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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Dosiervorrichtung zum Zufügen
kleiner Mengen eines zusätzlichen
Gases oder einer Flüssigkeit
zu einem Atemgas, vorgesehen, einem Lebewesen über eine Inspirationsleitung
eines Anästhesiegerätes oder
eines Ventilators während
der Inspirationsphasen zugeführt
zu werden.
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In dieser Anmeldung bezieht sich
der Ausdruck „zusätzliches
Gas" sowohl auf
jede Mischung von Gasen, verdünnt
oder unverdünnt,
als auch auf reine Gase. Zum Beispiel kann NO verdünnt in N2 als zusätzliches
Gas verwendet werden, reines Xenon kann als zusätzliches Gas verwendet werden,
flüssiges
Narkosemittel kann als zusätzliche
Flüssigkeit verwendet
werden, verdampftes Narkosemittel (rein oder verdünnt) kann
als zusätzliches
Gas verwendet werden.
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Bei der Inhalationsnarkose werden
kleine Mengen von Narkosemittel dem Atemgas für die Inhalation durch ein
Lebewesen hinzugefügt.
Das Narkosemittel kann dem Atemgas in Form von Gas oder Flüssigkeit
zugeführt
werden. Wenn es in Form von Gas zugeführt wird, wird einem Teil des
Atemgases gestattet, durch eine Narkosemittelflüssigkeit hindurchzuperlen oder über die
Oberfläche
einer Narkosemittelflüssigkeit
hinwegzugehen, um diese zu verdampfen. Die resultierende Mischung, die
eine relativ hohe Konzentration von Narkosemittel enthält, wird dann
dem Rest des Atemgases in kontrollierter Weise hinzugefügt. Das
Narkosemittel kann auch als eine Flüssigkeit in das Atemgas geliefert
werden, in dem es schnell verdampft. Im letzten Fall kann irgend eine
Erwärmung
notwendig sein, um zu vermeiden, dass kaltes Gas das Lebewesen erreicht
und um das Verdampfen der Flüssigkeit
zu steigern.
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Andere Substanzen, die vorzugsweise
nahe dem Lebewesen zugeführt
werden können,
sind NO, Tenside (Surfactant) und andere therapeutische Substanzen.
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Das Schwedische Patent SE-C-448 347
beschreibt ein Verfahren zum Mischen von Gasen in vorbestimmten
Proportionen und zum Dosieren der Gasmischung im Zusammenhang mit
Narkose und Respiratorpflege. Verschiedene Gase werden pulsförmig in
eine Mischkammer injiziert, um diese darin zu mischen und die Gasmischung
anschließend
zu dosieren. Die Proportionen der verschiedenen Gase werden durch
die Volumen der Gasimpulse gesteuert.
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Das genaue Dosieren kleiner Gas-
oder Flüssigkeitsmengen
auf sichere Art ist schwierig und problematisch. Bekannte Dosierungsvorrichtungen arbeiten
normalerweise mit relativ großen
Volumen des Zusatzes, von welchem Dosiervolumen das/die zusätzliche
Gas/Flüssigkeit
entnommen wird. Wenn ein Fehler in der Vorrichtung auftritt, können relativ hohe
Dosen von dem Dosisvolumen entnommen werden. Auch wenn andere Sicherheitsmaßnahmen für den Patienten
eingreifen, kann der Patienten trotzdem Mengen ausgesetzt werden,
die Unbehagen hervorrufen und im schlimmsten Fall sogar schädlich oder
tödlich
sein könnten.
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Eine bekannte Dosiervorrichtung ist
in der GB 2,253,353 offenbart, in der eine Dosierkammer mit konstantem
Volumen mit einem Heizelement ausgestattet ist, das ausgebildet
ist, die Temperatur eines flüssigen
Narkosemittels in der Kammer zu regeln, um einen Narkosemitteldampf
in dem Raum oberhalb der Flüssigkeit
mit einem bekannten und steuerbaren Dampfdruck zu erzielen. Ein
erstes und ein zweites Ventil sind am Einlass zu und am Auslass von
der Dosierkammer angeordnet und arbeiten jeweils, um den Fluss der
Narkosemittelflüssigkeit
in die Dosierkammer aus einer unter Druck stehenden Quelle und den
Fluss des Narkosemitteldampfes von der Kammer zum Dosieren eines
Atemgases zu steuern.
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Es ist weiterhin zum Beispiel aus
der
US 4,895,500 bekannt,
dass durch Mikro-Materialbearbeitung in Silikon hergestellte Ventile
vorteilhaft bei der genauen Dosieranwendung verwendet werden können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen neuen Typ von Dosiervorrichtung für Gase und/oder Flüssigkeiten
zu schaffen, die das zuverlässige
und exakte Hinzufügen
von (insbesondere) kleinen Dosen spezifischer Zusatzgase oder Flüssigkeiten
wie z. B. Narkosemittelflüssigkeiten
zu dem Hauptfluss von dem Lebewesen zugeführten Atemgas möglich machen.
Die zuzuführenden
Dosen sind klein, bis zu einer Größenordnung von 500 ml/min.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass die Dosiervorrichtung ausgebildet ist, wie es im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegeben ist.
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Große Sicherheit und Zuverlässigkeit
mit exakter Dosierung werden mit der Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung
erzielt. Die Dosiervorrichtung ist klein und kann daher nahe am
Lebewesen angeordnet sein. Dadurch wird irgend ein Todraum, der die
Dosis daran hindern könnte,
das Lebewesen in gewünschter
Weise zu erreichen, vermieden. Die Dosiervorrichtung weist ein erstes
Ventil am Einlass, das mit einer dazwischenliegenden Dosierkammer verbunden
ist, und ein zweites Ventil am Auslass auf. Die Dosierkammer hat
ein Volumen, das im wesentlichen in der Größenordnung der während einer
Inspirationsphase zuzuführenden
Dosis liegt. Sogar wenn aus irgend einem Grund das gesamte Dosisvolumen in
das Atemgas entleert würde,
würde irgend
eine Überdosis
klein gehalten werden und würde
möglicherweise
nicht einmal Unbehagen für
den Patienten hervorrufen. Die Verwendung von zwei Ventilen steigert
die Sicherheit, insbesondere, wenn sie so gesteuert werden, dass
jeweils nur ein Ventil für
den Durchlass zusätzlichen
Gases oder Flüssigkeit
offen ist.
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Das Dosieren kann gesteuert werden,
indem die Anzahl und Dauer der Öffnungszeiten
des zweiten Ventils während
der Inspiration gesteuert wird, wodurch eine geregelte Menge zusätzlichen
Gases oder Flüssigkeit
dem Atemgas von der Dosierkammer zugeführt wird. Indem eine Dosierkammer
verwendet wird, die etwas größer ist
als die Dosis, die während der
Inspirationsphase geliefert werden soll, werden die Ausgangsimpulse
des zusätzlichen
Gases oder der Flüssigkeit
bei einem im wesentlichen konstanten Druck abgegeben, was zu der
exakten Dosierung beiträgt.
Aus Sicherheitsgründen
werden beide Ventile vorteilhafter Weise geschlossen gehalten, wenn
kein Gas oder keine Flüssigkeit
in die Dosierkammer oder in das Atemgas hineinpassieren soll.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der
Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung
ist eine Steuereinheit angeordnet, um Öffnungsmittel zu veranlassen,
das erste Ventil erst zu öffnen,
um die Dosierkammer mit Gas oder Flüssigkeit unter positivem Druck
zu füllen,
danach das erste Ventil zu schließen und das zweite Ventil zu öffnen. Dadurch
wird die Dosierkammer gefüllt,
wenn das erste Ventil öffnet,
während
das zweite Ventil geschlossen ist, woraufhin das erste Ventil geschlossen
ist und das zweite Ventil für kurze,
kontrollierte Zeitabschnitte geöffnet
ist, um das gewünschte
Dosiervolumen in den Hauptfluss zu injizieren. Auf diese weise gibt
es nie irgend eine direkte Verbindung zwischen der Quelle für Gas oder
Flüssigkeit
und dem Patienten. Das Öffnen
des ersten Ventils kann während
der Exspirationsphase erfolgen.
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Das ergibt eine alternierende Steuerung,
um die genaue Dosierung zu erzielen. Durch alternierendes Öffnen und
Schließen
der Ventile während
der Inspirationsphase. Die Dosierkammer kann einmal oder mehrmals
während
der Inspirationsphase aufgefüllt
werden.
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Das kann auch verwendet werden, wenn größere Dosen
des zusätzlichen
Gases oder der Flüssigkeit
zugeführt
werden sollen. Das erste und das zweite Ventil können dann während der Inspirationsphase
alternierend geöffnet
und geschlossen werden. Hierdurch wird die Dosierkammer jedes Mal, wenn
das zweite Ventil während
der Inspirationsphase öffnet,
ein exaktes Volumen bei einem exakten Druck enthalten und das Dosieren
wird genauer. In diesem Fall kann die Dosierkammer viel kleiner
gemacht werden als die abzugebende Gesamtdosis.
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Es ist auch möglich, beiden Ventilen zu erlauben,
gleichzeitig offen zu sein, insbesondere, wenn das zusätzliche
Gas oder die Flüssigkeit
in keiner weise für
den Patienten unbehaglich oder schädlich ist. Alternativ können andere
Vorsichtsmaßnahmen
zum Vermeiden einer Überdosierung
wie zum Beispiel eine Diffusionsmembrane zwischen der Dosiervorrichtung
und dem Atemgas verwendet werden. Die Diffusion von Gas/Flüssigkeit
durch die Membrane wird dann die maximale Dosis steuern, die dem
Patienten zugeführt
werden kann.
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Noch ein anderer Weg, um das Dosieren
zu erreichen besteht darin, das zweite Ventil während der Dosierdauer der Inspirationsphase
zu öffnen
und dann das Dosieren durch Öffnen
und Schließen
des ersten Ventils zu steuern. Auf diese Weise kann die Dosierkammer
beträchtlich
kleiner sein als die zuzuführende
Dosis.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform
der Dosiervorrichtung nach der Erfindung bestehe das Bedienmittel
aus piezoelektrischen Elementen, die, wenn aktiviert, ausgebildet
sind, um einen Ventilkörper
von seinem Ventilsitz abzuheben, um das Ventil zu öffnen. Das
resultiert in einem Ventil, das rasch auf die Aktivierung reagiert,
verglichen mit der Reaktion eines bimetallischen Aktuators (Laminate
mit verschiedenen Koeffizienten linearer, thermischer Expansion),
der als Bedienmittel eingesetzt wird. In dieser Ausführungsform
wird der Ventilkörper
auch durch piezoelektrische Aktuatoren angehoben, die eine große Kraft
ausüben,
verglichen mit der Kraft, die erzeugt wird, wenn elektrostatischen
Aktuatoren als Bedienmittel eingesetzt werden. Diese Ausführungsform
der Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung
stellt sicher, dass die Ventile der Dosiervorrichtung rasch und
zuverlässig
arbeiten und einen einfachen Aufbau haben.
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Gemäß einer zusätzlichen vorteilhaften Ausführungsform
der Dosiervorrichtung nach der Erfindung ist die Dosiervorrichtung
so ausgebildet, dass der positive Druck einer angeschlossenen Gas-
oder Flüssigkeitsquelle
dazu dient, den Ventilkörper
zu schließen.
Der Schließ-
und Dichteffekt des positiven Drucks, typischer Weise 5 Bar, der
Gas- oder Flüssigkeitsquelle
ist ein wesentlicher Vorteil aus Sicherheitssicht.
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Gemäß noch einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Dosiervorrichtung nach der Erfindung wird das Gerät durch
Mikro-Materialbearbeitung in Silikon hergestellt. Die Mikro-Materialbearbeitung
von Silikon (verwenden von Mikro-Materialbearbeitungstechnologien)
ermöglicht
es, kleine, identische Dosiervorrichtungen mit hohem Leistungsbeitrag
von Gas oder Flüssigkeit
bei niedrigen Kosten herzustellen.
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Diese Fabrikationstechnik ermöglicht daher die
Massenherstellung bei niedrigen Preisen. Es ist daher denkbar, die
Dosiervorrichtung als einen Einwegeartikel auszubilden.
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Die Erfindung wird jetzt detaillierter
durch Beschreibung zweier beispielhafter Ausführungsformen der Dosiervorrichtung
gemäß der Erfindung
unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert, in denen
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1 einen
Querschnitt einer ersten Ausführungsform
der Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt,
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2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Dosiervorrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt,
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3 einen
ersten Satz von Diagrammen zeigt, die einen ersten möglichen
Arbeitsmodus der Ausführungsform
in 2 illustrieren,
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4 zeigt
einen zweiten Satz von Diagrammen, die einen zweiten möglichen
Arbeitsmodus der Ausführungsform
in 2 illustrieren,
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5 zeigt
einen dritten Satz von Diagrammen, die einen dritten möglichen
Arbeitsmodus der Ausführungsform
in 2 illustrieren, und
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6 zeigt
eine Dosiervorrichtung, die mit einem Ventilator/Anästhesiegerät verbunden
ist.
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1 zeigt
einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform der Dosiervorrichtung
gemäß der Erfindung.
Die Dosiervorrichtung besteht aus einem Einlass 2, einem
ersten Ventil 4, einer Dosierkammer (Dosiervolumen) 6,
einem zweiten Ventil 8 und einem Auslass 10, seitlich
angeordnet an mikro-materialbearbeiteten
Scheiben 12, 14, 16, 18 und
möglicher weise
Glas, an dem die Scheiben 12, 14, 16, 18 befestigt worden
sind.
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Ein piezoelektrisches Element 20, 22 ist
in jedem der Ventilbereiche 4, 8 auf die Scheibe 12 geklebt.
Diese Ventilbereiche 4, 8 haben Nuten 24, 26 in
der Scheibe 12 und einen zentralen Zapfen 28, 30, an
dem ein Ventilkörper 32, 34 befestigt
ist. Die Ventilkörper 32, 34 sitzen
jeweils auf einem Ventilsitz 36, 38, der in der
Scheibe 16 angeordnet ist.
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Wenn ein piezoelektrisches Element 22 aktiviert
wird, veranlasst es die Scheibe 12, sich in ihrem Ventilbereich
nach oben auszubeulen, wie es in 1 für das zweite
Ventil 8 illustriert ist. Hier wird der Ventilkörper 34,
der an dem zentralen Zapfen 30 befestigt ist, von seinem
zugehörigen
Ventilsitz 38 abgehoben. Die Dosierkammer 6 ist
dann über
den Kanal 42 mit dem Auslass 10 der Dosiervorrichtung verbunden.
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Das erste Ventil 4 ist auf
gleiche Weise ausgebildet wie das zweite Ventil 8 und wird
in 1 geschlossen mit
dem Ventilkörper 32,
der gegen seinen Ventilsitz 36 presst, da das piezoelektrische
Element 20 nicht aktiviert ist, dargestellt. Ein Kanal 40 leitet zusätzliches
Gas oder zusätzliche
Flüssigkeit
zu der Dosierkammer 6, wenn das erste Ventil 4 offen
ist.
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Der Weg des zusätzlichen Gases oder der zusätzlichen
Flüssigkeit
durch die Dosiervorrichtung ist mit gestrichelten Pfeilen gekennzeichnet.
Das/die Gas/Flüssigkeit
tritt in die Dosiervorrichtung am Einlass 2 ein, passiert
durch das erste Ventil 4 zu der Dosierkammer 6 und
von der Dosierkammer 6 über
das zweite Ventil 8 zu dem Auslass 10.
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Da piezoelektrische Elemente 20, 22 als
Betätigungsmittel
für die
Ventile 4, 8 verwendet werden, können die
Ventile 4, 8 schnell betätigt werden und die Ventilkörper 32, 34 werden
mit relativ großer
Kraft angehoben, was auch zu einer schnellen und zuverlässigen Betätigung der
Ventile führt.
Die Ansprechzeit der Ventile liegt in der Größenordnung von 1 ms.
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Aus Sicherheitsgründen sind beide Ventile 4, 8 normalerweise
geschlossen und öffnen
nur, wenn Spannung an die piezoelektrischen Elemente 20, 22 angelegt
wird. Die Ventilkörper 32, 24 sind
auch so ausgebildet, dass der Speisedruck einen Schließ- und Dichteffekt
auf die Ventile 4, 8 ausübt. Da der Speisedruck relativ
hoch ist, wie oben angegeben, sollten die Ventile 4, 8 passender
Weise druckbalanciert sein, d. h. den hohen Speisedruck ausgleichen, was
die geschlossenen Ventile befähigen
würde, durch
relativ geringe Kraft geöffnet
zu werden.
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Die Dosiervorrichtung kann folgendermaßen arbeiten:
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Das erste Ventil 4 wird
durch Aktivieren des piezoelektrischen Elements 20 geöffnet und
die mit dem Einlass 2 verbundene Dosierkammer 6 wird
mit einem zusätzlichen
Gas oder einer Flüssigkeit
wie z. B. NO oder flüssigem
Narkosemittel von einer Quelle für
Gas oder Flüssigkeit
bei einem konstan ten positiven Druck, typischerweise 5 Bar, gefüllt. Das
erste Ventil 4 wird dann geschlossen und das zweite Ventil 8 wird
für eine
Anzahl kurzer, gesteuerter Zeitdauern durch entsprechendes Aktivieren
des piezoelektrischen Elements 22 geöffnet, so dass die gewünschte Dosis
zusätzlichen
Gases oder Flüssigkeit
von der Dosierkammer 6 in den Auslass 10, der
direkt mit dem Hauptfluss von Atemgas verbunden ist, ausgestoßen wird.
Die Dauer und Anzahl der Impulse bestimmt die Gesamtdosis.
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Das nur jeweils einem Ventil 4, 8 gestattet wird,
geöffnet
zu sein, steigert die Sicherheit für den Patienten, da es nie
eine direkte Verbindung zwischen der Gas/Flüssigkeits-Quelle und dem Patienten gibt. Abhängig von
unter anderem welche Substanzen zugeführt werden und der Menge der
zuzuführenden
Substanzen können
die Ventile 4, 8 in gewissen Fällen so betätigt werden, dass sie gleichzeitig
offen sind, um einen größeren Gas-/Flüssigkeitsfluss
zu ermöglichen.
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Die Steuerung der Ventile 4, 8 hängt auch von
der Wahl der Größe der Dosierkammer 6 ab.
Alternative Arbeitsweisen der ersten Ausführungsform werden detaillierter
in bezug auf die 3–5 diskutiert.
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2 zeigt
eine andere Ausführungsform der
Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform
sind das erste Ventil 54, die Dosierkammer 56 und
das zweite Ventil 58 in einem Stapel angeordnet und entsprechend
in einem Silikongehäuse
hergestellt. Die Ausführungsform umfasst auch
piezoelektrische Elemente 70, 72 zum Betätigen der
Ventile 54, 58.
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Der Auslass der Dosiervorrichtung
ist direkt mit einer Leitung 61 verbunden, die den Hauptfluss des
Atemgases transportiert.
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Eine Diffusionsmembrane 63 ist
in diesem Fall als eine extra Sicherheitsmaßnahme am Auslass der Dosiervorrichtung
angeordnet. Der Zweck dieser Membrane 63 ist es zu verhindern,
dass übermäßig hohe
Dosen zusätzlichen
Gases oder Flüssigkeit
in das Atemgas injiziert werden, wenn beide Ventile 54, 58 aufgrund
einer Fehlfunktion in eine offene Position gelangen. Diese extra
Vorsichtsmaßnahme
kann verwendet werden, wenn therapeutisch aktive Substanzen verwendet
werden, die in relativ kleinen Dosen schädlich sind oder wenn Substanzen
dosiert werden, die nach einer chemischen Reaktion tödlich sind.
Eine derartige Substanz ist NO. Mehrere Untersuchungen zeigen sehr
positive therapeutische Effekte von NO an, wenn es Patienten in
extrem kleinen Dosen (weniger als ca. 100 ppm) gegeben wird. Jedoch
ist NO ein schädliches
Gas oberhalb einer bestimmten Konzentration und kann sogar tödlich werden,
wenn es mit Sauerstoff reagiert und NO2 bildet.
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Die Ausführungsform in 2 deutet an, dass die Dosiervorrichtung
in diesem Fall mit einer Quelle für NO verbunden ist.
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Stromaufwärts von dem Einlassventil 54 ist ein
Raum 55, der direkt mit der Quelle für zusätzliches Gas, NO in diesem
Ausführungsbeispiel,
verbunden ist. Dieser Raum 55 hält dementsprechend zusätzliches
Gas bei einem herrschenden positiven Druck. Der Raum 55 kann
als ein Einlass zu der Dosiervorrichtung angesehen werden.
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3 zeigt
mit Hilfe von drei Diagramms eine Beispiel einer Art der Betätigung der
Dosiervorrichtung zum Dosieren des zusätzlichen Gases oder der Flüssigkeit.
In diesem Fall wird auf die zweite Ausführungsform in 2 Bezug genommen, aber einige Betätigungen
können
auf die Dosiervorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
in 1 angewendet werden.
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Diagramm A zeigt die zeitliche Sequenz
für die
Aktivierung des piezoelektrischen Elements 70 für das erste
Ventil 54, Diagramm B zeigt die zeitliche Sequenz für die Aktivierung
des piezoelektrischen Elements 72 für das zweite Ventil 58 und
Diagramm C zeigt einen Atemzyklus bestehend aus einer Inspirationsphase
und einer Exspirationsphase.
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Wie dieses Beispiel zeigt, wird Spannung während der
Inspirationsphase an das piezoelektrische Element 70 angelegt,
wodurch das erste Ventil 70 während der gesamten Inspirationszeit
offen ist. Drei kurze Spannungsimpulse werden an das piezoelektrische
Element 72 des zweiten Ventils 58 während des
anfänglichen
Teils der Inspirationsphase angelegt und drei entsprechende Impulse
des zusätzlichen
Gases werden dementsprechend in den Hautfluss des Atemgases injiziert.
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Bei dem oben beschriebenen Dosierverfahren
sind sowohl das Einlassventil 54 als auch das Auslassventil 58 während dieser
kurzen Impulse offen. Die Dosierkammer 56 kann daher kleiner
sein als die Dosis, die während
der Inspirationsphase zuzuführen
ist. Tatsächlich
kann die Dosierkammer 56 viel kleiner sein als die zuzuführende Dosis.
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Wie oben angegeben mag das Schließen des
Einlassventils, bevor das Auslassventil öffnet, aus Sicht der Sicherheit
vorzuziehen sein. Diese Betätigungsweise
ist offensichtlich auch mit der Ausführungsform in 2 möglich.
Jedoch kann als eine zusätzliche
Sicherheitsmaßnahme,
um übermäßig hohe
Dosen zusätzlichen
Gases zu verhindern, eine Diffusionsmembrane 63 in dem
Auslass angeordnet sein, wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 oben angegeben.
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4 zeigt
mit drei Diagrammen einen zweiten weg, die Dosiervorrichtung zum
Dosieren zu betätigen.
In diesem Fall wird auch Bezug genommen auf die zweite Ausführungsform
in 2, aber die gleiche
Betätigung
kann auch auf die Dosiervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
in 1 angewendet werden.
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Diagramm D zeigt die zeitliche Sequenz
der Aktivierung des piezoelektrischen Elements 70 für das erste
Ventil 54, Diagramm E zeigt die zeitliche Sequenz der Aktivierung
des piezoelektrischen Elements 72 für das zweite Ventil 58 und
Diagramm F zeigt den Atemzyklus bestehend aus einer Inspirationsphase
und einer Exspirationsphase.
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Wie dieses zweite Beispiel zeigt,
wird Spannung an das piezoelektrische Element 70 in Intervallen
während
der Inspirationsphase angelegt, wodurch das erste Ventil 54 zu
diesen Zeiten offen ist, nur damit die Dosierkammer mit zusätzlichem
Gas gefüllt
werden kann. Drei Spannungsimpulse werden an das piezoelektrische
Element 72 des zweiten Ventils 58 zwischen diesen Öffnungen
des ersten Ventils 54 angelegt und drei korrespondierende
Impulse zusätzlichen
Gases werden entsprechend in den Hauptfluss des Atemgases injiziert.
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In diesem Fall ist die Sicherheit
maximal, da es keine Zeit gibt, zu der Gas direkt von der Quelle
zu dem Atemgasfluss strömen
kann. Die Dosierkammer 56 kann in diesem Fall auch ein
(beträchtlich)
kleineres Volumen haben als das der zuzuführenden Dosis.
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5 zeigt
mit Hilfe von drei Diagrammen einen dritten Weg, die Dosiervorrichtung
zum Dosieren zu betätigen.
In diesem Fall wird auch Bezug genommen auf die zweite Ausführungsform
in 2, aber die gleiche
Betätigung
kann auch auf die Dosiervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
in 1 angewendet werden.
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Diagramm G zeigt die zeitliche Sequenz
der Aktivierung des piezoelektrischen Elements 70 für das erste
Ventil 54, Diagramm H zeigt die zeitliche Sequenz der Aktivierung
des piezoelektrischen Elements 72 für das zweite Ventil 58 und Diagramm
I zeigt den Atemzyklus bestehend aus einer Inspirationsphase und
einer Exspirationsphase.
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Wie dieses dritte Beispiel zeigt,
wird Spannung während
der Exspirationsphase an das piezoelektrische Element 70 angelegt,
weshalb das erste Ventil 54 während der Exspirationsphase
offen ist, allein um die Dosierkammer 56 mit zusätzlichem
Gas zu füllen.
Ein verlängerter
Spannungsimpuls wird während
der Inspirationsphase an das piezoelektrische Element 72 des
zweiten Ventils 58 angelegt und ein entsprechender Impuls
zusätzlichen
Gases wird dementsprechend in den Hauptfluss von Atemgas injiziert.
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In diesem Fall sollte die Dosierkammer 56 ein
etwas größeres Volumen
haben als die abzugebende Dosis. Insbesondere, wenn ein Gas zuzuführen ist,
da der Druck in der Dosierkammer abnehmen wird, wenn die Dosis abgegeben
wird. Da jedoch die Druckdifferenz groß ist, kann die Dosierung weiterhin mit
hoher Genauigkeit gesteuert werden.
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Bei allen oben angegebenen Beispielen
gewährleistet
das System mit zwei Ventilen und einer dazwischenliegenden Dosierkammer
eine sicher Dosiervorrichtung. wenn ein Ventil versagt und in einer offenen
Lage klemmt, kann das Dosieren weiterhin mit dem anderen Ventil
durchgeführt
werden. Als Alternative kann das andere Ventil die Dosiervorrichtung
effektiv schließen
und weiteres Dosieren verhindern. Die zugeführte Extradosis kann in keinem
Fall größer sein
als das, was in der Dosierkammer enthalten ist. Eine Kombination
aller drei Beispiele der Steuerung ist möglich.
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6 zeigt
eine Dosiervorrichtung 88 gemäß der Erfindung, die an ein(en)
Ventilator/Anästhesiegerät 74 zum
Dosieren eines zusätzlichen
Gases oder einer Flüssigkeit
zu einem Atemgas, das einem Patienten 76 zugeführt wird,
angeschlossen ist. Der/das Ventilator/Anästhesiegerät 74 weist eine Systemeinheit 80 (deren
Aufbau bestimmt, ob das System als ein Ventilator oder ein Anästhesiegerät arbeitet),
einen Inspirationsschlauch 82 mit einem ersten Rückschlagventil 84,
einen Patientenschlauch 86 und einen Exspirationsschlauch 96 mit
einem zweiten Rückschlagventil 94 auf.
Der Inspirationsschlauch 82 und der Patientenschlauch 86 bilden
zusammen die Inspirationsleitung. Die Systemeinheit 80 enthält Gasanschlüsse 78A, 78B, 78C zum
Anschließen
des(der) Gase(s), das(die) das Atemgas bildet(bilden), und einen
Evakuierungsanschluss 98 zum Evakuieren von Atemgas von
dem Exspirationsschlauch 96.
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Wenn die Systemeinheit 80 aus
einem Ventilator besteht, wird alles Gas in der Exspirationsleitung 96 evakuiert.
Wenn die Systemeinheit 80 aus einem Anästhesiegerät besteht, kann mehr oder weniger
des ausgeatmeten Gases nach bekannten Prinzipien zu dem Patienten 76 zurückgeführt werden. Weder
der Ventilator noch das Anästhesiegerät müssen daher
hier weiter beschrieben werden.
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Die Dosiervorrichtung 88 ist
in diesem Fall an den Patientenschlauch 86 angeschlossen,
d. h. so dicht am Patienten 76 wie möglich. Die Platzierung dicht
am Patienten 76 ist in vielen Fällen wünschenswert, da das Dosieren
genauer sein kann ( die Dosis von Gas oder Flüssigkeit kann zuverlässiger die
Zielbereiche in den Lungen des Patienten 76 erreichen), wenn
kleine Dosen in ausgewählten
Teilen der Inspirationsphase abgegeben werden. Dosieren zu den entferntesten
Teilen der Lungen kann insbesondere durch Dosieren am, oder unmittelbar
vor dem Einsetzten der Inspirationsphase erzielt werden. Die Nähe zum Patienten 76 ist
auch vorteilhaft, wenn instabile Substanzen wie z. B. NO dosiert
werden sollen.
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Die Dosiervorrichtung 88 ist
mit einer Versorgung- und Steuereinheit 90 für zusätzliches
Gas oder Flüssigkeit
verbunden. Das Gas/die Flüssigkeit
wird der Dosiervorrichtung vorzugsweise unter hohem Druck über eine
Zufuhrleitung 92 zugeführt.
Signalleitungen 100 verbinden die Dosiervorrichtung 88 und
die Versorgungs- und Steuereinheit 90. Um genaue Konzentrationen
zu erhalten, kann eine Messeinheit 102 in der Inspirationsleitung 82 zum
Messen unter anderem des Flusses und Druckes des Atemgases angeordnet
sein. Anstelle der Messeinheit 102, oder als Komplement
zu dieser, kann eine Signalleitung 104 zwischen der Versorgungs-
und Steuereinheit 90 und der Systemeinheit 80 zum Übertragen
relevanter Information zwischen der Systemeinheit 80 und
der Versorgungs- und Steuereinheit 90 verwendet werden.
Zum Beispiel kann in der Systemeinheit 80 erzeugte Information
hinsichtlich Fluss und Druck des Atemgases zu der Versorgungs- und Steuereinheit 90 übertragen
werden, um die Dosiervorrichtung 88 zu steuern.
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Die Versorgungs- und Steuereinheit 90 kann natürlich ganz
oder teilweise mit der Systemeinheit 80 integriert werden.
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Teilweise Integration kann erhalten
werden, indem alle Steuermittel in die Systemeinheit 80 integriert
werden und indem eine an die Dosiervorrichtung 88 angeschlossene
separate Quelle für
zusätzliches
Gas oder Flüssigkeit
vorhanden ist.
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Kombinationen der enthaltenen Ausführungsbeispiele
können,
wenn es angebracht ist, gemacht werden. Insbesondere kann eine Membrane für das erste
Ausführungsbeispiel
verwendet werden, ebenso wie keine Membrane für das zweite Ausführungsbeispiel.
Die Dosiervorrichtung 88 kann an jedem Ort entlang der
Inspirationsleitung angeordnet sein, auch wenn sie besonders passend
für die
vorteilhafte Platzierung in unmittelbarer Nähe am Patienten ist. Wenn Narkosemittel
dosiert werden, könnte
die Dosiervorrichtung 88 auch mit dem Anästhesiegerät integriert
werden. Mehrere Dosiereinheiten können in Reihe oder parallel
verbunden sein und die gleichen oder unterschiedliche zusätzliche
Gase oder Flüssigkeiten
zuführen.