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Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Beatmungs-/Narkosesystem mit einer Beatmungs-/Narkoseeinheit, einer
Inspirationsleitung zum Leiten eines Atemgases von der Beatmungs-
/Narkoseeinheit zu einem Patienten, einer Exspirationsleitung
zum Leiten des ausgeatmeten Atemgases von dem Patienten zu
der Beatmungs-/Narkoseeinheit, einer Patientenleitung, die
mit der Inspirationsleitung und der Exspirationsleitung
verbunden und mit den Luftwegen des Patienten verbindbar ist,
einem zum Messen des Flusses ausgeatmeten Gases vorgesehenen
Flussmesser, einem Kohlendioxidmesser zum Messen der
Konzentration von Kohlendioxid in ausgeatmetem Atemgas und einer
Berechnungseinheit, die mit dem Kohlendioxidmesser und dem
Flussmesser verbunden ist, um zumindest einen mit der
Kohlendioxidproduktion des Patienten in Verbindung stehenden
Parameter zu bestimmen.
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Beatmungssysteme werden normalerweise zur Unterstützung oder
Steuerung der Atmung eines Patienten mit Atemproblemen oder
eines, der nicht in der Lage ist, ohne Hilfe zu atmen,
verwendet. Die Probleme können durch Lungenkrankheit oder
Beschädigung der Lunge verursacht sein. Narkosesysteme werden
zum Betäuben von Patienten im Zusammenhang mit Operationen
verwendet. Bei beiden Systemen ist es wichtig, irgendein Maß
der Effektivität der Beatmung des Patienten zu erhalten.
Information darüber, ob das Blut des Patienten bis zu einem
genügenden Grad mit Sauerstoff angereichert wird, ist besonders
wichtig. Ein besonders nützliches Vorgehen in diesem
Zusammenhang besteht darin, einen mit der Kohlendioxidproduktion
des Patienten in Verbindung stehenden Parameter zu studieren.
Ein solcher Parameter ist die Endtidalkonzentration, d. h. die
Kohlendioxidkonzentration in dem Gas, das zum Schluss bei
einer Exspiration von dem Patienten ausgeatmet wird. Die
Endtidalkonzentration von Kohlendioxid ist indikativ für den arteriellen
Blutgasdruck und zeigt dadurch, ob der Patient
korrekt beatmet worden ist oder nicht. Ein anderer mit der
Kohlendioxidproduktion in Verbindung stehender Parameter ist die
Minutenproduktion von Kohlendioxid, die normalerweise in
einem ausgeatmeten Volumen von Kohlendioxid pro Minute
angegeben wird. Dieser Parameter ist indikativ für den allgemeinen
Metabolismus des Patienten. Andere für die Effektivität der
Beatmung indikative Parameter sind ebenfalls wohlbekannt.
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Ein bekannter Kohlendioxidanalysator ist in der
Bedienungseinleitung für den CO&sub2;-Analysator 930, AG 0291 2.5, Juli
1981, Siemens-Elema AB beschrieben. Der bekannte
Kohlendioxidanalysator ist mit einer Küvette an dem Y-Stück des mit
dem Patienten verbundenen Schlauchsystems verbunden.
Kohlendioxid wird unter Verwendung konventioneller
IR-Spektrophotometrie gemessen. Der Analysator weist eine Lichtquelle,
ein Filter und einen Detektor auf. Das Filter lässt Licht bei
Wellenlängen hindurch, bei denen Kohlendioxid das Licht
absorbiert. Da der Analysator in dem Y-Stück angebracht ist,
strömt Gas in zwei Richtungen durch die Gasküvette, d. h.
während der Inspiration, wenn frisches Gas von der
Beatmungseinheit zu dem Patienten geleitet wird, und während der
Exspiration, wenn Gas von dem Patienten in einer Exspirationsleitung
zu der Beatmungseinheit zurückgeleitet wird. Am Ende der
Inspirationsphase wird der Kohlendioxidanalysator auf Null
zurückgesetzt, um ein Referenzniveau von 0% Kohlendioxid zu
erhalten. Das Nullsetzen ist bei dieser Art von Analysator
notwendig, da das Detektorsignal ansonsten fehlerhafte Werte
für die Kohlendioxidkonzentration erzeugen würde. Die
Anordnung des Analysators an dem Y-Stück macht es erforderlich,
ihn nahe am Patienten anzuordnen, da er aber während des
Betriebs Wärme erzeugt, darf er nicht mit der Haut des
Patienten in Kontakt kommen. Ein Wärmeschild wird auch oft benutzt,
um den Patienten zusätzlich vor dem heißen Analysator zu
schützen. Zusätzlich zur Wärmeerzeugung sind andere Probleme
mit dieser Anordnung für einen Kohlendioxidanalysator
verbunden. Wie oben angegeben, wird der Analysator in der Endphase
der Inspiration auf Null zurückgesetzt. Das dem Patienten
zugeführte Gas ist normalerweise trocken und der Nullwert für
Kohlendioxid ist daher der für trockene Luft. Bevor das Gas
den Patientenlungen zugeführt wird, kann es einen Befeuchter
passieren, der das Gas anfeuchtet. Unabhängig davon, ob ein
Befeuchter verwendet wird oder nicht, ist das von dem
Patienten ausgeatmete Gas mit Wasser gesättigt. Von dem Patienten
ausgeatmetes Gas kann auch Sekrete usw. enthalten. Abgesehen
davon, dass die Kohlendioxidkonzentration daher von mit
Feuchtigkeit gesättigtem Gas gemessen wird, was zur
Bestimmung der Kohlendioxidkonzentration eine Korrektur
erforderlich macht, besteht das Risiko, das ein Niederschlag von
Kondensation oder Sekret an dem Fenster der Küvette oder irgend
etwas anderes den Lichtstrahl daran hindert, unbeeinflusst
die Küvette zu passieren. Die Vergrößerung des gemeinsamen
Schlauches für Inspiration und Exspiration erhöht auch das
Totvolumen.
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Ein anderes Problem, das auch auftreten könnte, wenn der
Kohlendioxidmesser in einem Narkosesystem verwendet wird,
besteht darin, dass bestimmte Narkosevorrichtungen mit
geschlossenen Systemen arbeiten, die ausgeatmetes Gas erneut
verwenden. Kohlendioxid wird zugegebenermaßen von dem Gas
entfernt, bevor es zu dem Patienten zurückgeleitet wird,
jedoch könnte eingeatmetes Gas immer noch kleine Mengen von
Kohlendioxid enthalten und der Kohlendioxidanalysator könnte
daher auf Null zurückgesetzt werden, wenn die Konzentration
tatsächlich größer als Null ist. Das würde selbstverständlich
auch auftreten bei Beatmungssystemen, wenn normale Luft dem
Patienten über das Beatmungssystem zugeführt wird. In der
Praxis plaziert jeder Hersteller den Kohlendioxidmesser
prinzipiell dicht an dem Patienten, um den bestmöglichen Messwert
für die Endtidalkonzentration zu erhalten. Die technische
Entwicklung ist dementsprechend dahingegangen, die
Kohlendioxidanalysatoren zu minimieren und zu vereinfachen, ohne die
Genauigkeit zu beeinflussen, um die Größe der Ausrüstung, die
nahe dem Patienten plaziert werden soll, zu minimieren.
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Bei der Bestimmung einer Mehrzahl der Parameter wie z. B. des
Volumens ausgeatmeten Kohlendioxids, der Minutenproduktion
von Kohlendioxid usw. wird auch der Atemgasfluss gemessen.
Das wird normalerweise mit einem in der Beatmungs-
/Narkoseeinheit angeordneten Flussmesser durchgeführt. Jedoch
können Druckänderungen in der Exspirationsleitung eine
Kompression des Volumens verursachen und der gemessene Fluss
wird dann nicht mit dem Ausatmungsfluss des Patienten
korrespondieren. Fehler entstehen auch bei der Berechnung der
Parameter.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Beatmungs-/Anästhesiesystem zu erzeugen, in dem genaue Messungen
von Parametern, die mit der Kohlendioxidproduktion des
Patienten in Beziehung stehen, durchgeführt werden können
gleichzeitig damit, dass die oben angegebenen Probleme überwunden
werden.
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Ein derartiges Beatmungs/Narkosesystem wird gemäß der
Erfindung dadurch erzielt, dass der Kohlendioxidmesser ausgebildet
ist, um ein Messsignal und ein Referenzsignal zu erzeugen,
wobei die Kohlendioxidkonzentration dann aus dem Verhältnis
zwischen dem Messsignal und dem Referenzsignal bestimmbar
ist, der Kohlendioxidmesser hinter der Patientenleitung nahe
dem Flussmesser angeordnet ist, um die Konzentration von
Kohlendioxid in ausgeatmetem Atemgas zu messen, und die
Berechnungseinheit angepasst ist, um den Parameter aus für den
Fluss und die Kohlendioxidkonzentration gemessenen Werten in
zumindest zwei Atemzyklen zu bestimmen.
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Die US 4 619 269 offenbart ein Beatmungssystem zur
Überwachung von Atemgasen mit einem Kohlendioxidmesser, der in zwei
Punkten kalibriert wird. Eine derartige Zweipunktkalibrierung
ist nicht notwendig mit Kohlendioxidmessern, die ein
Referenzsignal und ein Messsignal verwenden.
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Kohlendioxidmesser, die ein Messsignal und ein Referenzsignal
erzeugen, sind wohlbekannt. Sie können z. B. so konstruiert
sein, dass ein Filterrad rotiert und alternierend
verschiedene Filter in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle und
dem Lichtdetektor plaziert. Ein Filter lässt dann eine
Lichtwellenlänge durch, bei der Kohlendioxid Licht absorbiert,
und ein anderes Filter lässt eine Wellenlänge durch, bei der
Kohlendioxid kein Licht absorbiert. Alternativ kann die
Anzahl der Lichtdetektoren verdoppelt werden und ein festes
Filter vor dem jeweiligen Detektor angeordnet sein, wobei
jedes Filter eine spezifische Wellenlänge hindurchlässt. Ein
Kohlendioxidmesser entsprechend letzterer Ausführung ist in
der EP-A-0 584 519 offenbart. Beide Typen von
Kohlendioxidmessern haben den Vorteil, dass sie nicht periodisch auf Null
zurückgesetzt werden müssen, da sie ein Referenzsignal bei
einer Wellenlänge erzeugen, bei der Kohlendioxid kein Licht
absorbiert. Das ist notwendig, um den nächsten Schritt der
Erfindung, nämlich den Kohlendioxidmesser von dem Y-Stück zu
dem Flussmesser selbst zu verschieben, durchführen zu können.
Das bedeutet, dass alle die zusätzliche Ausrüstung, die mit
der Kohlendioxidmessung in Beziehung steht, von dem Patienten
wegbewegt wird, wodurch die Arbeit für das Personal um den
Patienten herum wesentlich vereinfacht wird. Das Totvolumen
wird auch abnehmen. Die Messinstrumente können auf
verschiedenen Weisen angeordnet sein. Sowohl der Flussmesser als auch
der Kohlendioxidmesser können vorteilhafterweise innerhalb
der Beatmungs-/Narkoseeinheit angeordnet sein. Ein weiterer
Vorteil der neuen Plazierung des Kohlendioxidmessers besteht
darin, dass der Einfluss, den die mit Feuchtigkeit oder
irgendeinem Sekret behaftete ausgeatmete Luft des Patienten auf
die Messung ausübt, reduziert wird. Sekrete werden in einem
speziellen Behälter nahe dem Patienten gesammelt und
ausgeatmetes Gas kann zu einem größerem oder kleinerem Grad
getrocknet werden, bevor es den Kohlendioxidmesser und den
Flussmesser erreicht. Zusätzlich wird das Verhindern von Kondensation
usw. an den Fenstern der Messküvette vereinfacht, da der
Kohlendioxidmesser einfach in seiner neuen Lage auf eine viel
höhere Temperatur aufgeheizt werden kann, als es von dem
Sicherheitsstandpunkt aus akzeptabel ist, wenn er an dem Y-
Stück plaziert wäre.
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Das Verschieben des Kohlendioxidmessers von dem Y-Stück nahe
dem Patienten in eine Lage nahe an oder innerhalb der
Beatmungs-/Narkoseeinheit mag wie eine relativ einfache Maßnahme
aussehen, da die Plazierung nahe dem Patienten einige
Probleme verursacht. Es gibt jedoch eine Reihe von Gründen, warum
das bisher nicht möglich war. Als erstes ist die
Endtidalkonzentration von Kohlendioxid oft als einer der wichtigsten
Kohlendioxidparameter zitiert worden. Zur korrekten Messung
dieses Parameters muss die Messung so dicht wie möglich an
der Lunge durchgeführt werden. Es muss auch daran erinnert
werden, dass ausgeatmetes Gas das gesamte Y-Stück und die
Exspirationsleitung während der Exspiration wie eine Gassäule
füllt. Die Gasdiffusion zwischen den Atemzügen löscht die
scharfen Grenzen am Anfang und Ende dieser Gassäule aus. Mit
einem System, das kontinuierlich vorbeiströmendes Gas
verwendet, d. h. Bypassfluss, wird in der Tat das in der
Patientenleitung und Exspirationsleitung vorhandene Gas weggeleitet,
es mischt sich aber dann mit vorbeiströmenden Gas, was sonst
nicht geschieht in dem gemeinsamen Teil des Y-Stücks.
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Das macht es daher unmöglich, die Endtidalkonzentration des
Kohlendioxids in ein und demselben Atemzug zu messen, wenn
die Lage des Kohlendioxidmessers geändert worden ist. Damit
wird deutliche, dass eine derartige Veränderung der Lage des
Kohlendioxidmeters keinesfalls selbstverständlich ist. Daher
war ein anderes Verfahren zur Berechnung der Parameter durch
die Berechnungseinheit und die Extahierung derselben aus den
Messwerten erforderlich. Die Erfindung erzielt das dadurch,
dass die Berechnungseinheit ausgebildet ist, um die Parameter
aus Werten zu berechnen, die für Fluss und
Kohlendioxidkonzentration in zumindest zwei Atemzyklen gemessen wurden. Wenn
das Gasvolumen in der Exspirationsleitung und dem Y-Stück und
die Verzögerung bis zur Kohlendioxidmessung bekannt sind,
kann die Diffusion in der Gassäule bestimmt werden und die
Parameter können korrigiert werden. Es sollte betont werden,
dass die kontinuierliche Messung während zweier Atemzyklen
für die Bestimmung der Parameter nicht nötig ist. Die Messung
während Teilen der Zyklen reicht vollständig aus. Messungen
während der Messperioden können auf bekannte Art durchgeführt
werden, z. B. analoge (kontinuierliche) Messung oder digitale
Messung (mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz).
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Ein empfindlicherer Kohlendioxidmesser kann verwendet werden,
wenn der Kohlendioxidmesser innerhalb der Beatmungs-
/Narkoseeinheit angeordnet ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Berechnungseinheit einen
Integrator aufweist und wenn die Berechnungseinheit angepasst
ist, um ein Minutenvolumen für Kohlendioxid aus dem Integral
des Produktes der/des gemessenen Kohlendioxidkonzentration
und Flusses zu bestimmen. Verglichen mit früheren bekannten
Kohlendioxidmessern und -ausrüstungen kann ein direktes
Produkt der Kohlendioxidkonzentration und des Flusses mit einem
System gemäß der Erfindung gebildet werden. Da der
Kohlendioxidmesser und der Flussmesser sich nahe beieinander
befinden, bestimmt das Produkt direkt die Konzentration von
Kohlendioxid in dem Fluss. Das Integral des Produktes bildet das
Volumen. Wie oben angegeben benötigt die Messung nicht alle
Werte von zwei Atemzyklen.
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Die im Stand der Technik als interessantester Parameter
angesehene Endtidalkonzentration kann mit einem System gemäß der
Erfindung mindestens auf zwei Weisen bestimmt werden.
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Die Endtidalkonzentration des Kohlendioxid in einem Atemzug
kann als die Spitzendioxidkonzentration, gemessen durch den
Kohlendioxidmesser, in dem folgenden Atemzug bestimmt werden.
Im Prinzip bestehen die Inhalte der Exspirationsleitung und
der Patientenleitung aus einer Gassäule. In der Schlussphase
einer Exspiration befindet sich daher eine Säule ausgeatmeten
Gases in der Exspirationsleitung und der Patientenleitung.
Während der nächsten Inspiration spült frisches Atemgas einen
Teil der Inspirationsleitung aus und wird dem Patienten
zugeführt. Wenn der Patient erneut ausatmet, drückt eine kleinere
Säule frischen Atemgases, das kein Kohlendioxid enthält, die
vor ihm liegende Gassäule des vorangehenden Atemzuges durch
die Ventilatoreinheit und den Kohlendioxidmesser. Das Messen
des Spitzenwertes der Kohlendioxidkonzentration in einer
Exspiration ergibt einen guten Wert für die
Endtidalkonzentration in dem vorhergehenden Atemzug. Ein kleiner
Unterschied, verglichen mit früheren Messsystemen, kann wegen der
Diffusion von Gas zwischen verschiedenen Gassäulen und wegen
Mischeffekten zwischen Gassäulen auftreten, wenn irgendwelche
Turbulenzen auftreten. Das ist jedoch kein schwerwiegender
negativer Effekt, da die Kohlendioxidkurve bei der
Exspiration relativ rasch, wie in Fig. 1 gezeigt, auf ein Niveau
ansteigt, das während des Restes der Exspiration beibehalten
wird, wodurch die wahre Endtidalkonzentration (ETCOZ) nicht
sehr stark abweicht, auch wenn eine gewisse Mischung von
ausgeatmetem und frischem Gas stattgefunden hat. Wie bereits
erwähnt, kann die Diffusion bestimmt und die
Endtidalkonzentration dadurch für diese Diffusion korrigiert werden.
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Alternativ kann die Endtidalkonzentration dadurch erhalten
werden, dass die Tatsache ausnutzt wird, dass ein bekanntes
Volumen ausgeatmeten Gases die Exspirationsleitung und die
Patientenleitung zwischen dem Kohlendioxidmesser und dem
Patienten füllt, die Berechnungseinheit einen Integrator zum
Integrieren des Messwertes von dem Flussmesser aufweist und
eine Endtidalkonzentration von Kohlendioxid in einem Atemzug
als die durch den Kohlendioxidmesser gemessene
Spitzenkonzentration in dem nächsten Atemzug, nachdem ein zu dem
bekannten Volumen korrespondierendes Volumen den Flussmesser
passiert hat, bestimmt wird.
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Im Prinzip basiert dieses Verfahren auf der gleichen
Überlegung wie bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Erhalten
der Endtidalkonzentration. In diesem Fall wird jedoch das
bekannte Volumen als eine Einheit betrachtet und die
Endtidalkonzentration wird zu einem Zeitpunkt bestimmt, wenn das
bekannte Volumen den Flussmesser passiert hat.
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In der Praxis ergeben die zwei beschriebenen Verfahren im
wesentlichen den gleichen Wert für die Endtidalkonzentration.
Jedoch kann die Verzögerung zwischen der
Endtidalkonzentration für eine spezifische Exspiration bis die Messung derselben
erfolgt ist, einen Atemzug überschreiten, abhängig von dem
dem Patienten zugeführten Tidalvolumen und den in den
Leitungen enthaltenen Volumen.
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Eine Verbesserung des Beatmungs-/Narkosesystems wird gemäß
der Erfindung dadurch erzielt, dass ein kontinuierlicher
Fluss von Atemgas, der durch die Inspirationsleitung, die
Patientenleitung und die Exspirationsleitung fließt, durch die
Beatmungsgerät/Narkoseeinheit zugeführt wird, ein
zusätzlicher, in der Beatmungsgerät/Narkoseeinheit zum Messen des
Flusses des der Inspirationsleitung zugeführten Gases
angeordneter Flussmesser mit der Berechnungseinheit verbunden ist
und die Berechnungseinheit angepasst ist, um die Bestimmung
des Parameters aus dem kontinuierlichen Fluss zu korrigieren.
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Bypassflüsse treten in unterschiedlichen Zusammenhängen in
Verbindung mit Beatmungs-/Narkosesystemen auf. Zum Beispiel
kann ein Patient, der nur eine begrenzte Atemunterstützung
benötigt, um zu atmen, dann relativ einfach von dem
vorbeipassierenden Fluss von Atemgas atmen. Jedoch muss die
Bestimmung der Parameter für diesen kontinuierlichen Fluss
korrigiert werden.
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Im Falle der Endtidalkonzentration z. B. bedeutet das, dass
die Gassäule, die ansonsten die Inspirationsleitung und Teile
der Patientenleitung gefüllt hätte, schneller aus dem
Beatmungs-/Narkosesystem herausbefördert wird. Zusätzlich wird
diese Gassäule sich mit frischem Gas mischen, wodurch die
Messung der Konzentration beeinflusst wird. Da der zugeführte
Atemgasfluss durch den zusätzlichen Flussmesser bekannt ist,
kann der Einfluss dieses Flusses auf die Bestimmung der
Parameter jedoch korrigiert werden. Der Parameter wird weiterhin
mit Messwerten von zwei Atemzyklen bestimmt, da das letzte
Volumen, das der Patient ausatmet, durch den kontinuierlichen
Fluss, der jeder abgeschlossenen Exspiration folgt,
weggeleitet wird.
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Wenn das Volumen der Exspirationsleitung nicht bekannt ist,
kann dieses Volumen bestimmt werden, indem der Bypassfluss
für zumindest einen Atemzug unterbrochen wird und registriert
wird, wann sich der Kohlendioxidwert ändert. Das Integral des
Flusswertes gibt dann das Volumen der Leitung an. Mit dem
bekannten Leitungsvolumen kann darüber hinaus die Kurve für die
Kohlendioxidkonzentration an dem Y-Stück wiedergeschaffen
werden, indem für den Einfluss des Leitungsvolumens
korrigiert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun detaillierter
unter Bezug auf die Figuren beschrieben, in denen
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Fig. 1 die Kohlendioxidkonzentration während einer
Inspiration beziehungsweise Exspiration eines Patienten zeigt;
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Beatmungssystems
gemäß der Erfindung; und
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Fig. 3 zeigt die Morphologie eines Messsignals von einem
Kohlendioxidmesser an dem Ventilsystem gemäß der Erfindung.
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Wie auch oben angegeben zeigt Fig. 1 Kurven für die
Konzentration von Kohlendioxid in von einem Patienten ausgeatmeter
Luft. Hier zeigen die Kurven 2A, B, C, wie die Konzentration
von Kohlendioxid während der Exspiration rasch ein Plateau
erreicht. Am Ende der Exspiration fällt die Konzentration
rasch gegen Null. Die Endtidalkonzentration von Kohlendioxid,
ETCO&sub2;, wird am Ende der Exspiration bestimmt. Während der
Inspiration (insp) ist die Konzentration normalerweise Null.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der
Form eines Beatmungssystems 4. Das Beatmungssystem 4 weist
eine Beatmungseinheit 6 auf, von der eine Inspirationsleitung
8 ein Atemgas über eine Patientenleitung 10 zu einem
Patienten 12 leitet. Die Patientenleitung 10 wird auch als Y-Stück
oder Y-Leitung bezeichnet. Ausgeatmetes Gas wird von dem
Patienten 12 über die Patientenleitung 10 und eine
Exspirationsleitung 14 zu der Beatmungseinheit 6 zurückgeleitet. Dem
Patienten zugeführtes Atemgas wird über einen oder mehrere
von drei Gasanschlüssen 16A, B, C aufgenommen und in einer
Mischkammer 18 gemischt, bevor es zu der Inspirationsleitung
8 geleitet wird.
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Es solle angemerkt werden, dass die Beatmungseinheit 6 auch
eine Reihe anderer Komponenten als die in der Figur gezeigten
aufweist. Im Prinzip kann die Beatmungseinheit 6 z. B. aus
einem modifizierten Servo Ventilator 300, Siemens-Elema AB,
bestehen. Rückschlagventile können in dem Beatmungssystem
angeordnet sein, um die Richtung des Gasflusses in der
Inspirationsleitung 8, der Patientenleitung 10 und der
Exspirationsleitung 14 zu steuern.
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Ausgeatmetes Gas passiert einen ersten Flussmesser 20, der in
der Beatmungseinheit 6 angeordnet ist. Der Fluss ausgeatmeten
Gases wird in diesem Flussmesser gemessen. Ein
Kohlendioxidmesser 22 ist neben dem ersten Flussmesser 20 angeordnet. Der
Kohlendioxidmesser 22 misst die Konzentration von
Kohlendioxid in ausgeatmetem Gas. Im Prinzip kann jeder
Kohlendioxidmesser verwendet werden, vorausgesetzt, der Messer erzeugt
ein Messsignal und ein Referenzsignal, wobei die
Konzentration von Kohlendioxid aus dem Verhältnis zwischen dem
Messsignal und dem Referenzsignal bestimmt wird. Der erste
Flussmesser 20 und der Kohlendioxidmesser 22 sind mit einer
Berechnungseinheit 24 verbunden, die zumindest einen Parameter
bestimmt oder berechnet, der mit der Kohlendioxidproduktion des
Patienten 12 in Beziehung steht. Für den Fall, dass ein
kontinuierlicher Gasfluss über die Inspirationsleitung eingeleitet
wird und durch die Patientenleitung 10 und die
Exspirationsleitung 14 fließt, ist ein zweiter Flussmesser 26 in der
Beatmungseinheit 6 angeordnet, um den kontinuierlichen Fluss
zu messen. Der zweite Flussmesser 26 ist mit der
Berechnungseinheit 24 verbunden, die dadurch die Bestimmung des
Parameters oder der Parameter für den kontinuierlichen Fluss
korrigieren kann.
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Im Gegensatz zu früher bekannten Systemen mit
Kohlendioxidmessern oder Kohlendioxidanalysatoren, die in der
Patientenleitung 10 nahe dem Patienten angeordnet waren, muss die
Berechnungseinheit 24 ausgebildet sein, um den geänderten Ort
des Kohlendioxidmessers 22 zu berücksichtigen. Insbesondere
muss die Tatsache berücksichtigt werden, dass sich nach
vollendeter Exspiration in der Exspirationsleitung 14 und der
Patientenleitung 10 ein bestimmtes Volumen ausgeatmeten Gases
befindet. Dieses Gasvolumen erreicht normalerweise nicht vor
der nächsten Exspiration den Kohlendioxidmesser 22. Das wird
deutlicher in Fig. 3 illustriert, die das Messsignal von dem
Kohlendioxidmesser 22 für die in Fig. 1 dargestellten
Exspirationskurven zeigt. Die Kurve 28A zeigt, dass der
Kohlendioxidmesser 22 kein ausgeatmetes Gas in einem Atemzug vor
einem bestimmten Punkt in der Exspiration des Patienten misst,
wie in dem Diagramm dargestellt. Wenn der Patient eine
Exspiration beendet und eine Inspiration einleitet, wird die
Konzentration von Kohlendioxid auf einem konstanten Niveau
bleiben, da Gas in der Exspirartionsleitung 14 stillsteht.
Während der nächsten Exspiration wird das Gasvolumen, das die
Exspirationsleitung 14 und einen Teil der Patientenleitung 10
füllt, vorwärts durch den Kohlendioxidmesser 22 und den
ersten Flussmesser 20 gedrückt. Der Rest des ausgeatmeten Gases
in dem vorhergehenden Atemzug wird dann den
Kohlendioxidmesser 22 passieren und ein Wert für z. B. die
Endtidalkonzentration, ETCO&sub2;, kann für den vorhergehenden Atemzug bestimmt
werden. Diese Bestimmung kann derart durchgeführt werden,
dass der Spitzenwert für Kohlendioxid in jedem Atemzug als
die Endtidalkonzentration von Kohlendioxid in dem vorhergehenden
Atemzug dient. Die Präsentation der
Endtidalkonzentration mit einer Verzögerung von einem Atemzug ist kein großes
Problem für den Arzt. Wenn irgend ein drastisches Ereignis in
Bezug auf die Kohlendioxidproduktion des Patienten 12
auftritt, würde es sich höchstwahrscheinlich auch in einem Teil
der während des vorliegenden Atemzuges gemessenen Kurve
zeigen. Ein solches Ereignis könnte z. B. das Versagen des
Kohlendioxidmessers 22 sein, irgend einen Kohlendioxidgehalt zu
messen, obwohl der Patient ausatmet.
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Andere Parameter, die bestimmt werden könnten, sind z. B.
effektives und ineffektives Tidalvolumen, das Minutenvolumen
von Kohlendioxid in ausgeatmetem Gas und die
Minutenproduktion von Kohlendioxid durch den Patienten 12. In entsprechender
Weise wie für die Endtidalkonzentration können diese
Parameter aus der von den letzten beiden Atemzügen erhaltenen
Information bestimmt werden. Zum Beispiel das Minutenvolumen
von Kohlendioxid in ausgeatmetem Gas, das aus dem Integral
des Produktes aus Konzentration und Fluss bestimmt werden
kann. Dann spielt es keine Rolle, dass die während der
Inspiration gemessene Konzentration konstant hoch ist, da der
Fluss Null ist, und der Fluss würde keinen Einfluss auf die
Bestimmung des Minutenvolumens von Kohlendioxid oder die
Bestimmung der Minutenproduktion von Kohlendioxid haben. Das
Tidalvolumen wird auf korrespondierende Weise z. B. durch
Integrieren des Produktes von Konzentration und Fluss für z. B.
die Konzentrationskurve 28A erhalten.
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Wenn ein kontinuierlicher Fluss von Atemgas durch die
Leitungen 8, 10, 14 fließt, muss die Berechnungseinheit 24 die
berechneten Parameter für diesen kontinuierlichen Fluss
korrigieren. Der wichtigste Unterschied zeigt sich bei der
Bestimmung der Endtidalkonzentration, da die Messung der
Konzentration alleine nicht länger ausreicht. Der kontinuierliche
Gasfluss wird dafür sorgen, dass die Gassäule oder das
Gasvolumen in der Exspirationsleitung 14 am Ende der Exspiration
entsprechend den obigen Ausführungen schneller aus dem System
herausgeleitet wird. Da der kontinuierliche Gasfluss von dem
zweiten Flussmesser 26 bekannt ist, kann der Patientenfluss
als die Differenz zwischen den in dem ersten Flussmesser 20
und in dem zweiten Flussmesser 26 gemessenen Flüssen bestimmt
werden. Durch die Integration sind die passierenden Volumen
bekannt und der Konzentrationswert für den gesamten
passierenden Fluss oder das Volumen kann in eine Konzentration für
das Volumen ausgeatmeten Gases umgerechnet werden.
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Das Beatmungssystem 4 könnte auch eine Narkosesystem gemäß
einer bekannten Ausführung aufweisen. Die wesentlichen
Merkmale der Erfindung sind, dass die Messung von Kohlendioxid
nahe der Messung des Flusses erfolgt und dass die Messung zu
einem Punkt stromabwärts von dem Patienten in Richtung des
Exspirationsflusses verschoben worden ist.