messenden Gas gefüllt. Irgendeine Strahlung mit Ausnahme von α-Strahlen, d. h. Röntgenstrahlen, q- oder β-Strahlen von dem Strahlengenerator 121 an einer Seite der Kammer 122 wird in die Kammer 122 so eingeführt, daß das darin enthaltene zu messende Gas durchstrahlt wird. Der Strahlungsgenerator 121 kann entweder ein Röntgen- oder γ-Strahlengenerator oder eine radioaktive Substanz sein. Der Strahlungsdetektor 123 ist an der anderen Seite der Kammer 122 mit festem Abstand von dem Strahlengenerator 121 angebracht. Damit tritt die Strahlung vom Strahlengenerator 121 durch die Kammer 122 mit dem darin enthaltenden Gas hindurch und erreicht den Strahlungsdetektor 123. Der Strahlungsdetektor 123 wird nach der Art der vom Strahlungsgenerator 12 ausgesandten Strahlung ausgesucht, und kann ein Gas-, Flüssigkeits- oder Festkörper-Szintillator, eine Photoverstärkerröhre, eine Ionisationskammer, ein Proportionalzählrohr oder ein Geiger-Müller-Zähler sein. Die aus dem Strahlungsgenerator 121 austretende und in die Meßkammer 122 gelangende Strahlung kollidiert mit den Gasmolekülen und wird durch diese absorbiert oder zerstreut, so daß ein Teil der Strahlung nicht beim Strahlungsdetektor 123 einfällt. Das Verhältnis der nicht den Strahlungsdetektor 123 erreichenden Strahlung zur dort auftreffenden Strahlung hängt von der Konzentration des in die Meßkammer 122 eingeführten, zu messenden Gases ab. Deshalb kann die Konzentration des zu messenden Gases in der Meßkammer 122 dadurch bestimmt werden, daß die durch den Strahlungszähler 123 gemessene auftreffende Strahlung ausgewertet und das Ergebnis in der Konzentrationsanzeige 124 angezeigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel einer Gaskonzentrations-Meßanlage unter Benutzung von Röntgen- oder γ-Strahlen (die zusammen von jetzt ab als Röntgenstrahlen bezeichnet werden) wird nun mit Bezug auf Fig. 6 erläutert. Es ist eine Röntgenstrahlquelle 125 vorhanden, die gleich in der Meßkammer 126 sitzt, und ein Natriumiodid (NaI)-Szintillator 127, hier nur als Ausführungsbeispiel aufgeführt, schließt die Meßkammer ab. Daran schließt sich eine Photovervielfacherröhre 128 an. Die Meßkammer kann durch eine Eintrittsröhre 129 und eine Austrittsröhre 130 an eine Gasleitung angeschlossen werden, und es ist eine Konzentrationsanzeige 131 vorhanden. Die Röntgenstrahlungsquelle 125 sitzt, wie gesagt, innerhalb der Meßkammer 126 so, daß sie dem Szintillator 127 zugewendet ist. Von der Quelle 125 ausgesendete Röntgenstrahlen erreichen den Szintillator 127 nach Absorption und Diffusion durch das in der Kammer 126 als Meßobjekt vorhandene Gas.

Wenn Röntgenstrahlen durch eine Substanz hindurchtreten, werden sie durch diese geschwächt. Das Schwächungsverhältnis wird durch die Energie der Röntgenstrahlen und die Masse der von den Röntgenstrahlen durchstrahlten Substanz bestimmt. Allgemein wird bei Röntgenstrahlen mit einer Energie E, die eine Gasstrecke von d cm durchstrahlen, die Intensität I der Röntgenstrahlen bestimmt durch die Formel:

I = I₀e ^-µd,

wobei I₀ die Anfangsintensität der Röntgenstrahlen, e die Basis der natürlichen Logarithmen und µ der Schwächungskoeffizient sind. Aus diesem Grunde ist das Verhältnis der über einen Abstand d geschwächten Röntgenstrahlen auszudrücken als 1 - I/I₀. Das Schwächungsverhältnis wird durch die das Gas bildende Substanz bestimmt. Bei einem Mischgas aus bekannten Gaskomponenten kann deswegen die Konzentration einer der Gaskomponenten bestimmt werden aus der Anzahl N der durch die jeweiligen Gaskomponente geschwächten Photonen. Im Falle von Röntgenstrahlen gilt: je geringer die Energie E der Röntgenstrahlen ist, um so höher das Schwächungsverhältnis. Nimmt man an, daß die Energie der Röntgenstrahlen E ist und die Atomzahl der das Gas bildenden Substanz Z, so wird bei kleinen Werten E die Schwächung der Röntgenstrahlen sich aus dem photoelektrischen Effekt ergeben, und das Schwächungsverhältnis ist dann proportional der fünften Potenz der Atomzahl Z und umgekehrt proportional zu ⁷/₂ der Energie E der Röntgenstrahlen. Deswegen werden, wenn die das Gasgemisch bildenden Gaskomponenten, beispielsweise Xenon und Sauerstoff, Atomzahlen haben, die sich um eine bestimmte Größe unterscheiden, die Röntgenstrahlen mehr auf die Gaskomponente mit der kleineren Atomzahl einwirken. Aus diesem Grund kann die Konzentration der Gaskomponente mit der größeren Atomzahl in dem Gasgemisch gemessen werden.

Die Röntgenstrahlquelle 125 sendet immer Röntgenstrahlen aus und wenn das aus Gaskomponenten unterschiedlicher Atomzahlen zusammengesetzte und in die Kammer 126 eingeführte Gas mit konstanter Konzentration auftritt, wird beispielsweise eine konstante Anzahl von Photonen entsprechend der konstanten Gaskonzentration den Szintillator 127 erreichen, der mit Abstand d cm von der Röntgenstrahlenquelle 125 ihr gegenüber sitzt. Da jedoch die Röntgenstrahlenquelle 125 Röntgenstrahlen in Zufallsverteilung aussendet, entsteht eine statistische Schwankung, deren Größe umgekehrt proportional zu √ ist. Die Photone, die den Szintillator 127 erreichen, werden dort in Lichtstrahlen größerer Wellenlänge gewandelt. Die Lichtstrahlen werden wieder in der Photovervielfacherröhre 128 in elektrische Signale gewandelt und die elektrischen Signale werden durch einen ladungsempfindlichen Verstärker oder einen Linearverstärker o. ä. verstärkt und einer Zählschaltung angelegt. Damit werden die auf den Szintillator 127 auftreffenden Photonen gezählt.

Wenn das zu messende Gas in der Meßkammer 126 aus Xe und O₂ besteht, wird der Anteil der durch photoelektrischen Effekt geschwächten Röntgenstrahlen viel größer, wenn die Röntgenstrahlen durch Xenon hindurchtreten als wenn Sauerstoff durchstrahlt wird, da die Atomzahl von Xenon viel größer als die von Sauerstoff ist. Je höher die Xenonkonzentration in dem zu messenden Gas, um so höher wird auch der Anteil der geschwächten Röntgenstrahlen und desto niedriger die Anzahl der den Szintillator 127 erreichenden Photonen. Mit anderen Worten, die Konzentration von Xenon in dem in der Kammer 126 vorhandenen Gas ist umgekehrt proportional zu den von der Photovervielfacherröhre 128 ausgegebenen elektrischen Signalen. Zur Benutzung dieser inversen Abhängigkeitsbeziehung werden die elektrischen Signale einer entsprechenden Signalverarbeitung unterzogen und der erhaltene Xenon-Konzentrationswert wird an der Konzentrationsanzeige 131 dargestellt, und von dort werden die Konzentrationsdaten ausgegeben.

Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung der während etwa 10 s durch eine Zählschaltung in der Konzentrationsanzeige 131 gezählten Röntgenphotonen unter der Bedingung, daß das Gas in der Kammer 126 aus Xenon und Sauerstoff besteht, daß eine radioaktive Substanz Fe-55 als Röntgenstrahlenquelle 125 benutzt wird, die ungefähr 25 µCi Röntgenstrahlen aussendet, daß der Abstand d zwischen der Röntgenstrahlenquelle 125 und dem Szintillator 127 etwa 1,3 cm beträgt und daß die Konzentration des Xenon im Gas verändert wird. Wie sich auf Fig. 7 ergibt, verändert sich der gezählte Wert mit der Xenonkonzentration, d. h. je höher die Xenonkonzentration, um so geringer ist die Anzahl der am Szintillator 127 auftreffenden Photonen.

So entsteht eine Gaskonzentrations-Meßanlage auf Grundlage von Strahlungsmessungen, die als Xenonkonzentrationsmeßanlage 12 in dieser Erfindung eingesetzt werden kann, und die eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und Meßgenauigkeit besitzt. Damit kann die Konzentration von Xenon in dem durch den Patienten ausgeatmeten Gas genau gemessen werden.

Nach Fig. 2 wird Sauerstoff und Xenon von der Sauerstoffquelle 35 bzw. der Xenonquelle 36 in den Balg 13 eingespeist. Nach Fig. 1 wird der Sauerstoff über ein (nicht dargestelltes) Druckminderventil entweder von der Sauerstoffflasche 7 oder von einem im Raum befindlichen Sauerstoffanschluß 8 zugeführt, wobei dieser als eine im Raum befindliche Sauerstoffquelle dient, die außerhalb der Xenon-Inhalationsvorrichtung vorhanden ist. Die Xenonquelle 36 wird im einzelnen mit Bezug auf Fig. 8 erläutert. Sie hat einen Zweiwege-Aufbau. Ein erster Weg umfaßt eine austauschbare Xenonflasche 361-1, einen Gasauslaß 362-1, ein Elektromagnetventil 363-1 und einen Druckfühler 364-1. Ein zweiter Weg umfaßt eine austauschbare Xenonflasche 361-2, einen Gasauslaß 362-2, ein Elektromagnetventil 363-2 und einen Druckfühler 364-2. Aus dem Gasauslaß 362-1, der auf der Xenonflasche 361-1 sitzt, ausgelassenes Xenon strömt über das Elektromagnetventil 363-1 in einen Druckminderer 366, dort wird der Druck auf einen vorbestimmten Wert von z. B. 1,18 bar (1,2 kg/cm²) abgesenkt, und dann tritt das Xenon aus der Xenonquelle 36 aus. Wenn die noch in der Xenonflasche 361-1 vorhandene Xenonmenge so weit abnimmt, daß der Druckfühler 364-1 gerade den erwähnten vorgeschriebenen Druck erfaßt, gibt ein Steuergerät 367 ein Steuersignal an ein Elektromagnetventil 365 ab, um es zu öffnen. Dann wird das aus der Xenonflasche 361-1 austretende Xenon durch das Elektromagnetventil 365 ohne Durchlaufen des Druckminderers 366 aus der Xenonquelle 36 ausgelassen. Wenn der Druckfühler 364-1 erfaßt, daß die Xenonflasche 361-1 leer wird, läßt das Steuergerät 367 sofort das Elektromagnetventil 363-2 des zweiten Weges öffnen, und damit wird die Xenonabgabe von der jetzt leeren Xenonflasche 361-1 auf die gefüllte Xenonflasche 361-2 umgeschaltet. Gleichzeitig wird das Elektromagnetventil 365 wieder geschlossen und aus der Xenonflasche 361-2 austretendes Xenon erfährt eine Druckminderung auf den vorgeschriebenen Wert von beispielsweise 1,18 bar (1,2 kg/cm²) und wird dann aus der Xenonquelle 36 entlassen. Die leere Xenonflasche 361-1 des ersten Weges wird gegen eine neue gefüllte Xenonflasche ausgetauscht, die dann gebrauchsbereit ist, wenn der Xenonzylinder 361-2 des zweiten Weges leer wird. Das Steuergerät 367 ist der gerade Xenon abgebenden Flasche zugeordnet und merkt sich die Xenonflasche, die gerade im Verbrauch ist. Wenn nach einem Abstellen die Xenonquelle neu geöffnet wird, beginnt wieder die Abgabe von dem im Steuergerät 367 gemerkten Weg, so daß zunächst die bereits angebrauchte Flasche vollständig geleert wird. Das Steuergerät 367 bedient auch Anzeigelampen 368-1, dem ersten Weg zugeordnet bzw. 368-2, dem zweiten Weg zugeordnet, um jeweils anzuzeigen, über welchen Weg Xenon abgegeben wird. Damit wird zunächst die gerade im Gebrauch befindliche Xenonflasche vorzugsweise eingeschaltet, bis sie vollständig geleert ist, und dann erst zu der neu gefüllten Xenonflaschen übergegangen. Damit kann das wertvolle Xenon ökonomisch benutzt werden.

Die Xenonflaschen 361-1 und 361-2 sind austauschbare Niederdruck-Gasflaschen mit jeweils einem Innenraum von ca. 7 l, so daß immer genügend Xenon für den Verbrauch eines Einzelpatienten von ca. 5 l zur Verfügung steht. Damit sind die hier verwendeten Xenonquellen nicht den Hochdruck-Gaskontrollvorschriften unterworfen und können durch jedermann gegen neu gefüllte Gasflaschen ausgetauscht werden. Um die Xenonflaschen von anderen Gasflaschen zu unterscheiden, wird ein Sicherheitsring 369 (Fig. 9) mit einem Kleber oder auf andere Weise in einem Ringhohlraum 370 zwischen dem Zylinderkopfendabschnitt 361 a und einem Düsenhalter 361 b befestigt. Aus diesem Grund kann durch die Anwesenheit (oder Abwesenheit) des Sicherheitsringes 369 zwischen einer Xenongasflasche und einer Gasflasche für ein anderes Gas unterschieden werden.

Die Schnittdarstellung in Fig. 10 zeigt einen Gasauslaß 362 entsprechend den Gasauslässen 362-1 und 362-2 aus Fig. 8. Der Gasauslaß 362 besitzt ein Gasauslaßgehäuse 372, das in seiner Mitte mit einem Einschnitt 373 versehen ist, um das vorstehende Ende einer Düse 371 der Xenonflasche 361 niederzudrücken. Ein Gaskanal 374 steht mit der Vertiefung 373 in Verbindung und gleichfalls mit einer Stufenbohrung 375, die den Einschnitt 373 zur Aufnahme des Düsenhalters 361 b umgibt. Das Gasauslaßgehäuse 372 ist auch mit einer Ringnut 376 versehen, die konzentrisch zur Stufenbohrung 375 verläuft und den Endabschnitt 361 a der Xenonflasche 361 aufnimmt. Ein Abschnitt des Gasauslaßgehäuses 372 entspricht in seiner Lage dem Ringeinschnitt 370 der Xenonflasche 361 und ist mit einer Bohrung 379 versehen, in der ein mit einer Feder 378 beaufschlagter Stift 377 sowie ein durch den Stift 377 betätigbarer Endschalter 380 aufgenommen sind. Wenn der Gasauslaß 360 auf die Gasflasche 361 in der in Fig. 10 gezeigten Weise aufgesetzt wird und der Sicherheitsring 369 in dem Ringeinschnitt 370 der Xenonflasche 361 angebracht ist, um die Flasche von einer anderen Gasflasche zu unterscheiden, wird durch diesen Ring 369 der Stift 377 gegen die Kraft der Feder 378 nach oben bewegt und der Schalter 380 betätigt. Dieser Schalter ist mit dem Steuergerät 367 in Fig. 8 verbunden, und dieses bestätigt, daß die Flasche, auf die der Gasauslaß 362 aufgesetzt wurde, eine mit Xenon gefüllte Gasflasche ist, und bringt dann das Elektromagnetventil 363-1 bzw. 363-2 in seinen Betriebszustand. Falls die Flasche keine Xenonflasche ist, d. h. keinen Sicherheitsring 369 besitzt, wird der Stift 377 nicht nach oben geschoben und der Schalter 380 bleibt unbetätigt. In diesem Fall wirkt das Steuergerät 367 nicht auf das entsprechende Elektromagnetventil 363-1 oder 363-2 ein. Auf diese Weise ist es möglich zu verhindern, daß eine gleich aussehende Niederdruckgasflasche, die jedoch kein Xenon enthält, statt einer Xenonflasche eingesetzt wird. Weiter ist die Bohrung 373 mit einer O-Ringdichtung ausgerüstet, die den Umfang der Düse 371 abdichtet, sobald diese in die Bohrung 373 eingetreten ist, so daß ein Auslecken des Xenons verhindert wird.

In Fig. 2 ist zu sehen, daß das Ausatemrohr mit einem Druckfühler 37 versehen ist, der den Gasdruck im Ausatemrohr erfaßt, und daß eine der Leitung 15 zugeordnete Xenon/Sauerstoff-Konzentrationsmeßanlage 38 zum Einstellen der Xenonkonzentration des Gasgemisches im Balg 13 vorhanden ist. Da die Xenon/Sauerstoff- Konzentrationsmeßanlage 38 dazu dient, die Xenonkonzentration in dem Gasgemisch im Balg 13 zu steuern, ist es nicht erforderlich, daß hier die große Ansprechgeschwindigkeit und Meßgenauigkeit vorliegt, wie bei der Xenon-Konzentrationsmeßanlage 12 aus Fig. 1. Eine handelsübliche Wärmeübertragungs-Meßanlage mit geringerer Ansprechgeschwindigkeit und geringerer Meßgenauigkeit gegenüber der Xenon-Konzentrationsmeßanlage 12 kann als Anlage 38 eingesetzt werden. Es sind noch Pumpen 39 und 40 vorgesehen, und es sind Elektromagnetventile 41 bis 51 vorhanden. Sie werden durch die Steueranlage 2 in Fig. 1 gesteuert. Ein Auslaßanschluß und ein Einlaßanschluß 52 bzw. 53 werden später beschrieben.

An der Schalttafel 9 in Fig. 1 kann wahlweise mindestens die in dem Balg 13 zu speichernde Gasmenge eingestellt werden, die Konzentrationen von Xenon und Sauerstoff, und die Tafel ist dazu mit Betätigungsknöpfen usw. versehen, so daß wahlweise ein Regelsystem oder ein System mit nur teilweiser Rückführung eingestellt werden kann, wie später im einzelnen beschrieben wird.

Es wird nun der Betrieb der erfindungsgemäßen Xenon- Inhalationsvorrichtung beschrieben.

(I) Herstellung eines Gasgemisches aus Xenon und Sauerstoff

Vor der Herstellung eines Gasgemisches wird das im Balg 13 noch vorhandene Gas über den Auslaßanschluß 52 ausgetrieben durch Schließen der Elektromagnetventile 21 und 23, Öffnen des Elektromagnetventiles 29 und Einschalten der Pumpe 39, damit das Restgas durch das Elektromagnetventil 46, die Pumpe 39 und das Elektromagnetventil 48 abströmt. Damit zieht der Balg 13 sich vollständig zusammen, so daß der Gasraum im Balg 0 l wird. Während des Auslassens des Restgases wird die Konzentration des Xenon im Restgas im Balg 13 durch die Xenon/Sauerstoff-Konzentrationsmeßanlage 38 gemessen, die in Verbindung mit dem Balg 13, der Pumpe 40, den Elektromagnetventilen 50 und 51 und der Leitung 16 ein Probenentnahmesystem bildet. Wenn die gemessene Konzentration von Xenon im Restgas über einem vorgeschriebenen Wert von z. B. 3% liegt, wird die Raumluft vom Einlaßanschluß 53 durch das Elektromagnetventil 45, die Pumpe 39 und das Elektromagnetventil 47 in den Balg 13 eingelassen, indem der Betrieb der Pumpe 39 umgekehrt wird, so daß der Balg 13 sich wieder vergrößert. Wenn der Balg 13 bis zum vollsten Ausmaß ausgefahren ist, wird die Pumpe 39 wieder so gesteuert, daß sich eine Restgas-Ausgangsleitung wie oben beschrieben ergibt, wodurch der Balg 13 sich wieder zusammenzieht. Durch Wiederholen dieser Zyklen Zusammenziehen und Ausfahren des Balges 13 in der beschriebenen Weise wird die Xenonkonzentration in dem Restgas im Balg 13 auf einen Wert unter dem vorgeschriebenen Wert vermindert, d. h. der Balg 13 wird mit Raumluft ausgewaschen. Deshalb kann das beim Beatmen des vorhergehenden Patienten benutzte Mischgas die Herstellung eines Mischgases zur Beatmung eines neuen Patienten nicht beeinflussen und die an der Steuertafel 9 eingestellte Xenonkonzentration kann genau eingehalten werden.

An der Steuertafel 9 wurde das Volumen des nun herzustellenden Gasgemisches und die Konzentration von Xenon und Sauerstoff in dem Gasgemisch eingestellt, und diese Einstelldaten werden in das Steuergerät 2 eingegeben. Das Steuergerät 2 errechnet eine Grundkonzentration für Sauerstoff, die zum Erzielen der Sauerstoffkonzentration nötig ist, entsprechend dem an der Steuertafel 9 eingestellten Wert auf der Grundlage der erwähnten, in das Steuergerät 2 eingegebenen Daten und einem sogenannten Totvolumen, d. h. dem Gesamtvolumen des Gases im Balg 13, den Leitungen 15 und 16, dem Einatemrohr 20, dem Ausatemrohr 22, der Leitung 32, der Atemgesichtsmaske 5 und den Lungen des Patienten bei vollständig zusammengezogenem Balg 13, d. h. beim Zustand des Balges 13 mit 0 l. Sauerstoff wird von der Sauerstoffquelle 35 in den Balg 13 eingeleitet, bis die errechnete Grund-Sauerstoffkonzentration gleich der Sauerstoffkonzentration im Xenon/Oxygen-Konzentrationsmeßgerät 38 wird, und zwar durch Öffnen des Elektromagnetventiles 42. Sobald die Sauerstoffkonzentration im Balg 13 dem Grundkonzentrationswert für Sauerstoff entspricht, den das Steuergerät 2 errechnet hat, wird das Elektromagnetventil 42 geschlossen und dann das Elektromagnetventil 41 geöffnet, um Xenon von der Xenonquelle 36 in den Balg 13 einzuleiten. Daraufhin wird der Balg 13 durch das zugeführte Xenon und den zugeführten Sauerstoff ausgefahren. Wenn das Volumen des Gasgemisches im Balg 13 das an der Volumenbehandlungseinrichtung 14 eingestellte Gasvolumen erreicht hat, sendet die Gasvolumenbehandlungseinrichtung 14 ein Signal, das diese Tatsache anzeigt, an die Steuervorrichtung 2. Deswegen wird das Elektromagnetventil 41 durch die Steuervorrichtung 2 geschlossen. Aus diesem Grund ist der Balg 13 mit einem vorgewählten Volumen von Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff in den jeweilig erwünschten Konzentrationen gefüllt. Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, ist es mit der Gasvolumenbehandlungseinrichtung 14 möglich, ein Gasgemisch mit dem erforderlichen Volumen aus Xenon und Sauerstoff in den jeweilig festgesetzten Konzentrationen zu bereiten und das kostspielige Xenon nur in der Menge in den Balg 13 einzuführen, die unbedingt zur Bereitung des voreingestellten Gasgemischvolumens notwendig ist. Auf diese Weise wird nicht unnötig Xenon verbraucht.

Sobald das Gasgemisch bereitet ist, d. h. während eines Vorbereitungsbetriebes, bei dem die Elektromagnetventile 21 und 23 geschlossen und die Elektromagnetventile 24 und 27 geöffnet sind, kann ein Patient, der bereits mit der Atemgesichtsmaske 5 ausgestattet ist, die Zimmerluft durch das Rückschlagventil 25, das Elektromagnetventil 24, das Einatemrohr 20 und die Leitung 32 einatmen und kann durch die Leitung 32, das Ausatemrohr 22, das Elektromagnetventil 27 und das Rückschlagventil 28 in den Raum ausatmen. Die Patientin oder der Patient kann sich nun an den Zustand des Atemgerätes und an die Art des Atmens durch die Gesichtsmaske 5 gewöhnen. Wenn es erforderlich ist, daß der Patient beispielsweise Sauerstoff mit hoher Konzentration einatmet, wird das Elektromagnetventil 44 geöffnet, um von der Sauerstoffquelle 35 durch das Elektromagnetventil 44 Sauerstoff in das Einatemrohr 20 einzuleiten. Dabei atmet der Patient ein Gasgemisch aus Raumluft und dem von der Sauerstoffquelle 35 zugeleiteten Sauerstoff ein.

(II) Atmung des Patienten

Wenn ein Patient ein Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff durch die Atemgesichtsmaske 5 einatmet, kann in einer Anfangsstufe des "Lungenwaschens" bei dem Patienten mit einem Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff das Gasgemisch entweder dadurch zugeführt werden, daß ein geschlossenes System oder ein teilweise geschlossenes System benutzt wird. Um das kostspielige Xenon wirksam am besten auszunützen, wird das System mit geschlossener Schleife im Anfangszustand benutzt, so daß das Gasgemisch im Balg 13 vollständig ohne Auslassen aus dem System in Umlauf gebracht wird. Andererseits wird, damit der Patient Xenon mit einer bestimmten Konzentration vom Anfang der Beatmung an einatmet, das teilweise geschlossene System benutzt, so daß das Ausatemgas des Patienten aus dem System entlassen wird, bis die Xenonkonzentration in seiner oder ihrer Lunge gleich der Xenonkonzentration in dem den Lungen zugeführten Gasgemisch wird. Nach Bestätigung dieser Gleichheit wird von dem System mit teilweise geschlossener Schleife auf das System mit geschlossener Schleife umgeschaltet, wodurch das Gasgemisch im Balg 13 in einer geschlossenen Schleife ohne Ablassen aus dem System in Umlauf gebracht wird.

(A) Beatmung eines Patienten in einem System mit geschlossener Schleife

Wenn ein Befehl zur Bildung eines Systems mit geschlossener Schleife von der Steuertafel 9 ausgegeben wurde, werden die Elektromagnetventile 24, 27 und 29 geschlossen, während die Elektromagnetventile 21 und 23 geöffnet werden. Damit wird eine geschlossene Schleife gebildet vom Balg 13 nacheinander durch die Leitung 15, das Elektromagnetventil 21, das Einatemrohr 20, das Ausatemrohr 22, das Elektromagnetventil 23 und die Leitung 16 mit dem Natrokalkfilter 18 und dem Gebläse 17, und wieder zurück in den Balg 13. Das in dem Balg 13 bereitete Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff läuft dann in dieser geschlossenen Schleife um. Der Umlauf des Gasgemisches wird durch das Gebläse 17 hervorgerufen, so daß das Gasgemisch so gesteuert wird, daß es durch das Einatem- und das Ausatem-Rohr 20 bzw. 22 mit einer Strömungsrate von 20 bis 40 l/min fließt. Wenn ein Patient durch die Atemgesichtsmaske 5 bei gesteuerter Strömungsrate von 20 bis 40 l/min atmet, kann der Atmungswiderstand klein gehalten und das Ausatemgas des Patienten in das Ausatemrohr 22 ohne Stau in der Leitung 32 abgeführt werden. Damit werden das Einatem- und das Ausatemgas nur durch den Strömungsdruck des Gasgemisches auf Grundlage des Gebläses 17 unterschieden, ohne daß Abschnitte der Ausatem- und Einatemrohre 22 und 20 in Umgebung der Leitung 32 mit mechanischen Rückschlagventilen versehen werden müssen, und es können trotzdem die gleichen Vorteile erzielt werden, wie wenn derartige Rückschlagventile in diesen Abschnitten vorhanden wären. Falls das Gebläse 17 so konstruiert ist, daß es eine Gasströmungsrate von 20 bis 40 l/min ohne Steuereingriff aufrechterhalten kann, können die Strömungsfühler 30 und 31 zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Gebläses 17 weggelassen werden.

Wenn von Anfang an ein System mit geschlossener Schleife benutzt wird, wird durch das Ausatemgas aus den Lungen des Patienten die Xenonkonzentration erniedrigt. Da das Xenon jedoch nicht aus dem System mit geschlossener Schleife herausgelangt, bleibt die Xenonmenge in dem System jederzeit konstant. Damit wird das kostspielige Xenon wirksam ausgenützt. Die Xenonkonzentration im Einatemgas, das der Patient durch die Atemgesichtsmaske 5 im Anfangszustand bekommt, wird durch die Xenonkonzentrations-Meßanlage 12 bestimmt. Da die Xenonkonzentrationswerte als die Grunddaten für eine Krankheitszustandsanalyse dienen und sehr wichtig für die Messung der Gehirnblut-Strömungsrate oder der Untersuchung der Lungenfunktion sind, wird, wie bereits erwähnt, die Xenonkonzentrations-Meßanlage 12 bei der Erfindung ein Gerät mit hoher Ansprechgeschwindigkeit und Meßgenauigkeit benutzt, das auf Grundlage von Strahlungsmessungen in der beschriebenen Weise funktioniert.

(B) Beatmung eines Patienten bei System mit teilweise geschlossener Schleife

Wenn ein Befehl, ein System mit teilweise geschlossener Schleife zu bilden, von der Befehlstafel 9 abgegeben wurde, werden die Elektromagnetventile 21, 24, 27 und 29 geöffnet, während das Elektromagnetventil 23 geschlossen wird. Da bei dem System mit teilweise geschlossener Schleife das Elektromagnetventil 23 geschlossen ist, verleiht das Gebläse 17 dem in die Leitung 15 einströmenden Gasgemisch einen gewissen Druck, obwohl nicht die gleichen Auswirkungen erreicht werden können, wie wenn mechanische Rückschlagventile in den Abschnitten der Einatem- und Ausatemrohre 20 bzw. 22 vorgesehen wären. Aus diesem Grund durchläuft das Gasgemisch im Balg 13, wenn der Patient durch die Atemgesichtsmaske 5 einatmet, nacheinander die Leitung 15, das Elektromagnetventil 21, das Einatemrohr 20 und die Leitung 32 zu dem Mund des Patienten. Dabei wirkt gleichzeitig der Druck in dem umgebenden Raum auf den Balg 13 ein und läßt ihn so weit zusammenziehen, wie es der durch den Patienten eingeatmeten Gasgemischmenge entspricht, und deshalb kann der Patient ohne Schwierigkeit das Gasgemisch einatmen. Das durch den Patienten ausgeatmete Gas durchläuft nacheinander die Leitung 32 in der Gesichtsmaske 5, das Ausatemrohr 22 und das Elektromagnetventil 27, stößt das Rückschlagventil 28 auf und wird aus dem System entlassen. Da durch die Wirkung des mittels des Gebläses 17 aufgebrachten Druckes die Seite des Einatemrohres beaufschlagt wird, durchläuft das durch den Patienten ausgeatmete Gas das Ausatemrohr 22, in dessen Innenraum ein niedrigerer Druck als im Innenraum des Einatemrohres 20 herrscht. Auf diese Weise wird der Balg 13 bei jedem Atmen des Patienten zusammengezogen, bis das an der Tafel 9 eingestellte Gasvolumen erreicht wird. Dann werden die Elektromagnetventile von der Steuereinrichtung 2 so beeinflußt, daß aus dem System mit teilweise geschlossener Schleife das bereits erläuterte System mit geschlossener Schleife wird. Bei Benutzung des Systems mit teilweise geschlossener Schleife im Anfangszustand, um die Lungen des Patienten mit dem Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff zu "waschen", kann der Patient von Beginn des Beatmens an Xenon mit vorgeschriebener Konzentration einatmen und dadurch kann eine Verbesserung der Genauigkeit der Untersuchung erwartet werden.

Wie bereits beschrieben, kann das im Balg 13 vorhandene bereitete Gasgemisch bei der erfindungsgemäßen Xenon-Inhalationsvorrichtung den Patienten sowohl im System mit geschlossener Schleife als auch im System mit teilweise geschlossener Schleife zugeführt werden.

Nachdem die Lungen des Patienten mit dem Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff entweder mit geschlossener Schleife oder teilweise geschlossener Schleife gewaschen wurden, wird die Betriebsart auf eine Beatmungsbetriebsart umgewechselt, in der die Beatmung des Patienten in einem System mit geschlossener Schleife bewirkt wird. Nach Änderung zur erwähnten Beatmungs-Betriebsart kann die Bedienungstafel 9, an der die Konzentration von Xenon und Sauerstoff vorher eingestellt wurden, wirksam eingesetzt werden.

Insbesondere im Fall eines Waschens der Lungen des Patienten mit dem Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff im System mit geschlossener Schleife nimmt die Xenonkonzentration ab, während die Sauerstoffkonzentration erhöht wird. Deshalb ist zu der Zeit, da die Betriebsart zu der erwähnten Beatmungsbetriebsart übergeht, die Xenonkonzentration geringer, als die an der Betätigungstafel 9 eingestellte. Aus diesem Grund sendet das Steuergerät 2 ein Steuersignal zum Elektromagnetventil 41. Dieses wird geöffnet und liefert Xenon von der Xenonquelle 36 in den Balg 13. Da Xenon recht kostspielig ist, wird im Hinblick sowohl auf die Xenonkonzentration als auch auf das Gasvolumen des Balges 13 abgewogen, ob das Xenon zusätzlich in den Balg 13 geleitet werden muß.

Insbesondere wird unter der Annahme, daß das an der Betätigungstafel 9 voreingestellte Gasvolumen 5 l beträgt, und daß das noch im Balg vorhandene Gasgemisch nach dem Einatmen des Patienten 2 l beträgt, nur dann das Elektromagnetventil 41 durch die Steuereinrichtung 2 geöffnet, wenn das Volumen des Gasgemisches im Balg 13, wie es die Gasvolumen-Behandlungseinrichtung 14 erfaßt, innerhalb der 5 l liegt, die an der Betätigungstafel 9 voreingestellt sind, und die von der Xenon/Sauerstoff- Konzentrationsmeßanlage 38 angezeigte Xenonkonzentration kleiner ist, als sie an der Betätigungstafel 9 eingestellt wurde. Wenn deshalb das Volumen des Gasgemisches im Balg 13, wie es durch die Gasvolumen-Behandlungseinrichtung 14 erfaßt wird, die an der Betriebstafel 9 voreingestellten 5 l übersteigt, wird das Steuersignal zum Öffnen des Elektromagnetventils 41 nicht durch das Steuergerät 2 an das Elektromagnetventil 41 ausgesendet, auch wenn die an der Xenon/Sauerstoff-Konzentrationsmeßanlage 38 angezeigte Xenonkonzentration kleiner als die an der Betriebstafel voreingestellte ist. So kann eine Verschwendung des teuren Xenons verhindert werden. Wenn es erforderlich ist, Xenon zu dem Gasgemisch im Balg 13 hinzuzufügen, wird Xenon mit einem Volumen von 3 l, das man erhalten hat durch Abziehen des Volumens von 2 l des noch im Balg 13 nach dem Einatmen des Patienten befindlichen Gasgemisches von dem Volumen von 5 l des an der Betriebstafel 9 voreingestellten Gasgemisches, auf einmal von der Xenonquelle 36 in den Balg 13 eingeleitet. Wenn das Volumen des Gasgemisches im Balg 13 5 l erreicht, wird das Elektromagnetventil 41 sofort geschlossen. Da Sauerstoff schon vorher in dem Balg 13 bereitgestellt wurde, zur Zeit zu der einmaligen Zufügung von Xenon in einer Konzentration höher als der an der Betriebstafel 9 voreingestellten Menge in Hinblick auf das erwähnte Totvolumen, wird die Konzentration durch das Ausatmen des Patienten auf einen Wert erniedrigt, der im wesentlichen der gleiche ist wie der an der Betriebstafel 9 voreingestellte, ohne Zuführen zusätzlichen Sauerstoffs in den Balg 13. Andererseits wird Sauerstoff hinzugefügt, wenn das Elektromagnetventil 42 durch ein von der Steuereinrichtung 2 abgegebenes Steuersignal geöffnet wird entsprechend dem Sauerstoffkonzentrationswert, den die Xenon/Sauerstoff-Konzentrationsmeßanlage 38 anzeigt. Wenn die Sauerstoffkonzentration mit dem an der Betriebstafel 9 voreingestellten Wert übereinstimmt, wird das Elektromagnetventil 42 durch die Steuereinrichtung 2 geschlossen. Auf diese Weise werden die Konzentrationen von Xenon und Sauerstoff im Balg 13 konstant gehalten, ein abweichendes Übersteigen des Wertes infolge der abwechselnden Zugabe von Xenon und Sauerstoff verhindert und eine Verschwendung von Xenon vermieden.

Der Druck im Inneren der Einatem- und der Ausatem-Röhre 20 bzw. 22 wird durch den Druckfühler 37 erfaßt. Wenn der Innendruck so weit ab- oder zunimmt, daß der Patient beim Atmen Schwierigkeiten bekommt, läßt die Steuereinrichtung 2 die Elektromagnetventile 24 und 27 öffnen, um einen Gasstrom-Durchlaß zu bilden, der die Einführung von Raumluft in das Einatemrohr 20 durch das Rückschlagventil 25 und das Elektromagnetventil 24 zuläßt und auch ein Auslassen des vom Patienten ausgeatmeten Gases in dem Raum durch das Elektromagnetventil 27 und das Rückschlagventil 28. Zusätzlich zu diesem Sicherheitsmechanismus ist ein mechanisches Sicherheitsventil 26 vorgesehen, durch das der Patient atmen kann. Damit hat die erfindungsgemäße Xenon-Inhalationsvorrichtung einen Doppel-Sicherheitsmechanismus.

Wie bereits vorstehend beschrieben wurde, kann erfindungsgemäß ein Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff in der gewünschten Menge und der erforderlichen Konzentration für die Lungen eines Patienten durch ein Gebläse bereitgestellt werden, und zwar in der Weise, als ob mechanische Rückschlagventile in der Nähe der Atem- Gesichtsmaske vorgesehen wären. Bei der Xenon-Inhalationsvorrichtung erfindungsgemäßer Art kann, da das Gas sowohl im Hinblick auf Konzentration als auch auf Volumen behandelt wird, irgendein Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff in dem Balg bereitet werden, wobei eine Verschwendung des kostspieligen Xenons vermieden werden kann. Weiter kann das Waschen der Lungen eines Patienten mit dem Gasgemisch aus Xenon und Sauerstoff entweder in einem System mit geschlossenem Kreislauf oder in einem System mit teilweise geschlossenem Kreislauf vorgenommen werden. Wenn das System mit geschlossenem Kreislauf angewählt wird, können Grunddaten mit hoher Prozession aus der Xenonkonzentrations-Meßanlage unter Benutzung von Strahlenmessung erhalten werden, da Xenon nicht aus dem System entlassen wird und deswegen wirksame Benutzung findet, so daß die Auswirkungen im wesentlichen die gleichen sind, wie sie einem teilweise geschlossenen Schleifen- oder Umlaufsystem erzielbar sind. Dabei kann Xenon von Anfang an in einer bestimmten Menge in die Lungen eines Patienten eingeführt werden.

Die Xenonquelle hat einen solchen Aufbau, daß Xenon mit auswechselbaren Niederdruck-Xenonflaschen eingeleitet werden kann, die leicht von Flaschen für andere Gase zu unterscheiden sind. Es ist deswegen nicht nötig, ausgebildete Fachleute für Hochdruckgasflaschen zu Rate zu ziehen. Jedermann kann die Xenon-Niederdruckflaschen sicher handhaben und sie gegen neue einfach austauschen. Weiter wird die einmal angebrochene Xenonflasche zunächst aufgebraucht bis zu ihrer vollständigen Entleerung und danach eine neue mit Xenon gefüllte Gasflasche in Gebrauch genommen. Damit ist es möglich, die Verwendung des Xenons wirtschaftlich zu gestalten.

Claims

1. Xenon-Inhalationsvorrichtung zum Einführen eines Gasgemisches aus Xenon und Sauerstoff in die Lungen eines Patienten, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Atemgesichtsmaske (5) vorgesehen ist, durch die das Gasgemisch in die Lungen eingeführt wird,
daß ein Balg (13) mit einem Ausatem-Anschluß (13 b) und einem Einatem-Anschluß (13 a) vorgesehen ist, in dem das Gasgemisch zu speichern ist, und der sein Gasspeichervolumen in Abhängigkeit von der darin gespeicherten Gasgemischmenge verändern kann,
daß eine Gasvolumen-Behandlungseinrichtung (14) für das Volumen des in dem Balg gespeicherten Gases vorgesehen ist,
daß eine Reihe von Leitungsmitteln (15, 16, 20, 22, 32) zur Verbindung der Atem-Gesichtsmaske mit dem Ausatem- und dem Einatemanschluß (13 a, 13 b) vorgesehen ist,
daß eine Kohlenstoffdioxid-Entfernungseinrichtung (18) vorgesehen ist, um Kohlenstoffdioxid aus dem Ausatemgas zu entfernen, wenn das Leitungssystem mit dem Balg in einem System mit geschlossener Schleife verbunden ist,
daß Gasstromraten-Steuermitte (30, 31, 17) vorgesehen sind, um die Strömungsrate des Gasgemisches in dem Ausatem- und dem Einatemrohr (22, 20) zu steuern, die über eine Leitung (32) mit der Atemmaske (5) verbunden sind,
daß eine Xenonkonzentrations-Erfassungsanlage (12) vorgesehen ist, um die Xenonkonzentration in dem zur Atemgesichtsmaske strömenden Gas festzustellen,
daß Xenonversorgungsmittel (36) vorgesehen sind, zum Nachschub von Xenon in den Balg (13), und Sauerstoff-Zuführmittel (35) zum Nachschub von Sauerstoff in den Balg,
daß eine Steuereinrichtung (2) für die Xenon- und Sauerstoff-Zuführmittel (36, 35) vorgesehen ist, daß in der Reihe von Leitungsmitteln Elektromagnetventile (21, 23, 24, 27, 29; 41-51) und die Gasvolumen-Behandlungseinrichtung (14) angeschlossen sind, und
daß eine Betriebstafel (9) vorgesehen ist, an der zumindest das Volumen des in dem Balg (13) gespeicherten Gasgemisches und die Konzentrationen von Xenon und Sauerstoff auf jeweilige Wahlwerte eingestellt werden können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasvolumen-Behandlungseinrichtung (14) an dem Balg (13) befestigt ist und mit einem an einem Teil einer endlosen Kette (142) angebrachten Verbindungsglied (141) versehen ist, daß zwei umlaufende Zahnräder (143, 144) zum Halten und Bewegen der endlosen Kette vorgesehen sind, daß ein Potentiometer (147) mit entsprechend der Drehung der Zahnräder veränderbarem Widerstandswert vorgesehen ist, um dadurch das Volumen des Gasgemisches in dem Balg als Widerstandswert des Potentiometers zu erhalten zur Behandlung des Volumens des Gasgemisches in dem Balg.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmungsraten-Steuereinrichtung Strömungsgeschwindigkeitsfühler (30, 31) enthält, von denen einer im Einatemrohr (20), der andere im Ausatemrohr (22) angebracht sind, welche mit der Atemgesichtsmaske (5) verbunden sind, und daß auch ein Gebläse (17) vorgesehen ist, dessen Geschwindigkeit auf Grundlage der durch die Strömungsfühler (30, 31) gemessenen Strömungsgeschwindigkeit gesteuert ist, wodurch die Strömungsrate des in das Ausatemrohr einfließenden Gasgemisches auf einen jeweiligen voreingestellten Strömungswert gesteuert wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasströmungsgeschwindigkeits-Steuermittel ein Gebläse (17) enthält, mit dem die Strömungsrate des in die mit der Gesichtsatemmaske (5) verbundenen Ausatem- und Einatemröhren (20, 22) einströmenden Gasgemisches auf jeweilige voreingestellte Strömungsratenbereiche regelbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Xenonkonzentration-Meßanlage eine Kammer (122; 126) umfaßt, an der ein Einfluß- und ein Ausflußrohr (129, 130) für das Gasgemisch vorgesehen sind, die zu der Atem-Gesichtsmaske (5) führen, daß Strahlenerzeugungsmittel (121, 125) vorgesehen sind zur Aussendung von Strahlung in das Gasgemisch in der Kammer, daß ein Strahlungsdetektor (123; 127, 128) vorgesehen ist, der dem Strahlenerzeuger mit einem vorbestimmten Abstand zugewendet ist und eine Energie-Diskriminatorfunktion besitzt, um die durch das Gasgemisch geschwächte Strahlung zu erfassen, und eine Konzentrationsanzeigeeinrichtung (124; 131) zum Wandeln der durch den Strahlungsdetektor (123; 127, 128) erfaßten Strahlung in Konzentrationswerte und Anzeigen derselben, wodurch die Konzentration des Xenons auf Grundlage durch Xenon geschwächter Strahlung gemessen wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Xenonzuführmittel (36) mindestens eine austauschbare Nitrogasflasche (361-1, 361-2) umfaßt, die in den jeweiligen Düsenbereichen mit einem Sicherheitsring (369) zur Unterscheidung von Flaschen mit anderen Gasarten versehen ist, und mit einem Gasauslaß, der eine Schaltvorrichtung (377, 378, 379, 380) aufweist, welche bei Vorhandensein des Sicherheitsringes (369) durch diesen geschaltet wird, um dadurch die Zufuhr von Xenon sicher und zuverlässig zu gestalten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Xenonzuführmittel mindestens zwei austauschbare Niederdruckgasflaschen (361-1, 361-2) enthält, daß ein Steuergerät (367) zum Bestimmen der Benutzungsfolge der Gasflaschen vorgesehen ist, daß bei jedem Zuführweg von den einzelnen Gasflaschen ein durch das Steuergerät (367) betätigbares Elektromagnetventil (363-1, 363-2) vorgesehen ist und daß Druckfühler (364-1, 364-2) an jeder Gasflasche zum Erfassen des Gasflaschen-Innendrucks vorhanden sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Leitungen und Rohren zwischen dem Balg (13) und der Atmungsgesichtsmaske (5) ein System mit geschlossener Schleife bzw. ein System mit teilweise geschlossener Schleife bilden, und daß die beiden Systeme wahlweise benutzt werden, bis die Konzentration von Xenon in den Lungen des Patienten der vorgeschriebenen Konzentration entspricht.