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GEBIET UND HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Luftwegs-Adapter mit einer Probenöffnung, und ausdrücklicher betrifft
sie einen Luftwegs-Adapter mit einer Probenöffnung, welche einen Luftsammler
mit vielfachen Einlässen
einschließt.
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Für
Zwecke der Beschreibung setzt die Besprechung hierin den Schwerpunkt
auf Luftwegs-Adapter für
die Verwendung bei menschlichen Patienten, wobei zu verstehen ist,
dass die vorliegende Erfindung vom Umfang her nicht beschränkt ist
nur auf die Verwendung bei Patienten und vorteilhaft in verschiedenen
anderen Zusammenhängen
verwendet werden kann.
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Luftwegs-Adapter werden allgemein
verwendet, um Gasproben für
die Analyse zu sammeln, insbesondere von der ausgeatmeten Luft von
Krankenhaus-Patienten, die ein Beatmungsgerät benötigen, wie zum Beispiel Patienten
unter Narkose oder solche Patienten an Lebenserhaltungssystemen.
Typischerweise erstreckt sich ein Endotrachealtubus von einem solchen
Patienten zu einem Beatmungsgerät
und befördert Gase
zu dem Patienten hin und die ausgeatmete Luft des Patienten von
dem Patienten weg. Der Adapter verbindet den Abschnitt des Endotrachealtubus,
der von dem Patienten kommt, mit dem Abschnitt, der zu dem Beatmungsgerät führt. Der
Adapter kann in der Form eines "T" sein, so dass diese
Adapter als "T-Stücke" bekannt sind. Das
obere oder Querstück
des "T" ist ein Schlauch,
durch welchen Gase zu dem Patienten wandern, und durch welchen die
ausgeatmete Luft von dem Patienten zurückkehrt. Der andere Teil des "T" ist eine Öffnung, welche aus der Wand
des Schlauches hervorragt, und wird verwendet, um Proben von dem
Gas zu sammeln, das durch den Schlauch strömt. Alternativ kann der Adapter
in der Form eines Bogens sein, so dass dieser Typ von Adapter ein "Bogenstück" genannt wird. Der
Schlauch in diesen Adaptern bildet einen Bogen und die Öffnung ragt
wieder aus der Wand des Schlauches hervor.
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Bei jedem Typ des Adapters ist die Öffnung an
ihrem anderen Ende an einen Gas-Analysator angeschlossen. Ein Seitenstrom
der ausgeatmeten Luft des Patienten strömt durch die Öffnung zu
dem Gasanalysator, um analysiert zu werden. Die Ergebnisse dieser
nicht-invasiven Analyse stellen eine Anzeige bereit über den
Zustand des Patienten, wie den Status der Lungendurchströmung, des
Atemwegsystems und des Stoffwechsels des Patienten.
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Die Genauigkeit dieser nicht-invasiven
Analyse von ausgeatmeten Gasen ist abhängig von der Fähigkeit
eines Probenahme-Aystems,
eine Gasprobe von dem Patienten zu dem Gasanalysator zu befördern, während eine
glatte, laminare Strömung
der Gase beibehalten wird, so dass es so wenig Änderungen wie möglich für die Wellenform
und für
die Ansprechzeit der Gase gibt. Die Wellenform des Gases ist für die genaue
Analyse kritisch. Wenn Gas von dem Patienten zu dem Gasanalysator
wandert, bewegt es sich in einer Welle. Die Zusammensetzung der
Gase ändert
sich über
dieser Welle, wodurch die Wellenform definiert wird. Diese Änderungen
können
innerhalb von 10–100
ms vorkommen und geben wichtige Informationen über den Zustand des Patienten.
Inneres Mischen der Gasprobe oder Änderungen der Wellenform verringert
die Genauigkeit der Analyse der Probe durch den Gasanalysator und
verringert die Menge von Informationen, die aus dieser Analyse gewonnen
werden.
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Sowohl inneres Mischen der Gasprobe
als auch Änderungen
in der Wellenform verlangsamen die Ansprechzeit. Wenn jedes Gas
in einer Welle wandert, besitzt die Welle Peaks oder hohe Konzentrationen
von Gas. Die Ansprechzeit ist die Zeit, die zwischen dem Erscheinen
der Grundlinie eines Peaks und dem Erscheinen des Peaks selbst verstreicht.
Eine schnelle Ansprechzeit zeigt an, dass die Peaks relativ hoch
und schmal sind und dass die Peaks sich nicht verbreitert haben,
seitdem das Gas von dem Patienten ausgeatmet wurde. Da die Genauigkeit
der Gasanalyse und die Informationen, die aus dieser Analyse erhalten
werden, abhängig sind
davon, dass die Wellenform im Wesentlichen unverändert bleibt, ist eine schnelle
Ansprechzeit erwünscht.
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Lediglich Stabilisieren eines dieser
Faktoren ist nicht ausreichend für
die genau Analyse einer Gasprobe. Änderungen von einem dieser
Faktoren neigen dazu, sich auf die anderen Faktoren auszuwirken,
was die Änderungen
an der Gasprobe multipliziert und sowohl die Genauigkeit der Gasanalyse
als auch die Menge von Informationen, die aus dieser Analyse, erhalten
werden, exponentiell herabsetzt. Zum Beispiel neigt Mischen von
Gasen dazu, die Ansprechzeit zu verlangsamen. Somit ist es entscheidend,
dass der Luftwegs-Adapter diese Faktoren so wenig wie möglich verändert.
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Ein signifikantes Hindernis, um solche Änderungen
an den Gasen zu verhindern und folglich eine genaue Gasanalyse zu
erhalten, ist, dass die ausgeatmete Luft von solchen Patienten häufig Substanzen
enthält, welche
den Probenahme-Apparat blockieren oder verstopfen können, wie
flüssige
oder feste Sekretionen oder Mischungen davon, einschließlich Schleim,
Speichel oder Kondenswasser. Deshalb muss der Luftwegs-Adapter Mittel
einschließen
zum Trennen der gewünschten
ausgeatmeten Gase von diesen Feststoffen, Flüssigkeiten oder Mischungen
davon. Diese Trennmittel sind entweder in dem Schlauch oder der Öffnung des
Luftwegs-Adapters angeordnet. Jedoch sind solche Mittel ebenfalls
Blockierung und Verstopfung unterworfen, was den Druck von Gasen,
die durch den Luftwegs-Adapter zu dem Gasanalysator wandern, verringern
kann. Ein solcher Druckabfall kann zahlreiche Änderungen an der Gasprobe verursachen,
einschließlich Änderung
der Wellenform, Mischen des Gases und Änderungen der Gaskonzentration,
was alles die Genauigkeit der Gasanalyse und die Menge der Informationen,
die aus dieser Analyse erhalten werden, verringert. Die Konzentration
des Gases wird besonders beeinträchtigt
durch Änderungen
des Drucks, da die Gaskonzentration direkt von dem Druck des Gases
abhängig
ist und normalerweise in Einheiten von Millimeter Quecksilber dargestellt wird.
Nachfolgend bezeichnet der Ausdruck "Druckabfall" eine Abnahme des Drucks, der von dem
Gas selbst ausgeübt
wird.
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Der Bedarf für eine genaue Analyse des Gases
sowie die gesamten Anforderungen an Humangas-Analysen diktieren
die erforderlichen Leistungsmerkmale eines Luftwegs-Adapters. Als
erstes sollten die Gase von den Flüssigkeiten, Feststoffen oder
Mischungen davon getrennt werden, während eine glatte, laminare Strömung der
Gase beibehalten wird, und ohne die Bildung eines wesentlichen Druckabfalls
oder eine Änderung
der Gaswellenform. Zweitens sollte minimales zusätzliches Leer-Volumen in dem
Adapter oder der Probenöffnung
vorhanden sein, welches zu Mischen von Gasen führen könnte. Diese Merkmale sind kritisch für eine genaue
Probenanalyse und zum Erhalten maximaler Informationen aus der Analyse,
da Mischen von Gasen, Unterbrechung der glatten, laminaren Strömung von
Gasen oder Änderungen
in der Wellenform der Gase signifikant ungenaue Ergebnisse produzieren
können,
wie oben beschrieben. Des Weiteren neigen Druckabfälle dazu,
Gasmischen, Herabsetzen der Gasströmungsgeschwindigkeit und Änderungen
der Gaswellenform zu verschlimmern und sollten deshalb vermieden
werden.
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Weitere Merkmale werden durch die
Anforderungen an Humangas-Analysen diktiert. Der Luftwegs-Adapter,
der ein Mittel zum Trennen einsetzt, sollte wartungsarm sein; das
heißt,
er sollte keine häufige Reinigung
oder Austausch erfordern. Außerdem
sollte der Luftwegs-Adapter leicht zu verwenden sein. Unglücklicherweise
haben derzeit erhältliche
Adapter ernsthafte Mängel.
Diese weniger lebensfähigen
Adapter können
leicht unterschieden werden von der vorliegenden Erfindung, welche
die Anforderungen erfolgreich erfüllt.
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Die bisher bekannten Adapter haben
oftmals ein Filter in der Probenöffnung
eingeschlossen zum Trennen der Gase von Flüssigkeiten, Feststoffen und
Kombinationen davon. Andere derartige Adapter haben Filter oder
Dampfsperren in dem Schlauch des Luftwegs-Adapters. Jedoch löst keine
dieser Filter-basierten Konstruktionen die inhärente Neigung von hydrophoben
porösen
Materialien, den Druckabfall des Gases wesentlich zu erhöhen, wenn
es durch das Filter gelangt, was die Wellenform beeinträchtigt und
die Genauigkeit der Probenanalyse verringert. Des Weiteren neigt
ein solcher Druckabfall dazu, mit der Zeit größer zu werden, da Patientensekrete
und Kondenswasser sich an oder in dem Filter sammeln. Zum Beispiel
wird ein einfacher flacher Filter mit einer relativ kleinen Oberfläche, wie
derjenige, der in US-Patent Nr. 4.456.014 für Buck et al. offenbart wurde,
leicht mit Patientensekreten oder Kondenswasser bedeckt, was diesen
Abfall des Drucks beschleunigt.
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Vergrößern des Durchmessers des Filters,
so dass dieses größer ist
als der Probenöffnungsdurchmesser,
wie in US-Patent Nr. 4.679.573 für
Parnoff et al. (nachfolgend als "Parnoff" bezeichnet), verringert
die Geschwindigkeit, mit der ein solcher Filter blockiert werden
kann. Um jedoch ein Zufügen
von Leer-Volumen zu
dem Probenahme-Apparat zu vermeiden, hat die Gestaltung des Parnoff-Luftwegs-Adapters
einen Filter, der gegen die Schlauchwand liegt, was die Neigung
des Filters erhöht,
mit Kondenswasser oder Patientensekreten bedeckt zu werden.
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Die Oberfläche des Filters kann erhöht ohne
Erhöhen
des Durchmessers werden, wenn die Form des Filters von flach in
kuppelförmig
oder konisch geändert
wird, wie beschrieben sowohl bei Parnoff als auch in PCT-Anmeldung
Nr. US 90/04353 für
Wo. Jedoch muss die Kuppel dicke Wände haben, um ihre Form unter Druck
beizubehalten, was das Mischen von Gasen begünstigt, da die Strömungsgeschwindigkeit
durch die Dicke der Wände
deutlich reduziert wird. Des Weiteren fügt die Dicke der Wände Leer-Volumen zu dem Probenahme-Apparat
hinzu. Zuletzt muss die Filtermembran einen kleinen Porendurchmesser
haben, um das Eintreten von Kondenswasser und anderen Flüssigkeiten
zu verhindern, was die glatte, laminare Strömung von Gasen weiter beeinträchtigt und
den Druckabfall erhöht.
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Ein Filter oder eine Dampfsperre
kann zu dem Schlauch des Luftwegs-Adapters selbst hinzugesetzt werden
anstatt zu der Probenöffnung,
was zusätzliches
Leer-Volumen verringern kann. Zum Beispiel kann eine Innenschicht
des Luftwegs-Adapters selbst nur für Gas durchlässig gemacht
werden, so dass Gas in den Probenschlauch entweicht, während Flüssigkeiten
und Feststoffe in dem Adapter gefangen werden. In diesem Sinne ist
der Schlauch selbst der Filter, wie beschrieben in US-Patent Nr.
4.985.055 für
Thorne et al.. Alternativ kann eine Dampfsperre in dem Schlauch
des Adapters angeordnet werden anstatt eines Filters, wie beschrieben
in US-Patent Nr. 4.558.708 für
Labuda et al. Jedoch füllt
Kondenswasser, welches sich an den Wänden des Schlauchs des Luftwegs-Adapters
sammelt, schnell diesen Typ von Dampfsperre, wonach die Dampfsperre
nicht länger
wirksam ist.
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Gefüllte Dampfsperren sind schwer
und neigen dazu, einen Zug auf die Verbindungen zwischen dem Luftwegs-Adapter
und dem Endotrachealtubus aufzubringen. Diese Dampfsperren führen weitere
Mengen von Leer-Volumen ein. Des Weiteren löst keine Konfiguration die
inhärente
Neigung von Filtern und Dampfsperren, blockiert zu werden. Tatsächlich können diese
Adapter selbst durch flüssiges
oder festes Material blockiert werden, mit einer möglichen
nachteiligen Wirkung auf den Patienten.
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Alternativ kann eine Rückflussvorrichtung
verwendet werden, um flüssiges
oder festes Material zu entfernen, welches den Filter blockiert,
wie beschrieben in US-Patent Nr. 5.042.522 für Corenman et al. Jedoch löst eine
derartige Vorrichtung nicht das Problem der Abnahme des Gasdrucks,
wenn das Gas durch den Filter gelangt, noch das verwandte Problem
langsamer Ansprechzeiten.
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Offensichtlich sind Filter keine
angemessene Lösung
wegen der inhärenten
Mängel
in ihrem Leistungsvermögen.
Es ist in der Literatur bekannt, einen Adapter zu konstruieren,
der nicht auf Filtern beruht, um Gase von Flüssigkeiten, Feststoffen oder
Mischungen davon zu trennen. E.P.C Nr. 0275105 für Spacelabs, Inc. (nachfolgend
als "Spacelabs" bezeichnet) beschreibt
einen Adapter, welcher überhaupt
keine Art von Filter oder Filterähnlicher
Vorrichtung verwendet. Der Schlauch des Adapters von Spacelabs hat
zwei Kammern, die durch radiale Kanäle verbunden sind, die aus
der inneren Kammer herausragen zu einer Kammer, welche in der Form
eines kreisförmigen
Kanals ist. Der kreisförmige
Kanal wird in einem Abschnitt des Adapters mit einem eingeengten
Durchmesser gebildet. Die Gase strömen von der Innenkammer durch
die radialen Kanäle zu
dem kreisförmigen
Kanal und von dem kreisförmigen
Kanal zu der Öffnung.
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Der Adapter von Spacelabs ist keine
angemessene Lösung
für die
Probleme oben. Die Luftströmung durch
den Luftwegs-Adapter kann beeinträchtigt sein, da der Durchmesser
des Adapters eingeengt ist. Des Weiteren wird die Öffnung des
Adapters von Spacelabs dazu neigen, Wasser oder andere Flüssigkeiten
anzusaugen, falls die Öffnung
nicht nach oben gehalten wird. Das Halten der Öffnung nach oben ist in einer
Krankenhausumgebung unrealistisch, da der Adapter durch Krankenhauspersonal
nicht richtig installiert werden kann, und da sich Patienten bewegen
können,
was dazu führen
kann, dass sich der Schlauch und die Öffnung drehen, was eine häufige Neupositionierung
des Adapters erfordert.
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Die vorliegende Erfindung beruht
auch nicht auf einem Filter, um Gas von Flüssigkeiten, Feststoffen oder
Mischungen davon zu trennen. Somit ist die vorliegende Erfindung
nicht den inhärenten
Mängeln
von Adaptern unterworfen, welche auf Filtern beruhen. Des Weiteren
kann die vorliegende Erfindung leicht unterschieden werden von dem
Adapter von Spacelabs und ist diesem weit überlegen, da die vorliegende
Erfindung die Struktur von der Öffnung
des Luftwegs-Adapters statt die des ganzen Adapters ändert. Die
innere Struktur des Adapters der vorliegenden Erfindung unterscheidet
sich vollständig
von der des Adapters von Spacelabs und beeinträchtigt nicht die Luftströmung durch
den Adapter, noch muss die Öffnung
der vorliegenden Erfindung für
eine optimale Wirksamkeit aufrecht gehalten werden. Somit ist die
vorliegende Erfindung leichter zu installieren und zu warten, insbesondere
da der Luftwegs-Adapter der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von
Richtungen frei gedreht werden kann und immer noch seine Wirksamkeit
beibehält.
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Folglich erfüllt keine der obigen bisher
bekannten Konfigurationen erfolgreich die Kriterien für einen Luftwegs-Adapter, die oben
aufgeführt
sind. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Kriterien erfolgreich
in einer Form, welche deutlich und leicht von den obigen bisher
bekannten Konfigurationen unterscheidbar ist.
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Es gibt daher einen weit anerkannten
Bedarf für
einen Luftwegs-Adapter, und es wäre äußerst vorteilhaft,
einen Luftwegs-Adapter
zu haben, welcher den Gasdruck oder die Strömungsgeschwindigkeit nicht
reduziert oder die Gaswellenform nicht ändert, welcher nicht leicht
blockiert oder verstopft wird, welcher minimales zusätzliches
Leer-Volumen hat, welcher außerdem
einfach zu verwenden ist und keine häufige Neupositionierung oder
Wartung erfordert, und welcher frei drehbar ist, so dass er in einer
Vielzahl von Ausrichtungen wirksam ist.
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Ein Luftwegs-Adapter gemäß Oberbegriff
von Anspruch 1 ist von EP-A-275 105 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung,
wird ein Luftwegs-Adapter bereitgestellt, der folgendes umfasst: (a)
einen Schlauch, wobei der Schlauch eine Wand aufweist; und (b) eine Öffnung,
die eine Verbindung mit dem Schlauch durch die Wand bildet, wobei
die Öffnung
einen Auslass, einen Luftsammler und eine Vielzahl von Einlässen umfasst,
wobei der Luftsammler an den Auslass angebracht ist, und die Einlässe an den
Luftsammler angebracht sind, wobei jeder der Einlässe eine Öffnung hat,
die im Wesentlichen innerhalb des Schlauches befindlich ist, wobei
die Öffnungen
im Wesentlichen nahe dem Mittelpunkt des Schlauches befindlich sind.
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Gemäß weiteren Merkmalen in bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung, die unten beschrieben werden, sind die Einlässe wahlweise
Löcher,
jedoch vorzugsweise im Wesentlichen rohrförmig. Jede der Öffnungen
und jeder der Einlässe
hat vorzugsweise einen im Wesentlichen ähnlichen Innendurchmesser untereinander
für die Öffnungen
bzw. untereinander für
die Einlässe.
Wenn die Einlässe
im Wesentlichen rohrförmig sind,
ist die Länge
von jedem der Einlässe
vorzugsweise im Wesentlichen ähnlich
der Länge
von jedem anderen der Einlässe.
Außerdem
ist der Innendurchmesser von jedem der Einlässe vorzugsweise ähnlich dem
Innendruchmesser von seiner Öffnung.
Vorzugsweise sind die Einlässe
aus im Wesentlichen hydrophoben Material gebildet.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen in
den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen liegt der Innendurchmesser
der Öffnungen
und der Einlässe
vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0, 5 mm bis etwa 1, 7 mm. Wenn
die Einlässe
im Wesentlichen rohrförmig
sind, ist die Länge
von jedem Einlass vorzugsweise etwa 2,5 mm. Am besten ist der Innendurchmesser
der Öffnungen
und der Einlässe
etwa 0,8 mm.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen der
beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
ist der Luftsammler vorzugsweise ein Hohlraum, und ist aus einem
im Wesentlichen hydrophoben Material gebildet, oder alternativ aus
im Wesentlichen hydrophilem Material. Der Luftsammler befindet sich
vorzugsweise im Wesentlichen mittig innerhalb des Schlauches, und
der Luftsammler ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der
Wand des Schlauches. Wahlweise können
die Öffnungen
der Einlässe
im Wesentlichen einem Ende des Schlauches gegenüber stehen, in welchem Fall
jeder der Einlässe
symmetrisch relativ zu jedem anderen der Einlässe angeordnet ist. Vorzugsweise
steht eine Öffnung
von mindestens einem Einlass im Wesentlichen einem Ende des Schlauches
gegenüber
und eine Öffnung
von mindestens einem anderen der Einlässe steht im Wesentlichen dem
anderen Ende des Schlauches gegenüber. Außerdem gibt es vorzugsweise
drei Einlässe.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen in
den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ragen die Einlässe in den
Luftsammler hinein, so dass ein Ende von jedem der Einlässe im Wesentlichen
innerhalb des Luftsammlers ist, und es gibt einen ersten Abstand
zwischen jedem der Enden und einen zweiten Abstand zwischen jeder
der Öffnungen,
wobei der erste Abstand vorzugsweise geringer als der zweite Abstand
ist. Außerdem
ist der Innendurchmesser des Auslasses vorzugsweise größer als
der Innendurchmesser von jeder Öffnung.
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Die vorliegende Erfindung richtet
sich erfolgreich auf die Unzulänglichkeiten
der derzeit bekannten Konfigurationen, indem sie einen Luftwegs-Adapter
bereitstellt, welcher eine genaue Analyse von Gasproben erlaubt
ohne signifikante Herabsetzung des Drucks oder der Strömungsgeschwindigkeit
von als Probe genommenem Gas, ohne Mischen der Gaswellenform, mit
niedrigen Raten für
Blockieren, Verstopfen, erforderliche Wartung, Neupositionieren
oder Austausch, welcher deshalb einfach zu benutzen ist.
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Ausdrücklicher ist die vorliegende
Erfindung ein Luftwegs-Adapter
mit einer Öffnung
und einem Schlauch. Die Öffnung
bildet eine Verbindung durch die Wand des Schlauches und stellt
Zugang zu dem Innern des Schlauches bereit. Die Öffnung umfasst einen Auslass,
einen Luftsammler und eine Vielzahl von Einlässen. Der Luftsammler ist an
den Auslass angebracht und die Einlässe sind an den Luftsammler
angebracht. Ein Ende von jedem der Einlässe befindet sich im Wesentlichen
innerhalb des Schlauches. Nachfolgend ist der Ausdruck "angebracht" definiert als "angeschlossen an" oder "eine Einheit bildend
geformt mit".
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Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende
Erfindung auf die folgende Art und Weise verwendet wird. Ein Seitenstrom
oder eine Probe von Gas strömt
von dem Schlauch in den Luftwegs-Adapters, durch die Einlässe des
Luftsammlers und deshalb durch den Auslass der Öffnung. In einem bevorzugten
Verfahren strömt
das Gas dann zu einem Gasanalysator. Vorzugsweise wird eine Kraft
an den Gasanalysator angelegt, um einen Seitenstrom von Gas dazu
zu bringen, von dem Schlauch des Luftwegs-Adapters zu dem Gasanalysator
zu strömen.
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Die Erfindung ist ausgelegt, Blockierung
durch oder Aufnahme von Schleim, Speichel, anderen Feststoffen,
Flüssigkeiten,
oder Mischungen davon, zu widerstehen. Diese Feststoffe, Flüssigkeiten
oder Mischungen davon können
nicht in die Einlässe
des Luftsammlers hineingelangen, solange nicht alle Einlässe blockiert sind.
Wenn nicht alle der Einlässe
blockiert sind, gibt es keinen ausreichenden äußeren Druck, um den Widerstand
der Einlässe
zu überwinden,
um Feststoffe, Flüssigkeiten
oder Mischungen davon aufzunehmen wegen des kleinen Innendurchmessers
der Einlässe
und der Hydrophobizität
des Materials, aus welchem sie gebildet sind. Die Einlässe sind
so angeordnet, dass ein einzelnes Feststoffpartikel oder ein einzelner
Flüssigkeitstropfen
nicht in der Lage wäre,
alle Einlässe
gleichzeitig zu blockieren.
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Der Ausdruck "hydrophob" wird hier verwendet, um auf Substanzen
zu verweisen, welche sich gegen Kontakt mit Flüssigkeiten oder anderen Materialien,
welche Wasser enthalten, widersetzen. Der Ausdruck "hydrophil" wird nachfolgend
verwendet, um auf Substanzen zu verweisen, welche Kontakt durch
Flüssigkeiten oder
andere Materialien, die Wasser enthalten, fördern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird hier nur durch
Beispiele beschrieben, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, worin:
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1A und 1B eine schematische Ansicht
eines veranschaulichenden Luftwegs-Adapters gemäß der vorliegenden Erfindung
sind, mit einem im Wesentlichen kugelförmigen Luftsammler und mit
im Wesentlichen rohrförmigen
Einlässen;
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2A und 2B sind Ansichten der Öffnung von 1A und 1B gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3A und 3B sind Ansichten von einer
anderen Ausführungsform
der Öffnung
von 2, mit einem im
Wesentlichen kugelförmigen
Luftsammler und mit im Wesentlichen bündigen Einlässen;
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4 ist
eine Ansicht von einer Ausführungsform
eines veranschaulichenden Luftwegs-Adapters gemäß der vorliegenden Erfindung,
mit einem im Wesentlichen kugelförmigen
Luftsammler und vier im Wesentlichen rohrförmigen Einlässen;
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5 ist
eine Ansicht von einer wiederum anderen Ausführungsform eines veranschaulichenden
Luftwegs-Adapters gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit einem im Wesentlichen ovalen Luftsammler und drei im
Wesentlichen rohrförmigen
Einlässen;
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6 ist
eine Ansicht von einer noch anderen Ausführungsform eines veranschaulichenden
Luftwegs-Adapters gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit einem im Wesentlichen ovalen Luftsammler und zwei im
Wesentlichen rohrförmigen
Einlässen;
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7 ist
eine Ansicht von einer Ausführungsform
eines veranschaulichenden Luftwegs-Adapters gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einer Bogenkrümmung
im Schlauch, einem im Wesentlichen kugelförmigen Luftsammler und drei
im Wesentlichen rohrförmigen
Einlässen;
und
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8 ist
eine Ansicht von einer Ausführungsform
eines veranschaulichenden Luftwegs-Adapters gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einer Bogenkrümmung
im Schlauch, einem im Wesentlichen ovalen Luftsammler und vier im
Wesentlichen bündigen
Einlässen.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung handelt
von einem Luft-Adapter, welcher wirksam verwendet werden kann, um
Proben von Gas ohne Herabsetzen des Drucks oder der Strömungsgeschwindigkeit
des gesammelten Gases zu sammeln, und welcher im Wesentlichen weniger
empfindlich in seiner Ausrichtung ist und weniger wahrscheinlich blockiert
wird durch flüssiges
oder festes Material, oder Mischungen davon, wie Schleim oder Speichel,
oder diese weniger wahrscheinlich aufnimmt. Ausdrücklicher
hat die vorliegende Erfindung einen Schlauch und eine Öffnung,
welche eine Verbindung durch eine Wand von einem Schlauch bildet,
und welche Zugang zu dem Innern des Schlauchs bereitstellt. Die Öffnung umfasst
einen Auslass, einen Luftsammler und eine Vielzahl von Einlässen. Der
Luftsammler ist an den Auslass angebracht und die Einlässe sind
an den Luftsammler angebracht. Ein Ende von jedem Einlass befindet
sich im Wesentlichen innerhalb des Schlauches.
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Die Prinzipien und der Betrieb eines
Luftwegs-Adapters gemäß der vorliegenden
können
besser verstanden werden mit Bezug auf die Zeichnungen und die begleitende
Beschreibung.
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Bezugnehmend jetzt auf die Zeichnungen
sind 1A und 1B schematische Ansichten
von einem veranschaulichenden Luftwegs-Adapter gemäß der vorliegenden
Erfindung. 1A ist eine
Querschnittsansicht in Längsrichtung
von dem Luftwegs-Adapter 10.
Luftwegs-Adapter 10 hat einen Schlauch 12 und
eine Öffnung 14.
Wie in der bevorzugten Ausführungsform
veranschaulicht ist Schlauch 12 im Wesentlichen gerade,
so dass Luft-Adapter 10 als
ein "T-Stück" beschrieben werden
kann. Jedoch kann Schlauch 12 auch gekrümmt sein, in einer Bogenform,
so dass Luftwegs-Adapter 10 als ein "Bogenstück" beschrieben werden kann (siehe 7 und 8). Öffnung 14 ist
an Schlauch 12 angebracht. Öffnung 14 bildet eine
Verbindung durch eine Wand von Schlauch 12. Öffnung 14 hat
einen Auslass 16, einen Luftsammler 18 und eine
Vielzahl von Einlässen 20.
Luftsammler 18 ist an Auslass 16 angebracht und
Einlässe 20 sind
an Luftsammler 18 angebracht. Auslass 16 kann
angepasst werden, um an einen Gasanalysator (nicht gezeigt) zu koppeln.
Jeder Einlass 20 hat eine Öffnung 22, welche
im Wesentlichen innerhalb von Schlauch 12 ist.
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1B zeigt
einen zweiten Querschnitt des Luftwegs-Adapters von 1A. Schlauch 12 ist frontal
zu sehen. Vorzugsweise ist Luftsammler 18 eine Hohlkugel,
und Einlässe 20 sind
im Wesentlichen rohrförmig (siehe 2).
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2A ist
eine Vorderansicht von Öffnung 14 von 1 allein, ohne Schlauch 12. 2B zeigt eine Querschnittansicht
in Längsrichtung
der veranschaulichenden Öffnung 14 von 2A.
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3A zeigt
eine Vorderansicht von einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform
von Öffnung 14 von 1. 3B zeigt einen Querschnitt in Längsrichtung
von Öffnung 14 wie
in 3A veranschaulicht.
In dieser Ausführungsform
sind Einlässe 24 im
Wesentlichen bündig
gegenüber
Luftsammler 18 und haben Öffnungen 26. Einlässe 24 können mitumfassend
mit Öffnungen 26 sein,
so dass Einlässe 24 und Öffnungen 26 die
gleiche physikalische Einheit sind, und Einlässe 24 sind Löcher.
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4 zeigt
eine andere Ausführungsform
von Luftwegs-Adapter 10,
mit einem im Wesentlichen kugelförmigen
Luftsammler 18 und vier im Wesentlichen rohrförmigen Einlässen 20. Öffnung 14 ist
ein separates Teil, welches innerhalb von Schlauch 12 angeordnet
werden kann, anstatt mit Schlauch 12 als Einheit geformt zu
sein.
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5 zeigt
eine andere mögliche
Konfiguration von Luftwegs-Adapter 10 mit einem im Wesentlichen ovalen
Luftsammler 28 und drei im Wesentlichen rohrförmigen Einlässen 20.
Der ovale Luftsammler 28 ist eine wirksame Alternative
zu dem im Wesentlichen kugelförmigen
Luftsammler 18, besonders da die gekrümmte Form von Luftsammler 28 ihm
viele der gleichen Vorteile von Luftsammler 18 gibt.
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6 zeigt
noch eine andere mögliche
Konfiguration von Luftwegs-Adapter 10, mit Luftsammler 28 und
zwei im Wesentlichen rohrförmigen
Einlässen 20.
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7 und 8 sind Ansichten von Luftwegs-Adapter 10 in
der Form eines "Bogenstücks". In dieser Konfiguration
hat Schlauch 12 eine Bogenkrümmung. Die Bogenkrümmung ist
besonders vorteilhaft für
Beatmungssysteme, bei denen die Luftröhre des Patienten direkt intubiert
wird, da diese Konfiguration den Druck auf die Luftröhre verringert. 7 schließt Luftsammler 18 und
drei Einlässe 20 ein. 8 umfasst Luftsammler 28 und
vier Einlässe 24.
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In all den gezeigten Ausführungsformen
ist der Innendurchmesser von Auslass 16 vorzugsweise größer als
der Innendurchmesser der Einlässe 20 oder 24,
so dass der Innendurchmesser von Auslass 16 vorzugsweise
größer als
der Innendurchmesser der Einlässe 20 oder 24 ist
um einem Prozentsatz, der in einem Bereich von etwa 30% bis etwa
50% liegt. Der größere Innendurchmesser
von Auslass 16 verhindert Druckfluktuationen, da eine Vielzahl
von Einlässen 20 oder 24 sich
in einen Auslass 16 entleeren. Falls Auslass 16 einen
im Wesentlichen ähnlichen
Innendurchmesser wie Einlässe 20 oder 24 hätte, würde die
glatte, laminare Strömung
von Gasen unterbrochen, da das gesamte Gas von allen Einlässen 20 oder 24 in
ein Volumen eintreten würde,
welches kleiner ist als das Gesamtvolumen von allen Einlässen 20 oder 24.
Aus ähnlichen
Gründen
ist der Innendurchmesser von jeder Öffnung 22 oder 26 vorzugsweise
im Wesentlichen ähnlich
dem Innendurchmesser von jeder anderen Öffnung 22 oder 26.
Außerdem
ist der Innendurchmesser von jedem Einlass 20 oder 24 vorzugsweise
im Wesentlichen ähnlich
dem Innendruchmesser ihrer Öffnungen 22 bzw. 26. Für Einlässe 20,
welche im Wesentlichen rohrförmig
sind, ist die Länge
von jedem Einlass 20 vorzugsweise im Wesentlichen ähnlich der
Länge von
jedem anderen Einlass 20. Falls diese Abmessungen nicht ähnlich wären, würde die
glatte, laminare Strömung
von Gasen unterbrochen.
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Wahlweise können Öffnungen 22 oder 26 von
mindestens einem Einlass 20 bzw. 24 einem Ende
von Schlauch 12 gegenüber
stehen, und Öffnungen 22 oder 26 von
mindestens einem anderen Einlass 20 bzw. 24 können dem
anderen Ende von Schlauch 12 gegenüber stehen, wie in 4–6 und 8 gezeigt. Alternativ können Öffnungen 22 oder 26 von
allen Einlässen 20 bzw. 24 einem
Ende von Schlauch 12 gegenüber stehen, wie in 1–3 und 7 gezeigt. Wenn alle Öffnungen 22 oder 26 einem
Ende von Schlauch 12 gegenüber stehen, am besten entgegengesetzt
zu der Richtung der Luftströmung
durch Schlauch 12, hat das den Vorteil, dass eine maximale
Luftströmung
durch Öffnung 14 ermöglicht wird,
aber den Nachteil, dass möglicherweise
einem einzelnen Tropfen oder Partikel von Flüssigkeiten, Feststoffen oder
Mischungen davon ermöglicht
wird, alle Öffnungen 22 oder 26 auf
einmal zu blockieren. Es gibt vorzugsweise drei Einlässe 20 oder 24,
wie in 1–3, 5 und 7 gezeigt.
In der bevorzugten Ausführungsform,
die in 1–3 gezeigt ist, sind die
drei Einlässe 20 oder 24 bezüglich zueinander
symmetrisch angeordnet, so dass es einen Winkel von 120 Grad zwischen
jeweils zwei Einlässen 20 oder 24 gibt.
Der Vorteil, drei Einlässe 20 oder 24 symmetrisch
anzuordnen, ist der, dass der Abstand zwischen jedem Paar von Einlässen 20 oder 24 so
groß wie
möglich
ist, wodurch die Möglichkeit
verringert wird, dass ein einzelnes Partikel oder ein einzelner
Tropfen von Feststoffen, Flüssigkeiten
oder Mischungen davon alle drei Einlässe 20 oder 24 gleichzeitig
blockieren könnte.
-
In Hinblick auf Einlässe 20,
welche im Wesentlichen rohrförmig
sind, ist die Geometrie der Einlässe 20 und
Luftsammler 18 oder 28 vorzugsweise so, dass Einlässe 20 durch
Luftsammler 18 oder 28 hinausragen, und jedes
Ende von einem Einlass 20, welches innerhalb von Luftsammler 18 oder 28 ist,
hat einen ersten Abstand von jedem Ende eines anderen Einlasses 20.
Jede Öffnung 22 hat
einen zweiten Abstand von jeder anderen Öffnung 22. Vorzugsweise
ist der erste Abstand kleiner als der zweite Abstand. Falls der
erste Abstand nicht kleiner ist als der zweite Abstand, dann können zwei
Probleme vorkommen. Erstens, Mischen von Gasen kann innerhalb von
Luftsammler 18 oder 28 vorkommen. Zweitens, ein
einzelner Tropfen von Flüssigkeit
oder ein einzelnes Partikel von Feststoff, oder Mischungen davon,
könnten
in der Lage sein, alle Öffnungen 22 gleichzeitig
zu blockieren. Dadurch, dass der zweite Abstand vergrößert ist,
verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass das vorkommen kann.
-
In allen gezeigten Ausführungsformen
ist Öffnung 14 vorzugsweise
im Wesentlichen senkrecht zu Schlauch 12, Luftsammler 18 oder 28 befindet
sich vorzugsweise im Wesentlichen mittig innerhalb von Schlauch 12,
und Luftsammler 18 oder 28 ist vorzugsweise im
Wesentlichen senkrecht zu der Wand von Schlauch 12. Einlässe 20 sollten
vorzugsweise die Innenwand von Schlauch 12 nicht berühren. Dadurch,
dass sich Luftsammler 18 oder 28 im Wesentlichen
senkrecht zu der Wand von Schlauch 12 befindet, wird es
den Einlässen 20 oder 24 ermöglicht,
maximal von der Innenseite der Wand von Schlauch 12 entfernt
zu sein. Außerdem
wird dadurch, dass sich Luftsammler 18 oder 28 im
Wesentlichen mittig innerhalb von Schlauch 12 befindet,
Luftsammler 18 oder 28 der maximalen Luftströmung ausgesetzt.
-
Speziell sind bevorzugte Abmessungen
der Komponenten des veranschaulichenden Luftwegs-Adapters der vorliegenden
Erfindung folgendermaßen.
Luftsammler 18 oder 28 ist vorzugsweise kleiner
als etwa 5,5 mm im Durchmesser (Außenabmessung). Einlässe 20,
welche im Wesentlichen rohrförmig
sind, sind vorzugsweise etwa 2,5 mm lang. Der Innendurchmesser der
Einlässe 20 oder 24 liegt
vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 1,7 mm, und
ist am besten etwa 0,8 mm. Diese Abmessungen geben dem Luftwegs-Adapter
eine optimale Wirksamkeit, da sie die wirksamste Sammlung von Gasen
erlauben, mit minimalen Unterbrechungen aufgrund von Aufnahme von
oder Blockade durch Feststoffe, Flüssigkeiten oder Mischungen
davon.
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In allen gezeigten Ausführungsformen
sind Luftsammler 18 oder 28 und Einlässe 20 oder 24 vorzugsweise
aus einem hydrophoben Material gebildet, welches sich gegen Kontakt
mit Flüssigkeiten
und Mischungen, die Flüssigkeiten
enthalten, widersetzt. Alternativ dazu kann Luftsammler 18 oder 28 aus
einem hydrophilen Material gebildet sein und Einlässe 20 oder 24 aus
einem hydrophoben Material. Einlässe 20 oder 24 sind
vorzugsweise aus einem hydrophoben Material, um sich gegen das Eintreten
von Flüssigkeiten
oder Mischungen davon zu widersetzen, welche Öffnung 14 blockieren
oder verstopfen könnten.
Luftsammler 18 oder 28 kann aus einem hydropholen
Material gebildet sein, welches Flüssigkeiten oder Mischungen
davon anziehen kann, weg von Einlässen 20 oder 24,
und deshalb das Blockieren oder Verstopfen von Einlässen 20 oder 24 verhindern
hilft.
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Luftadapter 10 kann auf
die folgende Art und Weise verwendet werden, welche die Verwendung
der am meisten bevorzugten Ausführungsform
von Luftadapter 10, wie in der 1 und 2 veranschaulicht, beschreibt,
auch wenn Luftadapter 10 in 3 –8 auf eine ähnliche
Art und Weise verwendet werden kann. Das angegebene Beispiel ist
zum Sammeln von ausgeatmeter Luft von einem Patienten, der an ein
Beatmungsgerät
angeschlossen ist, und ist nur für
veranschaulichende Zwecke, da Luftadapter 10 zum Sammeln von
Gasen in vielen anderen Wegen verwendet werden kann. Der Endotrachealtubus
des Patienten (nicht gezeigt) ist an Schlauch 12 von Luftwegs-Adapter 10 angeschlossen.
Auslass 16 ist an einen Gasanalysator (nicht gezeigt) angeschlossen.
An dem Gasanalysator wird eine Kraft bereitgestellt, welche in der
Form von einem Druck etwas unterhalb des Atmosphärendrucks sein kann, was das
Gas, das durch Schlauch 12 von Luftwegs-Adapter 10 strömt, ermuntert,
in Luftsammler 18 durch Einlässe 20 zu strömen. Das
Gas strömt
dann durch Auslass 16 von Öffnung 14 in den Gasanalysator.
Unglücklicherweise
fördert
diese Kraft auch die Aufnahme von Flüssigkeiten, Feststoffen oder
Mischungen davon.
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Flüssigkeiten, Feststoffe, oder
Mischungen davon, wie Schleim oder Speichel, werden vom Eintreten in
Luftsammler 18 abgehalten sowohl durch die Größe der Öffnungen 22,
die Anordnung der Einlässe 20 und die
hydrophobe Natur der Einlässe 20. Öffnung 22 ist
genügend
groß,
um eine geeignete Seitenströmung
von Gas zum Sammeln zu gestatten, ist aber klein genug, um die Bildung
einer Oberflächenspannung
von einem Fluid an Öffnung 22 zu
fördern,
welche das Eintreten von Flüssigkeiten
oder Mischungen, die Flüssigkeiten enthalten,
wie Schleim und Speichel, hemmt. Der Vorteil von einer Vielzahl
von Einlässen 20 ist
der, dass wenn ein Einlass 20 blockiert ist, die restlichen
Einlässe 20 immer
noch Gas einlassen können.
Des Weiteren müssen
alle Einlässe 20 blockiert
sein, um den Widerstand der Einlässe 20 gegen
das Eintreten von Feststoffen, Flüssigkeiten oder Mischungen
davon zu überwinden,
da die an den Gasanalysator angelegte Kraft dazu neigt, eine erhöhte negative
Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb von Luftsammler 18 und
dem Druck außerhalb
von Luftsammler 18 herbeizuführen, wenn Einlässe 20 alle
blockiert sind. Diese erhöhte
negative Druckdifferenz ermöglicht
es Feststoffen, Flüssigkeiten
oder Mischungen davon, in Einlässe 20 zu
gelangen. Sobald ein Einlass 20 nicht länger blockiert ist, zum Beispiel
durch die Aufnahme von Material, das innerhalb von Einlass 20 enthalten
ist, wird die negative Druckdifferenz auf ihre vorherigen Werte
verringert, und Einlässe 20 können sich
wieder gegen das Eintreten von Feststoffen, Flüssigkeiten oder Mischungen
davon widersetzen. Folglich können zur
gleichen Zeit nur minimale Mengen von Material eindringen.
-
Die bevorzugte Ausführungsform,
die in 1–3, 5 und 7 veranschaulicht
ist, hat einen maximalen Widerstand gegen Blockade durch oder Aufnahme
von Feststoffen, Flüssigkeiten
oder Mischungen davon. Diese bevorzugte Ausführungsform hat drei im Wesentlichen
rohrförmige
Einlässe 20 oder
drei im Wesentlichen bündige
Einlässe 24,
die symmetrisch bezüglich
zueinander angeordnet sind. Eine solche Konfiguration macht den
Abstand zwischen Einlässen 20 oder 24 so
groß wie
möglich,
wodurch es weniger wahrscheinlich wird, dass Einlässe 20 oder 24 durch
ein einzelnes Partikel von Feststoffen oder einen einzelnen Tropfen
von Flüssigkeiten,
oder Mischungen davon, wie Schleim oder Speichel, blockiert wird.
Da mehr als ein solches Partikel oder ein solcher Tropfen zur Blockade
erforderlich ist, verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass alle
drei Einlässe 20 oder 24 gleichzeitig
blockiert werden, und damit verringert sich die Wahrscheinlichkeit
der Aufnahme von Feststoffen, Flüssigkeiten
oder Mischungen davon. Der Abstand von Einlässen 20 oder 24 zu
der Innenwand von Schlauch 12 ist ebenfalls so groß wie möglich, so
dass Einlässe 20 oder 24 vorzugsweise
nahe der Mitte von Schlauch 12 angeordnet sind, wo die
Luftströmung
die maximale Strömungsgeschwindigkeit
aufweist, was eine schnellere Ansprechzeit bereitstellt. Eine solche
Konfiguration verringert weiter die Wahrscheinlichkeit, dass Partikel
oder Tropfen von Feststoffen, Flüssigkeiten
oder Mischungen davon zwischen Einlässen 20 oder 24 und
der Innenwand von Schlauch 12 gefangen werden.
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Die im Wesentlichen rohrförmige Form
von Einlässen 20 stellt
einen sogar größeren Vorteil
gegenüber Einlässen 24 bereit,
da das Herausragen von Einlässen 20 aus
der Oberfläche
des Luftsammlers 18 heraus Partikeln oder Tröpfchen von
Feststoffen, Flüssigkeiten,
oder Mischungen davon, keinen physikalischen Halt verleiht, was
die Wahrscheinlichkeit erhöht,
dass diese Partikel oder Tröpfchen
abbrechen und durch die Strömung
des Gases fortbewegt werden. Des Weiteren verstärkt die gekrümmte Form
des kugelförmigen
Luftsammlers 18 in der bevorzugten Ausführungsform, wie gezeigt in 1, 2, 4 und
7, den Widerstand gegen
Blockade, da Feststoffe, Flüssigkeiten
oder Mischungen davon dazu neigen, von Luftsammler 18 abzugleiten
anstatt sich an Luftsammler 18 abzusetzen. Die Bildung
von solchen Ablagerungen, wie zu sehen in den Luftadaptern, die
in der Literatur bekannt sind, wie oben beschrieben, erhöht die Notwendigkeit
zur Wartung und verringert die Lebensdauer von Luftadaptern. Somit
erhöht
die Fähigkeit
von Luftsammler 18 der vorliegenden Erfindung, sich gegen
solche Ablagerungen zu widersetzen, die Gebrauchslebensdauer von
Luftadapter 10.
-
Zusätzlich zum Erreichen einer überragenden
Leistung beim Sammeln von Gas hat Luftadapter 10 der vorliegenden
Erfindung ein zweites Verfahren der Verwendung: die Verabreichung
von Arzneimitteln in einem vernebelten oder sonstwie luftbeförderten
pharmazeutischen Präparat
an den Patienten über Öffnung 14 der vorliegenden
Erfindung. In diesem Verfahren werden solche Arzneimittel innerhalb Öffnung 14 angeordnet. Wenn
der Patienten einatmet, wird das Arzneimittel aus der Öffnung 14,
durch Luftsammler 18 und in Schlauch 12 gezogen.
Aus Schlauch 12 wird das Arzneimittel in den Endotracheltubus
des Patienten gezogen und von dort in die Lunge des Patienten.
-
PRÜFUNG DER MULTIKANAL-PROBENÖFFNUNG
-
Die Merkmale und Ausführungsformen,
die hierin veranschaulicht sind, können besser verstanden werden
mit Bezug auf die unten beschriebenen Experimente. Diese Experimente
wurden an Luftadaptern gemäß der vorliegenden
Erfindung durchgeführt
sowie an Beispielen von Luftadaptern, welche mehrere gut bekannte
Systeme zum Trennen von Gasen von Flüssigkeiten, Feststoffen oder
Mischungen davon einsetzen.
-
Experimentelle Verfahren
-
Alle Tests wurden bei Raumtemperatur
(22–27°C) durchgeführt. Der
Ausdruck "T-Stück" bezeichnet einen
Luftadapter mit einem im Wesentlichen geraden Schlauch. Alle Tests
verwendeten ein Standard-T-Stück für Vergleiche,
definiert als "Standard-T-Stück" unter Experimentelle
Materialien unten, mit Ausnahme des Ansprechzeit-Tests, welcher
ein speziell gestaltetes T-Stück
für Vergleiche
verwendete.
- 1. Mikrotröpfchen-Test – Ein Nebelgerät wurde
135 mm von dem zu prüfenden
T-Stück
entfernt angeordnet. Die Luftströmung
durch das Nebelgerät
betrug 5,0 l/min. Wasser wurde in dem Nebelgerät vernebelt und in Richtung
des T-Stücks
mittels des Volumenventilators gesaugt. Der Volumenventilator (LP-6)
hatte die folgenden Parameter: V = 0,8 l; BR = 14 min–1.
Die Strömung
durch die Leitung von dem Schlauch des T-Stück betrug 47 ml/min. Wasser,
welches von dem Nebelgerät
durch das T-Stück
und in die Leitung gelangte, wurde in einer Wasserfalle gefangen
und gemessen. Dieses Verfahren zum Fangen und Messen von Wasser
wurde in allen nachfolgenden Experimenten verwendet.
- 2. Makrotröpfchen-Test – Ein Schlauch
wurde 8–10
mm von dem zu prüfenden
T-Stück
entfernt angeordnet. Makrotröpfchen
von Wasser und Eiweiß strömten aus
dem Schlauch bei einer Geschwindigkeit von 18 ml/min und wurden
in Richtung des T-Stücks
mittels des Volumenventilators (LP-6) gesaugt, welcher die folgenden
Parameter hatte: V = 1,6 l; BR = 14 min–1.
- 3. Feuchte-Luft-Test – Feuchtigkeit
wurde zu Luft bis zu einerrelativen. Feuchte von 95–100 hinzugegeben. Die
feuchte Luft strömte
in das T-Stück
mittels des Volumenventilators, welcher die folgenden Parameter hatte:
V = 0,8 l; BR = 14 min–1. Die Strömung von
Gas in der Leitung war 47 ml/min. Die Temperatur betrug 30– 32°C innerhalb
des Ventilationssystems und des T-Stücks.
- 4. Luftströmungswiderstand
an T-Stück-Einlass – Das zu
prüfende
T-Stück
wurde zwischen zwei zusätzlichen
Standard-T-Stücken
angeordnet. Die Luftströmung
durch dieses Drei-T-Stück-System
wurde auf 30 l/min eingestellt. Der Druckabfall für diese
Strömung
wurde mit und ohne das zu prüfende
T-Stück
gemessen. Die Differenz stellte den Widerstand dar.
- 5. Luftströmungswiderstand
an T-Stück-Auslass – Ein zweites
Standard-T-Stück
wurde mit dem Auslass des zu prüfenden
T-Stücks
verbunden. Das erste Ende des zweiten T-Stücks wurde an ein Differenzdruckmessgerät angeschlossen.
Das zweite Ende wurde an eine Luftpumpe angeschlossen. Die Luftströmung betrug
50 ml/min. Der Druckabfall wurde mittels des Differenzdruckmessgerätes gemessen.
- 6. Ansprechzeit-Test – Die
Ansprechzeit wurde gemessen unter Verwendung eines Verfahrens, das
definiert ist durch Regel prEN864 für Kapnographie. Das T-Stück, das
für Vergleiche
verwendet wurde, war besonders gestaltet, um minimale Hindernisse
für ein
schnelles Ansprechen zu haben, so dass die Ansprechzeit von diesem
schnellen Ansprechzeit-T-Stück
minimal war. Nachdem die Ansprechzeit von dem schnellen Ansprechzeit-T-Stück gemessen
war, wurde das schnelle Ansprechzeit-T-Stück ausgetauscht gegen das zu
prüfende
T-Stück
und die Ansprechzeit von dem zu prüfenden T-Stück wurde gemessen. Die Differenz
zwischen der Ansprechzeit des schnellen Ansprechzeit-T-Stücks und
der Ansprechzeit des zu prüfenden
T-Stücks
wurde berechnet.
-
Experimentelle Materialien
-
T-Stücke wurden aus den folgenden
Materialien hergestellt und wurden gemäß den obigen Verfahren geprüft. Ergebnisse
sind in Tabelle 1 unten angegeben, in der Form von Vergleichen mit
dem Standard-T-Stück.
- 1. Standard – Ein Standard-T-Stück wurde
als eine Referenz für
alle diese Experimente verwendet. Dieses Standard-T-Stück hatte
eine Öffnung
mit einem einzigen, sehr großen
Einlass, wofür
herausgefunden wurde, dass sie die wirksamste der bisher bekannten
Luftwegs-Adapter-Ausführungen
ist. Dieser Einlass befand sich in der Mitte des Schlauchs, was
der wirksamste Ort für
den Einlass für
eine Probenöffnung
ist. Die große
Größe des Einlasses
hatte den Vorteil, einer Blockade sowohl durch Feststoffe als auch
durch Flüssigkeiten
oder Mischungen davon zu widerstehen. Die große Größe förderte auch einen Widerstand
gegenüber
der Aufnahme von kleinen Partikeln oder Tröpfchen von Feststoffen, Flüssigkeiten
oder Mischungen davon, da die Strömungsgeschwindigkeit sehr langsam
an diesem Einlass war. Unglücklicherweise
verursachte die langsame Strömungsgeschwindigkeit
auch eine langsame Ansprechzeit.
- 2. Hohlfaser, Flachmembran, Zylinder – Filter, gebildet aus hydrophoben
porösen
Medien, wurden in der Form von Hohlfasern, flachen porösen Membranen
oder porösen
Zylindern konstruiert und wurden in die Öffnung des T-Stücks, eingesetzt.
Der Widerstand am Ausfluss ist der gemessene Anfangswiderstand und ist
deshalb der kleinste Widerstand, der von diesen T-Stücken angeboten
wird, da der Widerstand, der durch hydrophobe Filter erzeugt wird,
dazu neigt, mit der Zeit größer zu werden.
Außerdem
ist die Ansprechzeit der Hohlfasern ein Schätzwert.
- 3. Wände/Gewebe – Schutzgewebebarrieren,
Strömungsrichtungsplatten,
tropfenförmige
Körper
wurden in die Öffnung
des T-Stücks eingesetzt;
oder T-Stücke
wurden mit einer Wellenform oder mit einer Biegung in der Form eines "Z" hergestellt. Diese Systeme hatten den
Nachteil, größer als
Standard-T-Stücke
zu sein.
- 4. Wasserfallen – Wasserfallen
wurden aus wasserabsorbierenden Materialien hergestellt oder durch Änderung
der inneren Geometrie des T-Stücks.
Diese Systeme hatten den Nachteil, größer als Standard-T-Stücke zu sein
und nach Wassereinfang sehr schwer zu werden.
- 5. Minimaler Eingang – Der
Durchmesser der Öffnung
des T-Stücks
wurde auf einen Innendurchmesser von 0,8 mm reduziert.
- 6. Maximaler Eingang -- Der Durchmesser der Öffnung des T-Stücks wurde
auf einen Innendurchmesser von 2,5 bis 4 mm vergrößert.
- 7. Luftsammler mit 3 im Wesentlichen rohrförmigen Einlässen – Der Luftwegs-Adapter der
vorliegenden Erfindung wurde geprüft sowohl in seiner bevorzugtesten
Ausführungsform,
wie gezeigt in der 1 und 2, mit einem im Wesentlichen
kugelförmigen
Luftsammler, als auch in einer zweiten Ausführungsform, wie gezeigt in 5 mit einem im Wesentlichen
ovalen Luftsammler. In beiden Ausführungsformen hatte der Luftsammler
drei im Wesentlichen rohrförmige
Einlässe.
Der Luftwegs-Adapter der vorliegenden Erfindung wies eine große Verbesserung
der Leistung gegenüber
anderen T-Stücken
auf. Der Luftwegs-Adapter der vorliegenden Erfindung wies eine 4-5-fache
Verbesserung der Leistung in dem Mikrotröpfchen-Test auf im Vergleich
zu dem Standard-T-Stück.
Des Weiteren trat während
des Makrotröpfchen-Tests überhaupt kein
Wasser in die Öffnung
des Luftwegs-Adapters der vorliegenden Erfindung ein, während das
Standard-T-Stück
4 ml/Stunde einließ.
Der Widerstand am Lufteinlass war ein Druckabfall von nicht mehr
als 0,1 mbar unter einer Strömungs geschwindigkeit
von 30 l/min. Der Widerstand am Luftauslass war vernachlässigbar:
ein Druckabfall von etwa 0,2–0,3
mbar unter einer Strömungsgeschwindigkeit
von 50 ml/min. Die Ansprechzeit verbesserte sich um etwa 70% im
Vergleich zu dem Standard-T-Stück und war
sehr nahe an der des T-Stücks
mit minimalem Eingang. Tatsächlich
ist die Ansprechzeit des Luftwegs-Adapters der vorliegenden Erfindung
so klein wie möglich
für T-Stück-Konstruktionen.
-
Tabelle
1. Ergebnisse von Tests von T-Stücken
-
Während
die Erfindung in Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen
beschrieben worden ist, wird verstanden werden, dass viele Variationen,
Modifikationen und andere Anwendungen der Erfindungen vorgenommen
werden können.
-
Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit
Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich
zum besseren Verständnis
der Ansprüche
vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen
des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche
Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
