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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.
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Im
Zusammenhang mit einer Gasanalyse, welche in Verbindung mit der
Beatmung durchgeführt wird,
wird zwischen zwei prinzipiellen Typen von Gasanalysatoren unterschieden,
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 am Rachen des Patienten angeordnet.
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Die
Hauptströmungsmessungsanalysatoren können billiger,
kleiner, energiesparender 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.
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In
der medizinischen Versorgung existieren verschiedene Erfordernisse
für Gasanalysen.
Beispielsweise reicht es aus, das Atmen eines Patienten im Fall
einer Notversorgung mit einer einfachen Kohlendioxidanalyse zu überwachen,
wogegen es oft erwünscht
ist eine größere Anzahl
von Patientengasen wie zum Beispiel Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickoxid und
einen oder mehrere der Anästhesiewirkstoffe Halothan,
Enfluran, Isofluran, Sevofluran und Desfluran im Fall einer Patientenanästhesie
zu messen und zu überwachen.
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Auf
Grund der technischen Vorraussetzungen 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
bei der Verwendung von Seitenströmungsmessungsanalysatoren
bei anderen Versorgungsfällen, wie
z. B. Intensivversorgung und Anästhesie,
auf Grund der auftretenden technischen Probleme, welche hauptsächlich im
Zusammenhang mit Feuchtigkeit und Bakterien in dem Beatmungskreislauf
des Patienten auftreten.
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Beatmungsgase
können
nach verschiedenen Messprinzipien analysiert werden. Das am ehesten übliche Verfahren
der Gasanalyse funktioniert jedoch 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. Hauptstrommessungsanalysatoren 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 hindurch strömen. 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 Reverenzintensität 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.
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Unvorteilhafterweise
zeigt Sauerstoffgas keine markante Absorption innerhalb des infraroten
Bereichs, und in Bezug auf eine Sauerstoffgasanalyse werden normalerweise
Brennstoffzellen oder Analysatoren eingesetzt, welche die paramagnetischen
Eigenschaften von Sauerstoffgas ausnützen. Diese letztgenannten
Lösungen
sind sehr stoßempfindlich, was
sie für
eine Hauptstrommessungsanalyse ungeeignet macht.
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Brennstoffzellen
bestehen aus einer Goldkathode und einer Bleikathode, 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 des 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 derart langen Dauer machen
es schwierig, Brennstoffzellen zur Registrierung von Sauerstoffgas
einzusetzen, welches während
einer Hauptstrommessungsanalyse gelöst wird.
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In
der GB-A-2 287 655, 3 ist ein Teil einer Brennstoffzelle
zwischen einem Mundstück
für einen
Patienten und einem Beatmungsgerät
angeordnet, der Rest der Brennstoffzelle ist über ein Kabel angeschlossen.
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Die
US-A-6 003 511 zeigt den Einsatz eines Bakterienfilters vor weiter
nicht spezifizierten Funktionsvorrichtungen.
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Anordnung
vorzuschlagen, mit welcher die zuvor diskutierten Probleme vermieden
werden können
und welche es ermöglicht,
dass Brennstoffzellen zum Messen von Sauerstoffgasgehalten auch
in Gasanalysatoren nach dem Hauptstrommessungsprinzip eingesetzt
werden.
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Die
zuvor genannte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst mit einem
Gasanalysator, welcher einen Adapter aufweist, welcher Verbinder zur
Verbindung mit einem Beatmungsgerät oder dergleichen aufweist
und Verbinder zur Verbindung mit einem Schlauch, welcher zu dem
Patienten führt
aufweist, wobei der Adapter eine Brennstoffzelle und einen Messkopf
für einen
Gasanalysator zwischen dem Verbinder des Beatmungsgeräts und dem
Verbinder zur Verbindung von Schläuchen mit dem Patienten aufweist,
und wobei der Adapter auch mit einem Bakterienfilter zum Schutz
der Brennstoffzelle vor Bakterien in den Beatmungsgasen versehen
ist.
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Die
Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf
ein nicht-ein schränkendes
Ausführungsbeispiel
hiervon und auch unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben.
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1 zeigt
eine perspektifische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem zugeordneten
Messkopf.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Verbindung eines Patienten mit
einem Beatmungsgerät
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung.
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3 zeigt
eine schematische Schnittansicht eines Adapters gemäß der Erfindung.
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Demnach
zeigt 1 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 Kunststoffmaterial 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 Verbinder 4 für
ein Beatmungsgerät
oder dergleichen. Zwischen den beiden Verbindern 3, 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.
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Der
Messkopf 2 hat eine Zentralöffnung 8, welche sich
von einer Seite des Messkopfs so erstreckt, um den Messkopf zu konditionieren,
dass er über
den Zentralabschnitt 5 des Adapters geschoben werden kann.
Zu diesem Zweck ist die Öffnung
mit zwei gegenüberliegenden
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 Zentralabschnitt 5 des Adapters und durch
dessen Fenster 7 hindurch gehen und den Lichtempfänger erreichen
kann, ohne durch irgendetwas anderes beeinflusst zu werden, als
das, was durch das Innere des Zentralabschnitts 5 des Adapters
hindurch geht.
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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 aufweist
und der Verbindung 3 zur Verbindung des Adapters mit dem
Schlauch, welcher zum Patienten führt. Dieser passive Befeuchter
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 gewissen
Grade auch von Wärme,
wenn der Patient ausatmet und geben die Feuchtigkeit dann der Beatmungsluft
zurück,
wenn der Patient einatmet. Da der passive Beatmungsbefeuchter 14 zwischen
dem Verbinder 3 des Patientenschlauches 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
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 Befeuchter 14 wird in dem Adapter in Form einer
Einlage oder einer Rolle platziert, welche mit einem hygroskopischen
Salz imprägniert
sind, und durch das offene Ende des Verbinders 3 eingesetzt.
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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 Sauerstoffkonzentration
mit Hilfe einer Brennstoffzelle ohne die Gefahr einer Kreuzkontamination
zwischen verschiedenen Patienten gemessen werden kann.
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Wie
oben erwähnt
wurde kann eine Brennstoffzelle in dem Zentralabschnitt 5 des
Adapters zur Messung der Sauerstoffgaskonzentration des Ausatmungsgases
verwendet werden. Zu diesem Zweck kann eine Verbindung 16,
mit der eine Brennstoffzelle verbunden ist in einer Seitenwand des
Zentralabschnitts 5, welche kein Fenster 7 hat,
vorgesehen werden.
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2 zeigt
einen Patienten, welcher mit einem Beatmungsgerät unter Zuhilfenahme einer
Anordnung gemäß der Erfindung
verbunden ist. Die Zeichnung zeigt, dass die Beatmungs schläuche 12 mit
der Adapterverbindung 4 verbunden sind, und dass ein von
der Adapterverbindung 3 ausgehender Patientenschlauch 13 mit
dem Patienten verbunden ist.
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3 zeigt,
wie eine Brennstoffzelle 18, welche mit O-Ringen 19 versehen
ist, an dem Zentralabschnitt 5 eines Adapters befestigt
werden kann. In dieser Figur ist auch 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 der Beatmungsgase zu der Brennstoffzelle 18 geleitet
werden, um hierdurch die Übergangsfunktion des
Sauerstoffgasmessvorgangs zu vermindern.
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Als
Alternative für
den Bakterienfilter in der Hauptströmung des Adapters 1 wie
oben beschrieben kann der Verbinder 16 auch mit einem separaten Bakterienfilter 17 beispielsweise
in Form einer Membran, als Schutz gegen eine Kreuzkontamination
versehen werden.
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Als
eine weitere Maßnahme
gegen eine Kreuzkontamination kann ein Bakterienfilter im Hauptstrom
zwischen dem Patientenverbinder 3 und dem Zentralabschnitt 5 des
Adapters und auch in dem Verbinder 16 der Brennstoffzelle
angeordnet werden.
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Der
erfindungsgemäße Adapter
kann in geeigneter Weise aus Kunststoffmaterial 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.