DE60213427T2

DE60213427T2 - Vorrichtung zur quantitativen analyse von atemgasen

Info

Publication number: DE60213427T2
Application number: DE60213427T
Authority: DE
Inventors: Anders Eckerbom
Original assignee: PHASE IN AB; PHASE-IN AB
Current assignee: PHASE IN AB; PHASE-IN AB
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: ATE333829T1; SE519779C2; US20040210152A1; WO2003017837A1; EP1420691A1; DE60213427D1; SE0102862D0; SE0102862L; EP1420691B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die quantitative Analyse von Beatmungsgasen, welche zu und von einem Patienten fließen, der mit einem Beatmungsgerät zur Unterstützung der Beatmung verbunden ist.
Im Zusammenhang mit einer Gasanalyse, welche in Verbindung mit der Beatmung durchgeführt wird, wird ein Unterschied zwischen zwei prinzipiellen Typen von Gasanalysatoren gemacht, d. h. zwischen Seitenstrommessungsanalysatoren und Hauptstrommessungsanalysatoren. Die Seitenstrommessungsanalysatoren entnehmen eine kleinere Strömungsprobe aus dem Beatmungskreislauf eines Patienten in ein in der Nähe befindliches Instrument, in welchem die aktuelle Gasanalyse stattfindet, wobei die Hauptströmungsmessungsanalysatoren die Gaskonzentrationen direkt im Beatmungskreislauf des Patienten berechnen. Der Hauptströmungsmessungsanalysator ist normalerweise aus Gründen der Genauigkeit so nahe wie möglich am Mund oder Rachen des Patienten angeordnet.
Die Hauptströmungsmessungsanalysatoren können weniger teuer, kleiner, Energie sparender und reaktiver als die Seitenströmungsmessungsanalysatoren hergestellt werden, da dem Bedarf für Handhabung der Strömungsproben (Pumpen, Schläuche etc.) entgegengewirkt wird. In der Folge werden die Hauptströmungsmessungsanalysatoren gegenüber den Seitenströmungsmessungsanalysatoren bevorzugt.
In der medizinischen Versorgung existieren gewisse Erfordernisse für Gasanalysen. Beispielsweise reicht es aus, das Atmen eines Patienten mit einer einfachen Kohlendioxidanalyse im Fall einer Notversorgung zu überwachen, wogegen es oft erwünscht ist, eine größere Anzahl von Patientengasen zu messen und zu überwachen, wie z. B. Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickoxid und ein oder mehrere der Anästhesiewirkstoffe Halothan, Enfluran, Isofluran, Sevofluran und Desfluran in Folge einer Patientenanästhesie.
Auf Grund der technischen Voraussetzungen war es schwierig, Hauptströmungsmessungsanalysatoren für Patientengas zu entwickeln, die nicht für Kohlendioxid bestimmt sind. Obwohl derartige Analysatoren insbesondere im Bereich der Notfallversorgung ein breites Spektrum gefunden haben, ergab sich die Verwendung von Seitenströmungsmessungsanalysatoren bei anderen Versorgungsfällen, wie z. B. Intensivversorgung und Anästhesie, beispielsweise auf Grund der auftretenden technischen Probleme.
Atmungsgase können gemäß verschiedener Messprinzipien analysiert werden. Das am ehesten übliche Verfahren der Gasanalyse funktioniert eben mittels der nicht-dispersiven Spektroskopie. Dieses Messprinzip basiert auf der Tatsache, dass viele Gase Infrarotenergie bei einer Wellenlänge absorbieren, welche für die betroffene Substanz typisch ist. Hauptstrommessungsgasanalysatoren auf der Basis der nicht-dispersiven Spektroskopie messen eine Lichtabsorption bei spezifischen Wellenlängen direkt in dem Kreislauf des Atmungsgases des Patienten. Eine von früher bekannte Konstruktion eines derartigen Gasanalysators ist beispielsweise in der WO 91/18279 A1 beschrieben. Im Fall dieses Gasanalysators kann ein Breitbandinfrarotlichtstrahl durch den Beatmungskreislauf des Patienten hindurchströmen. Der Lichtstrahl wird dann von einem Strahlenteiler in zwei Strahlen geteilt, welche von zwei getrennten Detektoren registriert werden, welche mit optischen Bandpassfiltern versehen sind, welche zueinander unterschiedliche Zentralwellenlängen haben. Ein Detektor wird verwendet, um die Intensität des Lichtstrahls bei der Absorptionswellenlänge der Analysesubstanz zu berechnen, wogegen der andere Detektor eingesetzt wird, um eine Messung der Referenzintensität des Lichtstrahls bei einer Wellenlänge unterschiedlich von der Absorptionswellenlänge der analysierten Substanz zu berechnen. Dieser Typ Gasanalysator ist für die Analyse von einzelnen Gasen, wie beispielsweise Kohlendioxid gut eingeführt. Intensitätsverluste in dem Strahlenteiler und die Größe des Strahlenteilers lassen diesen Analysatortyp jedoch für eine Multigasanalyse auf der Basis der Hauptströmung unzweckmäßig erscheinen.
Unvorteilhafterweise zeigt Sauerstoffgas keine markante Absorption innerhalb des infraroten Bereichs, und in Bezug auf eine Sauerstoffgasanalyse gibt es normalerweise eingesetzte Brennstoffzellen oder Analysatoren, welche die paramagnetischen Eigenschaften von Sauerstoffgas ausnützen. Diese letztgenannten Lösungen sind sehr stoßempfindlich, was sie für eine Hauptstrommesungssanalyse ungeeignet macht.
Brennstoffzellen bestehen aus einer Goldkathode und einer Bleianode, welche von einem Elektrolyt umgeben sind, welcher durch eine Membran, durch welche Sauerstoffgas in die Zelle diffundiert geschützt sind. Der von der Zelle generierte Strom ist direkt proportional zu dem Partialdruck des Sauerstoffgases. Die Reaktionszeit der Zelle hängt von der Konstruktion der Membran und ihrer Dicke und auch von dem Ausmaß ab, zu welchem die Gasmenge in nächster Nähe zur Membran vorliegen darf. Reaktionszeiten liegen jedoch normalerweise in der Größe von einer bis zehn Sekunden. Reaktionszeiten einer derartig langen Dauer machten es schwierig, Brennstoffzellen zur Registrierung von Sauerstoffgas einzusetzen, welches während einer Hauptstrommessungsgasanalyse gelöst wird.
Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Anordnung vorzuschlagen, mit welcher Atmungsgase bei ein und dem selben Messvorgang mittels nicht-dispersiver Spektroskopie gemessen und wirksam analysiert werden können und, wobei zur selben Zeit auch Sauerstoffgas gemessen und analysiert wird.
Die Aufgabe wird gelöst, mit einem Gasanalysator, der einen Adapter aufweist, welcher einen Verbinder für eine Verbindung mit einem Beatmungsgerät aufweist, und einen Verbinder zur Verbindung eines Schlauchs, welcher zu dem Patienten führt, aufweist, wobei der Adapter eine Messkopfverbindung zwischen dem Verbinder des Beatmungsgeräts und dem Verbinder zur Verbindung des Patientenschlauchs aufweist, wobei die Messkopfverbindung zwei Fenster aufweist, durch welche Lichtstrahlen von dem Messkopf hindurchgehen können, und wobei erfindungsgemäß der Adapter auch eine Verbindung für eine Brennstoffzelle für eine Sauerstoffgasanalyse aufweist.
Gemäß besonderer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gasanalysators ist der Analysator so konstruiert, dass er eingesetzt werden kann, um das Beatmungsgas anzufeuchten, oder er ist mit einem Bakterienfilter zum Verhindern einer Kontamination des Analysators ausgerüstet.
Die Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme eines nichteinschränkenden Ausführungsbeispiels hiervon und auch unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem zugeordneten Messkopf.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindung eines Patienten mit einem Beatmungsgerät unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Adapters gemäß der Erfindung.
1 zeigt einen Gasanalysator, welcher gemäß der Erfindung konstruiert ist und einen Adapter 1 und einen zugeordneten Messkopf 2 aufweist. Der Adapter 1 hat im Wesentlichen die Form eines länglichen Rohres, welches beispielsweise aus Kunststoffinaterial hergestellt ist. Der Adapter 1 hat an einem Ende einen Verbinder 3 für einen Schlauch, welcher zu dem Patienten führt. Das andere Ende des Adapters trägt einen Adapter 4 für ein Beatmungsgerät oder dergleichen. Zwischen den beiden Verbindern 3 und 4 des Adapters 1 ist ein Zentralabschnitt 5 angeordnet, der dafür vorgesehen ist, den Messkopf zu tragen. Zu diesem Zweck trägt der Zentralabschnitt 5 zwei zueinander gegenüberliegend angeordnete ebene Oberflächen 6, von denen jede ein entsprechendes Fenster 7, welches aus einem transparenten Film besteht, aufweist.
Der Messkopf 2 hat eine Zentralöffnung 8, welche sich von einer Seite des Messkopfs so erstreckt, um den Messkopf so konditionieren, dass er über den Zentralabschnitt 5 des Adapters geschoben werden kann. Zu diesem Zweck ist die Öffnung mit zwei gegenüber liegenden, im Wesentlichen ebenen und zueinander parallelen Oberflächen 9 versehen, welche nach innen zu der Öffnung zeigen. Entsprechende ebene Oberflächen 9 auf dem Messkopf 2 sind mit einem Lichttransmitter und einem Lichtempfänger 10 zum Übertragen und Empfangen von Infrarotlicht versehen. Der Lichttransmitter und der Lichtempfänger sind über ein Signalkabel 11 mit einem Messinstrument verbunden, welches die von dem Empfänger erhaltenen Signale analysiert. Die ebenen Oberflächen 9 auf dem Messkopf 2 und die ebenen Seiten 6 des Zentralabschnitts 5 des Adapters 1 sind entsprechend konstruiert und dimensioniert, sodass das Messinstrument 2 exakt positioniert ist, wenn es auf dem Adapter 1 montiert ist, sodass von dem Transmitter 10 emittiertes Licht durch den Zentralabschitt 5 des Adapters und durch dessen Fenster 7 hindurchgehen kann und den Lichtempfänger erreichen kann, ohne durch irgendetwas anderes beeinflusst zu werden, als das, was durch das Innere des Zentralabschnitts 5 des Adapters hindurchgeht.
Wie oben erwähnt wurde, wird in dem Zentralabschnitt 5 des Adapters eine Brennstoffzelle zum Messen des Sauerstoffgasgehalts der ausgeatmeten Luft eingesetzt. Zu diesem Zweck ist eine Verbindung 16, mit der eine derartige Brennstoffzelle 18 verbunden werden kann, auf einer Seite des Zentralabschnitts 5 vorgesehen, welche kein Fenster 7 aufweist.
2 zeigt einen Patienten, welcher mit einem Beatmungsgerät mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung verbunden ist. Man erkennt, dass Beatmungsschläuche 12 mit dem Adapterverbinder 4 verbunden sind, und dass ein Patientenschlauch 13 von dem zweiten Adapterverbinder 3 mit dem Patienten verbunden ist.
3 zeigt, wie eine Brennstoffzelle, welche mit einer O-Ring-Dichtung 19 versehen ist, an dem Zentralabschnitt 5 eines Adapters befestigt werden kann. In dieser Fig. ist ebenso der innere Kanal 20 in dem Zentralabschnitt 5 dargestellt, durch welchen die Beatmungsgase zu und von dem Patienten strömen. Der innere Kanal kann in geeigneter Weise in einer Strömungsausrichtungseinrichtung 21 zum Leiten eines Teils des Beatmungsgases zu der Brennstoffzelle 18 geleitet werden, um hierdurch die Übergangsfunktion des Sauerstoffgasmessvorgangs zu vermindern.
Wie in 1 zu erkennen ist, hat der Adapter 1 auch einen passiven Beatmungsbefeuchter oder Atembefeuchter 14, zwischen seinem Zentralabschnitt 5, welcher die ebenen Seiten 6 zur Aufnahme des Messkopfs und die Fenster 7 auf den ebenen Oberflächen, und die Verbindung 3 zur Verbindung des Adapters mit dem Schlauch zum Patienten aufweist. Dieser passive Befeuchtet kann ein sogenannter HCH, Hygroscopic Condensation Humidifier (Hygroskopischer Kondensationsbefeuchter), oder ein HME, Heat Moisture Exchanger (Wärme-Feuchtigkeits-Austauscher), der Art sein, welche üblicherweise bei der Beatmung eingesetzt wird. Diese Vorrichtungen befeuchten die Beatmungsgase durch Aufnahme von Feuchtigkeit und bis zu einem bestimmten Grad auch von Wärme, wenn der Patient ausatmet und geben dann die Feuchtigkeit der Beatmungsluft zurück, wenn der Patient einatmet. Da der passive Beatmungsbefeuchter 14 zwischen dem Verbinder 3 des Patientenschlauchs und dem Zentralabschnitt 5 des Adapters angeordnet ist, werden die Beatmungsgase entfeuchtet, wenn sie in den Zentralabschnitt gelangen, in dem die Fenster 7 angeordnet sind, wodurch das Auftreten von Kondensation auf den Fenstern verhindert wird und ermöglicht wird, dass das Ausatmungsgas, welches durch den Zentralabschnitt 5 strömt, in bekannter Art und Weise mit Hilfe des Messkopfs 2 analysiert wird. Der passive Befeuchtet 14 wird in dem Adapter in Form einer Einlage oder einer Rolle plaziert, welche mit einem hygroskopischen Salz imprägniert sind, und durch das offene Ende des Verbinders 3 eingesetzt.
Zusätzlich zu dem Befeuchter 14 kann der Adapter 1 auch einen Bakterienfilter 15 aufweisen, welcher zwischen dem Befeuchter 14 und dem Zentralabschnitt 5 angeordnet ist. Der Filter 15 ermöglicht es, Bakterien aus dem Ausatmungsgas zu entfernen, sodass z. B. die Sauer stoffkonzentration mit Hilfe einer Brennstoffzelle ohne die Gefahr einer Kreuzkontamination zwischen verschiedenen Patienten gemessen werden kann.
Als Alternative zu dem Bakterienfilter in der Hauptströmung des Adapters 1, wie oben beschrieben wurde, kann die Verbindung 16 mit einem separaten Bakterienfilter 17 beispielsweise in Form einer Membran als Schutz gegen eine Kreuzkontamination vorgesehen werden.
Als eine weitere Maßnahme gegen Kreuzkontamination kann ein Bakterienfilter in der Hauptströmung zwischen der Patientenverbindung 3 und dem Zentralabschnitt 5 des Adapters und auch in der Brennstoffzellenverbindung 16 vorgesehen werden.
Der erfindungsgemäße Adapter kann in geeigneter Weise aus Kunststoffinaterial spritzgegossen werden und demnach für eine Einmalverwendung bei relativ niedrigen Kosten hergestellt werden. Das Messkopfgehäuse kann ebenfalls aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden, jedoch nicht für eine Einmalverwendung, da der Messkopf zusammen mit dem Messinstrument verwendet wird und von den Beatmungsgasen nicht beeinflusst oder kontaminiert wird.

Claims

Vorrichtung für die quantitative Analyse von Atemgasen, welche zu und von einem Patienten strömen, welcher mit einem Beatmungsgerät zur Unterstützung der Beatmung verbunden ist, wobei die Vorrichtung einen Adapter (1) mit einem Verbinder (4) zur Verbindung mit einem Beatmungsgerät aufweist, und einen Verbinder (3) zur Verbindung mit einem Schlauch (13), welcher zu dem Patienten führt aufweist, wobei eine Verbindung für einen Messkopf (2) für einen Gasanalysator in dem Adapter (1) zwischen den Verbinder (4) des Beatmungsgeräts und dem Verbinder (3) zur Verbindung des Schlauches mit dem Patienten vorgesehen ist, wobei die Verbindung für den Messkopf zwei Fenster (7) aufweist, durch welche Lichtstrahlen von dem Messkopf (2) hindurchgehen können, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (1) auch eine Verbindung (16) für eine Betriebsstoffzelle (18) zum Messen des Sauerstoffgasgehalts der Beatmungsgase aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Messkopfes (2) zwei einander gegenüberliegende ebene Seiten (6) aufweist, in welchen die Fenster (7) angeordnet sind, und dass der Messkopf (2) eine Zentralöffnung (8) aufweist, welche zwei zueinander ebene Flächen (9) aufweist zur dichtenden Befestigung des Messkopfes über den ebenen Seiten (6) der Verbindung.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (1) eine Strömungsorientierungseinrichtung (21) zum Leiten eines Teils der Beatmungsgase zu der Betriebsstoffzelle (18) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter einen passiven Beatmungsgasbefeuchter (14) zwischen dem Verbinder (4) des Beatmungsgeräts und den Verbindern zur Verbindung der Schläuche mit dem Patienten aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter einen Bakterienfilter (15; 17) zum Schutz der Betriebsstoffzelle (18) vor Bakterien, welche sich in den Beatmungsgasen befinden, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bakterienfilter (15) in dem Adapter (1) zwischen den Verbindern (3) zur Verbindung der Schläuche mit dem Patienten und der Verbindung (2) des Messkopfes angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bakterienfilter (17) an der Verbindung (16) der Betriebsstoffzelle angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (1) aus einem Kunststoffmaterial spritzgegossen ist.