DE4111965C2 - Verfahren zur Kalibrierung eines Strömungssensors in einem Atemsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Strömungssensors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein Atemsystem mit einem Strömungssensor ist aus der DE A1 34 34 908 bekanntgeworden.

Das Atemsystem enthält Sperrventile als Stellglieder und Richtungs­ ventile, welche den Fluß des Atemgasstroms steuern. Über einen Frisch­ gasanschluß und ein erstes Sperrventil wird Frischgas in das Atemsystem eingespeist.

Inspirationsseitig fließt das Atemgas über einen Kohlendioxid-Absorber, ein erstes Richtungsventil und einen Drucksensor zur Lunge eines Patienten; auf der Exspirationsseite befinden sich ein Strömungssensor und ein zweites Richtungsventil, über welche das Atemgas zurück in den Inspirationszweig geleitet wird.

Im Atemsystem sind ein zweites Sperrventil zum Ablassen von über­ schüssigem Atemgas und eine Antriebseinheit mit einem veränderbaren Volumen vorgesehen, wobei die Antriebseinheit in rhythmischer Folge Atemgas zu der Lunge des Patienten fördert. Der zeitliche Ablauf der Beatmung wird von einer Steuereinheit festgelegt.

Durch eine entsprechende Ansteuerung der Sperrventile sind verschie­ dene Beatmungsformen realisierbar.

Ein sogenanntes geschlossenes Atemsystem liegt vor, wenn nur soviel Frischgas in das Atemsystem dosiert wird, wie von dem Patienten verbraucht wurde, während bei einem halbgeschlossenen Atemsystem mit einem Überschuß an Frischgas gearbeitet wird und nach jedem Atemzug das überschüssige Atemgas aus dem Atemsystem abgelassen wird.

Die Überwachung der Beatmung geschieht mit einem Drucksensor für den Beatmungsdruck und einem Strömungssensor, der das vom Patienten exspirierte Volumen mißt. Eine verbreitete Ausführungsform für den Strömungssensor beruht auf der Konstanttemperatur- Hitzdrahtanemometrie. Dieses Meßverfahren ist zum einen gasartabhängig, zum anderen muß ein Referenzwert für den Flow "Null" im Meßgerät vorliegen. Bezüglich der Korrektur des Gasarteinflusses sind Kompensationsverfahren bekannt, die in der Lage sind, binäre Gasgemische mit bekannten Komponenten wie z. B. Lachgas und Sauerstoff adäquat zu berücksichtigen. Diese Kompensationsverfahren sind aber nicht in der Lage, Gasgemische mit mehr als zwei Komponenten auszuwerten. Drei Komponenten Liegen beispielsweise vor, wenn zusätzlich zu Sauerstoff und Lachgas auch Narkosemittel in das Atemsystem dosiert wird. Der Einfluß des Narkosemittels auf die Strömungsmessung ist zu vernachlässigen, wenn niedrig zu dosierende Narkosemittel verwendet werden, bis zu Konzentrationen von etwa 4%.

Bei hochzudosierenden Narkosemitteln (bis zu 20%) ist hingegen eine Einschränkung in der Meßgenauigkeit des Strömungssensors zu erwarten.

Der Referenzwert für den Flow "Null" wird üblicherweise so gewonnen, daß die Antriebseinheit abgeschaltet und beim Stillstand des Atemgasstroms der Referenzwert gemessen wird. Es ist aber auch möglich, diesen Referenzwert während der Umschaltpause zwischen Inspiration und Exspiration zu bestimmen.

Aus der EP 264 554 B1 ist eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Gassensors bekannt, mit der, durch Umkehr der Reihenfolge der Durchströmung eines Narkosemittelverdunsters und des Gassensors, ein Abgleich des Gassensors mit reinem Trägergas möglich ist, ohne daß der Gasfluß durch die Dosiereinheit unterbrochen werden muß. Die bekannte Kalibriervorrichtung dient dazu, den Gassensor für eine Referenzmessung mit einem Gas zu beaufschlagen, welches die nachzuweisende Gaskomponente nicht enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der Kalibrierung eines Strömungssensors in einem Atem­ system zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1.

Der Vorteil der Erfindung liegt im wesentlichen darin, daß Atemgas aus dem geschlossenen Atemsystem mit der Antriebseinheit in vorgegebener Zeit-Volumen-Beziehung über den Strömungssensor gefördert wird und durch Vergleich des pro Zeiteinheit geförderten Volumens mit dem Meßsignal des Strömungssensors der Kalibrierwert für den Strömungssensor gebildet wird. Somit wird zur Kalibrierung des Strömungssensors das Atemgas in der Zusammensetzung verwendet, wie es sich gerade im Atemsystem befindet. Wegen des geschlossenen Atem­ systems kann kein Frischgas in das Atemsystem einströmen und kein Atemgas entweichen. Die Zeit-Volumen-Beziehung wird in der Steuer­ einheit festgelegt und an die Antriebseinheit weitergegeben. Auf diese Weise ist das Atemgasvolumen pro Zeiteinheit bekannt, das durch den Strömungssensor fließt. Die Bestimmung des Referenzwertes für den Flow-"Null"-Zustand wird in bekannter Weise durchgeführt, indem beispielsweise vor dem Einschalten der Antriebseinheit der Referenz­ wert bei ruhender Atemgasströmung mit dem Strömungssensor gemessen wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- Ansprüchen angegeben.

Es ist zweckmäßig, als Antriebseinheit eine Kolben-Zylindereinheit mit einem Antrieb zu verwenden, welche eine Wegmeßeinrichtung für den Kolbenhub besitzt. Mit dieser Ausführungsform ist eine genaue Weg- Volumen-Beziehung realisierbar. Der Zeitanteil kann in der Weise berücksichtigt werden, daß der Kolben mit definierter Geschwindigkeit, vor­ zugsweise konstanter Geschwindigkeit, zurückfährt. Durch die Richtungsventile im Atemsystem ist der Atemgasstrom so geführt, daß die Atemgasförderung durch den Strömungssensor in der Exspirationsphase erfolgt.

Es ist zweckmäßig, die Kalibrierung des Strömungssensors in periodischer Folge durchzuführen. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Anpassung der Strömungsmessung an die Gasartzusammensetzung des Atemgases möglich. Es ist aber auch möglich, bei plötzlicher Änderung der Gasartzusammensetzung, z. B. beim Übergang von der Einleitungsphase zur Erhaltungsphase der Narkose, einen Kalibrierzyklus durch die Steuereinheit auszulösen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Atemsystem 1, in welchem das Atemgas längs des Richtungspfeils 2 zirkuliert. An einem Frischgasanschluß 3 wird Frischgas über ein erstes Stellglied 4, dem ein Atembeutel 5 als Puffervolumen vorgeschaltet ist, in das Atemsystem 1 eingespeist. Ein erstes Richtungsventil 6 und ein zweites Richtungsventil 7 bestimmen die Fluß- Richtung des Atemgases zu einem Patienten 8 und zurück über einen Strömungssensor 9, der die Menge des ausgeatmeten Atemgases ermittelt. Mit einem Kohlendioxid-Absorber 10 wird das vom Patienten 8 ausgeatmete Kohlendioxid aus dem Atem­ gas entfernt. In Strömungsrichtung hinter dem zweiten Richtungs­ ventil 7 befindet sich ein zweites Stellglied 11, mit dem überschüssi­ ges Atemgas aus dem Atemkreislauf 1 über ein Rückschlagventil 12 abgelassen werden kann.

Die Förderung des Atemgases erfolgt mit einer Antriebseinheit 13, welche aus einer Kolben-Zylindereinheit 14 und einem Antrieb 15 besteht.

Die Auslenkung des Kolbens der Kolben-Zylindereinheit 14 wird mit einer Wegmeßeinrichtung 16 gemessen.

Die Ansteuerung der Stellglieder 4, 11 und des Antriebs 15 erfolgt über eine Steuereinheit 17, die die momentane Wegauslenkung der Kolben- Zylindereinheit 14 über die Wegmeßeinrichtung 16 erhält. Der Strömungs- Sensor 9 ist ebenfalls an die Steuereinheit 17 angeschlossen, und es werden die gemessenen Strömungswerte über eine Anzeigeeinheit 18 angezeigt.

Die Kalibrierung des Strömungssensors 9 wird folgendermaßen durch­ geführt:

Am Ende des Inspirationshubes befindet sich der Kolben der Kolben- Zylindereinheit 14 an seinem linken Anschlag, d. h. das Atemgas ist voll­ ständig in das Atemsystem 1 gefördert. Danach werden die Stellglieder 4, 11 geschlossen, so daß kein Frischgas in das Atemsystem 1 ein­ strömen kann und kein Atemgas über das Rückschlagventil 12 ent­ weicht. Als Referenzwert für den Strömungssensor 9 wird zunächst bei ruhender Atemgasströmung der Flow-"Null"-Wert gemessen. Danach wird der Kolben der Kolben-Zylindereinheit 14 in von der Steuereinheit 17 vorgegebener Weg-Volumen-Beziehung mit konstanter Geschwindigkeit zurückge­ fahren und das Atemgas über den Strömungssensor 9 gefördert. Durch Vergleich des von dem Strömungssensor 9 an die Steuer­ einheit 17 gelieferten Meßwertes mit der Weg-Volumen-Beziehung, wird der Kalibrierwert für den Strömungssensor 9 gebildet.

Um eine Anpassung der Kalibrierung an eine veränderte Gasartzu­ sammensetzung zu erhalten, ist es zweckmäßig, die Kalibrierung in periodischen Abständen zu wiederholen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Kalibrierung eines Strömungssensors (9) in einem Atemsystem, in welchem Stellglieder (4, 11) zur Einspeisung von frischem Atemgas und Ableitung von überschüssigem Atemgas, Richtungsventile zur Steuerung der Flußrichtung des Atemgases und eine Antriebseinheit (13) zur Förderung des Atemgases angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Schritte

• 1. die Stellglieder (4, 11) zu schließen, so daß kein frisches Atemgas in das Atemsystem einströmen und kein Atemgas entweichen kann,
• 2. bei ruhender Atemgasströmung einen Referenzwert mit dem Strömungssensor zu messen,
• 3. die Antriebseinheit (13) derart anzusteuern, daß das im Atemsystem befindliche Atemgas mit einer vorgegebenen Zeit-Volumen-Beziehung über den Strömungssensor (9) gefördert wird und
• 4. durch Vergleich der Zeit-Volumen-Beziehung mit dem Meßsignal des Strömungssensors (9) und mit dem Referenzwert einen Kalibrierwert für den Strömungssensor (9) zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, als Antriebseinheit eine Kolben-Zylindereinheit (14) mit einer Wegmeßeinrichtung (16) für den Kolbenhub zu verwenden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kalibrierung in periodischer Folge durchgeführt wird.