DE69818235T2

DE69818235T2 - Druckpuls-ventil mit variabler öffnung

Info

Publication number: DE69818235T2
Application number: DE69818235T
Authority: DE
Inventors: Erkki Heinonen
Original assignee: Instrumentarium Oyj
Current assignee: Instrumentarium Oyj
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: EP0969894B1; WO1999022796A1; DE69818235D1; EP0969894A1; US6032667A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein einheitliches Impulsventil mit variabler Öffnung, um kleine gepulste Volumina eines Gases bereitzustellen. Das Ventil kann benutzt werden, um eine kleine Dosis therapeutisches Gas wie NO oder Diagnosegas wie SF₆ in den Atmungskreis für einen Patienten einzubringen. Das Ventil hat ein reduziertes internes Volumen, um eine genaue Messung des Impulsvolumens zu erreichen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Spezialgas-Dosierungsabgabeeinheit und ein Atmungsgerät, das ein solches Ventil aufweist.
Die U.S. Patentanmeldung 08/841,466, vom vorliegenden Anmelder am 22. April 1997 eingereicht, beschreibt ein Gerät und eine Methode für die pulsierende Dosierung eines spezifizierten, speziellen Gases in die Luftwege eines Patienten. Das Volumen der Dosis ist durch die Impulslänge der Dosis und dem während des Impulses vorherrschenden Durchfluss definiert. Die zu liefernden Volumina können im Bereich von 10 μl bis zu 20 ml liegen. Die Impulslängen können von 100 ms bis zu 1 s variieren und die Durchflussraten von 0,05 ml/s bis zu 20 ml/s. Proportional verstellbare Ventile können diesen Durchflussbereich abdecken.
Ein Problem dieser Ventile liegt jedoch in ihrem dynamischen Verhalten. Sie sind eventuell nicht schnell genug, insbesondere bei kleinsten Durchflüssen bei denen die schnellste Reaktion benötigt wird. Dadurch kann das System Schwierigkeiten haben bei der Dosierung von Gasimpulsen kleinster Volumina.
Nach aktuellem Stand der Technik ist das Problem des dynamischen Bereiches durch Verdünnung des Spezialgases, um das zu liefernde aktuelle Dosisvolumen zu vergrößern, behoben worden. Die Europäische Patentschrift EP 659,445 offenbart eine Stickstoffoxid (NO) Abgabeeinheit, mit der diese Verdünnung „ad hoc" gemacht werden kann, wenn das „System ansonsten nicht in der Lage ist, die Konzentration auf den gewünschten Punkt zu reduzieren". Das Verfahren verwendet eine zusätzliche Gasversorgung (Stickstoff) zur Verdünnung und einen Konzentrationssensor für verdünntes NO zur Steuerung der Verdünnung. Die Nachteile dieses Systems sind erhöhte Komplexität, Größe, Gewicht und Kosten, verursacht durch das Verdünnungsgerät und die Instrumentierung. Alternativ kann die Verdünnung durch die Auswahl eines Tanks mit geeigneter Konzentration für den momentanen Bedarf herbeigeführt werden. Ein Bereich von möglichen Tankkonzentrationen ist zum Beispiel im U.S. Patent 5,531,218 und in der Europäischen Patentschrift EP 640,357 dargestellt. Wenn die Konzentration im Tank für die Behandlung des Patienten ungeeignet ist, kann es notwendig sein, die Tanks zu wechseln. Es können eventuell umständliche Manöver erforderlich sein, wenn die Notwendigkeit eines Konzentrationswechsels während der Behandlung des Patienten eintritt.
Ein Verfahren zur Generierung kleiner Impulse wird in der Patentschrift WO 95/10315 aufgezeigt. Das Liefersystem, das in dem Dokument gezeigt ist, hat einen konstanten Ausgangsfluss von 12 l/min und ein Ein/Aus Schaltventil, um die Impulse zu generieren. Diese Art der Konstruktion ist kostengünstig und einfach. Das untere Limit der Dosen wird durch die ventilkontrollierte Zeitauflösung vorgegeben. Das System kann Impulse mit einer minimalen Länge von 5 ms liefern, was 1 ml im Volumen entspricht. Aber sogar dieses Volumen ist groß im Vergleich zu den Mengen des oben angeführten, spezifizierten Bereiches des Impulsvolumens. Weiterhin gehen die Benutzerkontrolle über die Impulsamplitude und Impulslänge verloren, wenn die Impulslänge für die Kontrolle der Dosis verwendet und die Durchflussrate fixiert ist. Die Steuerung der Impulslänge wird benötigt, wenn die Notwendigkeit der Verteilung der Dosis über eine definierte Einatmungszeit besteht. Die Flusskontrolle kann beim Einstellen der lokalen Effektivität der Behandlung vorteilhaft sein.
Aus Sicherheitsgründen sollte eine Spezialgas-Dosierungs-abgabeeinheit zwei redundante Mittel haben, um unbeabsichtigtes Dosieren am Patienten zu verhindern. Das Gerät, beschrieben in früheren Anmeldungen des Anmelders und in der Europäischen Patentschrift EP 659,445 benutzt für die Flussregulierung ein proportional einstellbares elektromagnetisches Ventil, wohingegen das U.S. Patent 5,561,218 ein Steuerventil aufweist, das auch ein proportionales Ventil sein könnte, aber in der Offenbarung des Patents nicht detailliert beschrieben ist. Alle diese Systeme haben eine Sicherheitsredundanz in Form eines Solenoid-Ventils (Ein-Aus Typ) zusätzlich zum proportionalen Ventil. Eine schnelle Reaktionszeit ist charakteristisch für ein Solenoid-Ventil (Ein-Aus Typ).
Die proportionale Regulierbarkeit des proportionalen Ventils und das schnelle dynamische Verhalten eines Ein-Aus Ventils legen die Verwendung des proportionalen Ventils als eine variable Öffnung und das Ein-Aus Ventil für die Abgabe der Gasdosen nahe.
Ein Problem bei einer derartigen Anwendung kommt jedoch vom dem Volumen, das zwischen dem proportionalen Ventil und dem Ein-Aus Ventil besteht. Dieses Volumen umfasst das interne Volumen der Ventile und das dazwischenliegenden Volumen des Kanals zwischen den Ventilen. Wegen der Konstruktion solcher Ventile ist das dazwischenliegende Volumen des Kanals wahrscheinlich nicht weniger als 20 μl. Das interne Volumen der Ventile hängt vom Ventiltyp ab, aber für kommerziell verfügbare Miniaturventile beginnt es bei etwa 40 μl. Diese Volumina, die zusammen leicht 100 μl umfassen, stellen eine Druckkammer für eine unkontrollierbare Gasdosis dar. Die Menge einer solchen Dosis ist abhängig von dem Volumen der Druckkammer und dem Kammerdruck. Als Ergebnis des vorher Beschriebenen wird das Volumen der Dosis unkontrollierbar, wenn das proportionale Ventil als eine variable Öffnung und das Ein-Aus Ventil für die Abgabe der Dosis verwendet wird.
Die Durchflussmessung der Dosis muss vor dem Ein-Aus Ventil ausgeführt werden, um den Pumpeffekt, verursacht durch die variablen Druckbedingungen im Atmungskreislauf, bei der Flussmessung zu verhindern. Das proportionale Ventil arbeitet als eine Durchfluss-Drossel. Je mehr es den Durchfluss mindert, desto geringer ist das Volumen des Impulses. Stromabwärts des proportionalen Ven tils befinden sich das unkontrollierbare Volumen der Dosis und das Ein-Aus Ventil. Bis zur Öffnung des Ein-Aus Ventils baut sich der Druck, der im zwischenliegenden Kanalvolumen existiert, ab und der Druck gleicht sich schnell mit dem Druck nach dem Ein-Aus Ventil aus, der praktisch nahezu Umgebungsdruck ist. Nach dem Schließen des Ein-Aus Ventils wird die Zwischenkammer wieder mit Gas gefüllt und an den Druck des Gases angeglichen. Die Wiederherstellung des Drucks findet langsam durch die Öffnung des proportionalen Ventils statt. Das wiederhergestellte Volumen kann durch die Dosisflusssensoren detektiert und gemessen werden, aber erst nachdem die Dosierung stattgefunden hat.
Bei Umgebungsdruck auf Meereshöhe ist der Zulaufdruck der Abgabeeinheit vorzugsweise 90 kPa Überdruck oder höher, z. B. 150 kPa, um Schallgeschwindigkeit (sonic flow) in der Auslassöffnung zu garantieren, wenn sich das Ventil für den Gasfluss öffnet. Der Vorteil eines solchen Flusses ist die Eliminierung des Effekts der variablen Druckbedingung im Atmungskreis bei Dosisfluss. Mit 100 kPa Überdruck in der 100 μl Druckkammer, gebildet in den Ventilen und dem dazwischenliegenden Kanal, entspricht die unkontrollierbare Dosis einem Volumen von 100 μl. Dies stellt ein zehnfach größeres Volumen als die angegebene minimale Dosisanforderung dar, könnte aber abhängig von den verwendeten Ventilen noch höher sein, und stellt das minimale Dosisvolumen dar, das mit einer solchen Anordnung geliefert werden kann.
Kehrt man die Reihenfolge des proportionalen und des Ein-Aus Ventils um und plaziert das Ein-Aus Ventil vor dem proportionalen Ventil, würde es helfen, das Dosisvolumen zu regulieren. Jedoch würde der Dosiszeitplan völlig verloren gehen und die Impulsdosis nach und nach durch die Öffnung des proportionalen Ventils über einen relativ langen Zeitraum „lecken".
Die EP 0 916 216 offenbart eine Dosierungseinheit mit einer Dosierungskammer zwischen zwei piezoelektischen Ventilen, die nacheinander geöffnet und geschlossen werden können, um eine Gasdosis in das Atmungsgas einzubringen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung beseitigt das bisherige Problem, das durch das Zwischenkammervolumen, das zwischen dem separaten proportionalen Ventil und dem Dosierungsventil besteht, durch Bereitstellen eines einheitlichen Impulsventils mit variabler Öffnung, das die unterschiedlichen, vorgegebenen Eigenschaften der zwei separaten Ventile kombiniert. Wenn das Ventil der vorliegenden Erfindung betätigt wird, wird eine variable Öffnung benutzt, um den Durchfluss durch das Ventil einzustellen. Die variable Öffnung wird durch einen proportionalen Solenoiden eingestellt, um den zu liefernden Durchfluss an das benötigte Dosiervolumen anzupassen. Diese Öffnung kann auf einer Impuls-zu-Impuls Basis oder sogar während der Impulse eingestellt werden. Es ist vorteilhaft, dass das Ventil zwischen den Impulsen nicht geschlossen wird, wodurch die Notwendigkeit für lange und somit langsame Änderungen vermieden wird. Ein Impulsventil wird benutzt, um den Durchfluss durch die variable Öffnung ein und auszuschalten, entsprechend den Bedürfnissen der pulsierenden Abgabe.
Im Ventil der vorliegenden Erfindung kann das dazwischenliegende Volumen zwischen der variablen Öffnung und der Impulsventilöffnung leicht auf 2 μl reduziert und das interne Volumen des Ventils minimiert werden. So entspricht bei einem Überdruck von 100 kPa die unkontrollierbare Gasdosis 2 μl, was auf sehr zufriedenstellende Art mit der minimal erwarteten Dosis übereinstimmt.
Sehr kleine Dosierimpulsvolumina können im inneren Volumen der Auslassbereiche des Ventils abgefangen werden. Um dies zu eliminieren, ist es vorteilhaft, das Volumen dieser Bereiche ebenfalls zu minimieren. Am Ende kann ein Trägergas für die Spezialgasdosen durch den Auslassbereich des Ventils geleitet werden und aus dem Ventil ausströmen, um die Spezialgasdosen aus dem Ventil zu spülen.
Die vorliegende Erfindung zielt außerdem darauf ab, eine Spezialgas-Dosierungsabgabeeinheit und ein Atmungsgerät, das ein solches Ventil enthält, bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG VON DEN VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
Die Erfindung will weiterhin im Hinblick auf die folgenden, detaillierten Beschreibungen in Verbindung mit den Zeichnungen verstanden sein, in welchen:
1 ein Querschnitt eines Impulsventils mit variabler Öffnung der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Querschnitt einer Modifikation des Impulsventils mit variabler Öffnung der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Querschnitt einer weiteren Modifikation des Impulsventils mit variabler Öffnung der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein schematisches Diagramm ist, das eine Spezialgas-Dosierungsabgabeeinheit und ein Beatmungsgerät für Patienten mit einem integrierten Impulsventil mit variabler Öffnung zeigt.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt die strukturellen Elemente des Impulsventils 1 mit variabler Öffnung der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. Das zu dosierende Spezialgas wird durch die Einlassanschlussöffnung 2 des Körpers 10 des Impulsventils mit variabler Öffnung eingebracht. Diese Öffnung führt zur variablen Öffnungskammer 3, wo ein variables Öffnungsteil 4 und die Öffnung 5 angebracht sind. Die variable Öffnungskammer 3 ist durch den Körper 10 des Impulsventils mit variabler Öffnung und das Gehäuse 11 der variablen Öffnung definiert. Die Dichtung 12 befindet sich zwischen Körper 10 und Gehäuse 11. Das variable Öffnungsteil 4 befindet sich am Ende des ferromagnetischen Schaftteils 7, das sich im Gehäuse 11 der variablen Öffnung befindet. Das variable Öffnungsteil 4 kann eine elastische Dichtung für das Zusammenwirken mit der Öffnung 5 aufweisen, falls dies gewünscht ist. Das ferromagnetische Schaftteil 7 befindet sich in dem Magnetfeld, das durch die Spule des Elektromagneten 8 erzeugt wird, wenn die Zuführungskabel 9 mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden. Das Impulsventil 1 mit variabler Öffnung beinhaltet weiterhin eine Feder 6, die in 1 in Form einer ringförmigen Platte dargestellt ist und die den Schaftteil 7 umgibt, dort gesichert ist und die zwischen dem Körper 10 und dem Gehäuse 11 gehalten wird. Die Feder 6 könnte auch von einer anderen passenden Art sein.
Ein elektrischer Strom in der Elektromagnetspule 8 bewirkt durch das resultierende Magnetfeld eine öffnende Kraft auf das Schaftteil 7 und das variable Öffnungsteil 4 tendiert dazu, das Schaftteil 7 in 1 nach links zu bewegen. Diese öffnende Kraft wirkt gegen die Kraft der Feder 6. Je höher der Strom in der Elektromagnetspule 8, desto größer die Kraft und desto größer die Öffnung zwischen dem Teil 4 und der Öffnung 5, wodurch somit die Größe der Öffnung variiert werden kann.
Während 1 die Benützung der Elektromagnetspule 8 und der Feder 6 zur Kontrolle der Bewegung des Schaftteils 7 zeigt, ist es auch möglich, wie in 2 gezeigt, zwei entgegengesetzte Elektromagneten 8, 8A zu benutzen, die mit den Zuführungskabeln 9, 9A verbunden sind, falls gewünscht mit passender Modifikation des Schaftteils 7.
Das Gas fließt durch die variable Öffnung 5 in die Zwischenkammer 13, die im Ventilkörper 10 ausgebildet ist. Das Volumen der Zwischenkammer 13 ist in der Erfindung auf ein Maß minimiert, welches unwesentlich oder klein ist in Bezug auf das diese Anwendung betreffende Volumen, für das das Ventil eingesetzt wird. Abhängig von den Mengen, die bei der Applikation, in welcher das Ventil benutzt wird, eingesetzt werden, kann das Volumen der Zwischenkammer 13 weniger als 50 μl sein, wie auch weniger als 20 μl, zum Beispiel weniger als 10 μl, z. B. weniger als 5 μl.
Von der Zwischenkammer 13 geht der Strömungsweg weiter durch die Impulsventilöffnung 14 in die Auslasskammer 15. Das Öffnen und Schließen der Impulsventilöffnung 15 wird durch ein Impulsventilteil 16 am Ende des ferromagnetischen Schaftteils 17 kontrolliert. Das Impulsventilteil hat vorzugsweise eine Dichtung aus elastischem Material, um mit der Öffnung 14 zusammenwirken zu können. Das ferromagnetische Schaftteil 17 ist beweglich innerhalb des Impulsventilgehäuses 21 unter Einwirkung einer öffnenden Kraft, verursacht durch das Magnetfeld, das vom Elektromagnet 18 erzeugt wird, wenn elektrischer Strom über die Zuführungskabel 19 an den Elektromagnet angelegt wird und einer schließenden Kraft, verursacht durch die Impulsfeder 20. Die Impulsfeder 20 kann eine Schrauben-Feder sein, die am Ende des Schaftteils 17 gegenüber dem Impulsventilteil 16 wirkt. Die Auslasskammer 15 ist zwischen dem Ventilkörper 10 und dem Impulsventilgehäuse 21 eingeschlossen, welches mit dem Körper durch die Dichtung 22 abgedichtet ist. Die Auslasskammer 15 hat eine Auslassanschlussöffnung 23. Diese Öffnung ist der Endpunkt des Strömungsweges des Impulsventils mit variabler Öffnung, der mit der Einlassanschlussöffnung 2 beginnt.
Falls erwünscht kann die Bewegung des Schaftteils 17 durch zwei Elektromagneten in der Art, die in 2 gezeigt ist, gesteuert werden.
Um die Konstruktion des Impulsventils mit variabler Öffnung 1 für minimales Volumen der Zwischenkammer 13 zu optimieren, ist es von Vorteil die Zwischenkammer in Form eines geraden Kanals zu bilden mit der variablen Öffnung 5 an einem Ende und der Impulsventilöffnung 14 am anderen Ende. Dies empfiehlt die Positionierung der Schaftteile 7, 17 und der Elektromagneten 8, 18 in der angeordneten Weise, wie in 1 abgebildet.
Das in 1 gezeigte Ventil 1 hat optional noch eine weitere Anschlussöffnung, die Spülfluss-Einlassanschluss-öffnung 24, die zur Auslasskammer 15 führt. Wie im Folgenden detailliert beschrieben, liefert diese Einlassanschlussöffnung ein Trägergas für die Impulsdosis, welches das Auswaschen der Impulsdosis des Ventils in den Abfluss des Ventils verbessert. Das Volumen der Auslasskammer 15 kann gegebenenfalls 100 μl sein. Diese sehr kleinen Impulsdosen können leicht in dem Volumen eingeschlossen werden und die Genauigkeit der Messung geht verloren. Ein Einbringen von Trägergas verhindert dieses Problem. Alternativ dazu kann die Spülfluss-Einlassanschlussöffnung am Ende des Impulsventilgehäuses 21 angebracht sein, wie in 3 unter der Nummer 24a gezeigt. Diese Anordnung kann weiterhin das Auswaschen verbessern, wenn der Trägergasfluss die Auslasskammer 15 durchströmt.
4 zeigt eine Spezialgas-Dosierungsabgabeeinheit 50 und ein Atmungsgerät, das das oben beschriebene Impulsventil mit variabler Öffnung 1 aufweist. Das Atmungsgerät beinhaltet ein Beatmungsgerät 103, das zum Belüf ten der Lungen des Patienten benützt wird. Ein Impulsventil mit variabler Öffnung 1 kann benützt werden, um ein Spezialgas in die Atmungsgase, die ein Patient durch das Beatmungsgerät 103 verabreicht bekommt, abzugeben oder zu dosieren. Ein typisches Spezialgas ist Stickstoffoxid (NO), das zur Verbesserung der Lungenperfusion benutzt wird, so dass der Patient O₂ aufnimmt, wodurch die Blut-Sauerstoff-Sättigung ansteigt. Andere Spezialgase, die eventuell benützt werden sind SF₆ (Schwefelhexafluorid) zur Messung des funktionierenden Lungenrestvolumens (FRC) und Distickstoffmonooxid/Lachgas (N₂O) zur Messung des kapillaren Blutflusses der Lunge.
Das Beatmungsgerät 103 ist an einen Atmungskreis 109 des Atmungsgeräts angeschlossen, das ein Einatmungsglied 109a, einen Y-förmigen Verbindungsstecker 109b, ein zum Patienten führendes Glied 109c und ein Ausatmungsglied 109d umfasst. Ein Durchflussmesser 102 kann mit dem zum Patienten führenden Glied 109c verbunden werden. Die Konstruktion und Handhabung des in 4 gezeigten Beatmungsgerätes ist, wie oben bemerkt, in der früheren Patentanmeldung 08/841,446 des Anmelders umfassender beschrieben.
4 zeigt eine Spezialgas-Dosierungseinheit 50, die vom Beatmungsgerät 103 separiert ist, aber falls erwünscht können die zwei Elemente integriert werden. Die Spezialgas-Dosierungseinheit 50 beinhaltet eine Spezialgas-Hochdruckversorgung 113, die an einen Druckregler 114 angeschlossen ist. Der Drucksensor 115 überwacht den Auslassdruck des Druckreglers 114 in der Leitung 116. Zusätzliche Flusssensoren 104 und 105 messen den Durchfluss in der Spezialgas-Versorgungsleitung 116. Die Spezialgas-Versorgungsleitung 116 ist mit der Einlassanschlussöffnung 2 des Impulsventils mit variabler Öffnung 1 verbunden.
Die Steuereinheit 100 der Spezialgas-Dosierungseinheit 50 ist mit dem Atmungsgasflusssensor 102, eingebunden in das zum Patienten führenden Glied 109c, verbunden. Die Steuereinheit 100 ist auch mit dem Steuerungspult 101 verbunden, das auf die Dosis bezogene Parameter an die Steuereinheit (100) abgibt. Die Dosisparameter können zum Beispiel Dosisvolumen, Impulslänge, Dosisfluss, Konzentration des Einatmungsgases, Triggerinformation und die Art des zu dosierenden Spezialgases umfassen. Die Steuereinheit 100 erhält au ßerdem Signale vom Drucksensor 115, Durchflusssensoren 104 und 105, und einer Spezialgas-Signalleitung zur Versorgungsidentifikation der Spezialgas-Versorgung 113. Die Steuereinheit 100 liefert Ausgangssignale zu den Elektromagnetspulen 8, 18 des Impulsventils mit variabler Öffnung 1 durch die jeweiligen Zuführungskabel 9, 19.
Die Auslassanschlussöffnung 23 des Impulsventils mit variabler Öffnung 1 ist mit der Spezialgas-Dosierleitung 112, eingebunden in das zum Patienten führenden Glied 109c des Atmungskreises 109, verbunden.
Im Betrieb liefert die Steuereinheit 100 ein Signal zum Starten der Dosis, wodurch die variablen Öffnungselemente 4, 5, 7 und 8 des Ventils 1 auf einen vorzugsweise vorkalibrierten anfänglichen Wert eingestellt und die Impulsventilelemente 14, 16–18 aktiviert werden. Die variable Öffnung 5 wird im Vergleich zur Impulsventilöffnung 14 verkleinert, so dass Gas aus der Zwischenkammer 13 durch den in der Kammer herrschenden Überdruck verdrängt wird. Dieses Verdrängen wird von den Dosis überwachenden Mitteln 104 und 105 nicht detektiert. Anschließend während der Dosierungszeit überwacht die Steuereinheit 100 das Dosieren in die Dosierleitung 112 durch Vergleich von Informationen der Sensoren 104, 105 mit Referenzdosis-Informationen. Die Steuereinheit stoppt den Impuls zu einer Zeit, die sich aus der Referenz und der überwachten Information ableitet, durch Schließen des Impulsventils 1 an der Impulsventilöffnung 14. Die Gasimpulse werden mittels einer Spezialgas-Dosierleitung 112 an das zum Patienten führenden Glied 109c geliefert.
Vorzugsweise ist die variable Öffnung 5 nicht komplett geschlossen, so dass die Zwischenkammer 13 durch die variable Öffnung 5 langsam mit Gas auf Versorgungsdruck gebracht werden kann. Die zum Auffüllen des Raumes 13 benötigte Gasmenge wird von den Sensoren 104, 105 detektiert. So kann das ursprüngliche Gasvolumen, das aus der Zwischenkammer 13 ausströmt, berücksichtigt werden, wenn die variable Öffnung für die nächste Dosis des Spezialgases eingestellt wird. Deshalb kann die Unkontrollierbarkeit der Dosis vollständig eliminiert werden, solange die Menge der Dosis größer ist als das ausströmende Volumen der Zwischenkammer 13 des Impulsventils 1 mit variabler Öffnung. In einer typischen Anwendungsform wäre das eine Dosis größer als 3 μl. Insbeson dere wenn kleinste Impulse eines Spezialgases dosiert werden, wird die variable Öffnung 5 nicht geschlossen, sondern lediglich für die nächste Dosis vorteilhaft verstellt, gemäß der von der vorausgegangenen Dosis erhaltenen Referenz und der überwachten Information. Der Grund dafür ist, dass das Schließen der variablen Öffnung zwischen den Impulsen den Vorteil der Dosierung mit hoher Geschwindigkeit nicht erreicht. Bei großen Impulsen des Spezialgases kann das Schließen der Öffnung 5 eventuell stattfinden, z. B. zum Zweck der Optimierung des Energieverbrauchs. Die Grenze zwischen großen und sehr kleinen Impulsen hängt zum größten Teil von der Gesamtdimensionierung und Konfiguration der variablen Öffnung 5 ab, aber als ein Beispiel könnte es 10% der maximalen dynamischen Kapazität der variablen Öffnung sein.
Die vorteilhafte Positionierung der variablen Öffnung 5 vor der Impulsventilöffnung 14 wird aus 1 offensichtlich. Wenn die Reihenfolge der Öffnungen im Flussverlauf umgekehrt werden würde, würde die variable Öffnung 5 zwischen den Dosen offen bleiben. Die Zwischenkammer 13, die während der Zeit des Gasimpulses wieder mit Gas aufgefüllt wird, würde zwischen den Impulsen langsam ausströmen, so dass die Zeitgenauigkeit verloren gehen würde. Wenn es jedoch erwünscht ist, ist es möglich, das Impulsventil 1 mit variabler Öffnung in umgekehrter Art des Strömungsverlaufs zu betreiben.
Der Gebrauch des Ventils der vorliegenden Erfindung bietet die oben genannten Merkmale, während es zur selben Zeit zusätzliche Mittel zum Verhindern von unbeabsichtigtem Dosieren des Patienten, auf Grund der Gegenwart der zwei Öffnungen in dem Ventil, bietet.
4 zeigt weiterhin eine Versorgung 106 für ein Trägergas, welches die Spezialgasdosis erhält und diese durch die Dosierleitung 112 zum Patienten überträgt. Die Versorgung 106 zieht die Atmungsgase vom Einatmungsglied 109a des Atmungskreises 109 durch die Rohrleitung 120 zurück. Die Trägergasversorgung 106 beinhaltet eine Pumpe 107, die durch das Pumpenstellglied 121 kontrolliert wird. Ein Kontrollventil 122 ist im Ausgang der Pumpe 107 angebracht.
Die Pumpe 107 setzt einen Tank 108 mit Gas, erhalten aus dem Einatmungsglied 109a des Atmungskreises 109, unter Druck. Der Tankdruck wird durch den Drucksensor 111 auf einem geeigneten Niveau überwacht. Der Tank 108 ist durch ein Spülungsventil 110 mit der Einlassanschlussöffnung 24, 24a des Ventils 1 durch die Rohrleitung 123 verbunden.
Um den Trägergasfluss zu erhalten, betätigt die Steuereinheit 100 das Spülungsventil 110. Die Zufuhr von Trägergas aus der Trägergasversorgung 106 durch die Rohrleitung 123 zum Impulsventil 1 mit variabler Öffnung und Dosierleitung 112 spült die Spezialgasdosis aus der Auslasskammer 15 und liefert einen Fluss mit hoher Fliessgeschwindigkeit, der die Dosis in der Dosierleitung 112 schnell zum Dosierpunkt in dem zum Patienten führenden Glied 109c des Atmungskreises 109 vorwärts bringt. Die Bedienung des Spülungsventils 110 kann in einer gewünschten Art mit der Bedienung des Impulsventils mit variabler Öffnung 1 synchronisiert werden.
Die Positionierung der Impulsventilöffnung 14 nach der variablen Öffnung 4 stellt sicher, dass der Spülfluss nicht in die Zwischenkammer 13 gelangt, was möglicherweise z. B. Kontaminationsprobleme verursachen könnte, abhängig von der Anwendung in welcher das Ventil verwendet wird.

Claims

Einheitliches Impulsventil mit variabler Öffnung, umfassend: ein Gehäuse (10) mit einem Einlass (2) zur Aufnahme eines Gases und einem Auslass (23) zur Abgabe von Gas aus dem Ventil; Mittel in dem Gehäuse, das eine Kammer (13) zwischen dem Einlass und dem Auslass des Gehäuses bildet, wobei die Kammer eine erste Öffnung (5) in Fluidverbindung entweder mit dem Einlass oder dem Auslass und eine zweite Öffnung (14) in Fluidverbindung mit dem jeweiligen anderen Auslass oder Einlass aufweist; ein eine Öffnung bildendes Mittel (4) in dem Gehäuse, das relativ zu der ersten Öffnung des die Kammer bildenden Mittels beweglich ist; Mittel (6, 8, 8A) zum Drücken des die Öffnung bildenden Mittels zur ersten Öffnung hin; erste Steuermittel (7, 8), die operativ mit dem die Öffnung bildenden Mittel verbunden sind, wobei die ersten Steuermittel auf ein ihnen zugeführtes Signal reagieren, um das die Öffnung bildende Mittel relativ zur ersten Öffnung zu bewegen; Dichtmittel (16) in dem Gehäuse, relativ beweglich in Bezug auf das die Kammer bildende Mittel zum Verschließen und Öffnen der zweiten Öffnung (14); Mittel (20) zum Drücken des Dichtmittels in dichtenden Eingriff mit der zweiten Öffnung (14), um die Fluidverbindung durch die zweite Öffnung zu blockieren; und zweite Steuermittel (17, 18), die operativ mit dem Dichtmittel (16) verbunden sind, wobei die zweiten Steuermittel auf ein ihnen zugeführtes Signal reagieren, um das Dichtmittel aus dem Eingriff mit der zweiten Öffnung (14) zu bewegen, um über einen Zeitraum eine Abgabe von Gas aus dem Ventil bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass: das die Öffnung formende Mittel (4) variabel ist, die ersten Steuermittel (7, 8), die mit dem die variable Öffnung bildende Mittel (4) operativ verbunden sind, auf ein variables, charakteristisches, zugeführtes Signal reagieren, um das die variable Öffnung bildende Mittel (4) relativ zur ersten Öffnung (5) um ein Wegstück zu bewegen, das in Übereinstimmung mit einer Charakteristik des Signals bestimmt ist, um eine Öffnung mit variabler Größe an der ersten Öffnung zu bilden, um eine Menge an Gas zu dosieren, wobei die Größe der Öffnung durch die Charakteristik des Signals bestimmt wird.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin die Kammer einen im Wesentlichen geraden Fließkanal zwischen der ersten und der zweiten Öffnung aufweist.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin die erste Öffnung (5) in Fluidverbindung mit dem Einlaß (2) und die zweite Öffnung (14) in Fluidverbindung mit dem Auslaß (23) steht, um eine pulsierende Abgabe von Gas aus dem Ventil bereitzustellen.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin die Gasabgabe aus dem Ventil in Form von Gasimpulsen mit einem gewünschten Gasvolumen erfolgt, und worin die Zwischenkammer ein geringeres Volumen als das gewünschte Volumen der Gasimpulse aufweist.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 4, worin das Volumen der Zwischenkammer weniger als 50 μl, wie auch weniger als 20 μl, zum Beispiel weniger als 10 μl, z. B. weniger als 5 μl beträgt.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin das Mittel zum Drücken des die variable Öffnung bildenden Mittels eine Feder (6) umfasst.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin das Mittel zum Drücken des die variable Öffnung bildenden Mittels einen auf ein elektrisches Signal reagierenden Elektromagnet (8, 8A) umfasst.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin das erste Steuermittel einen auf ein elektrisches Signal reagierenden Elektromagnet (7, 8) umfasst.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 8, worin der Elektromagnet das die variable Öffnung bildende Mittel von der ersten Öffnung um ein Wegstück wegbewegt, das in Übereinstimmung mit der Größenordnung des elektrischen Signals festgelegt ist.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin das Mittel zum Drücken des Dichtungsmittels eine Feder (20) umfasst.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin das Mittel zum Drücken des Dichtungsmittels einen auf ein elektrisches Signal reagierenden Elektromagnet umfasst.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin die zweiten Steuermittel einen auf ein elektrisches Signal (17, 18) reagierenden Elektromagnet umfassen.
Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, worin das Gehäuse einen weiteren Einlass (24) zur Aufnahme von Trägergas für das Gas, das aus dem Ventil abgegeben wird, aufweist.
Einheitliches Impulsventil mit variabler Öffnung nach Anspruch 1, das eine Abgabe von Gas in Impulsen mit einer vorbestimmten Gasmenge bereitstellt, worin: die erste Öffnung (5) der Kammer in Fluidverbindung mit dem Einlass (2) und die zweite Öffnung (14) in Fluidverbindung mit dem Auslass (23) steht, die Zwischenkammer (13) einen im Wesentlichen geraden Fließkanal zwischen der ersten und der zweiten Öffnung (5, 14) umfasst (mit einem geringerem Volumen als das Volumen der Gasimpulsel; die ersten Steuermittel auf das zugeführtes Signal reagieren, um das die variable Öffnung bildende Mittel in Bezug auf die erste Öffnung um ein Wegstück zu bewegen, das in Übereinstimmung mit der Charakteristik des Signals bestimmt ist, um die Öffnung mit variabler Größe zu bilden; das Dichtmittel (16) und das die variable Öffnung bildende Mittel (4) entlang einer Linie durch die Zwischenkammer (13) ausgerichtet sind; und die zweiten Steuermittel (17, 18) auf das zugeführte Signal reagiert, um das zweite Dichtmittel aus dem Eingriff mit der zweiten Öffnung über einen Zeitraum zu lösen, um eine pulsierende Abgabe von Gas aus dem Auslass des Ventils bereitzustellen.
Spezialgas-Dosierungsabgabeeinheit für ein Atmungsgerät, wobei das Atmungsgerät Atmungsgase an einen für einen Patienten vorgesehen Atmungskreis abgibt, wobei die Spezialgas-Dosierungsabgabeeinheit eine gewünschte Menge an Spezialgas in den Atmungsgasen bereitstellt, dessen Volumen gering ist im Vergleich zum Volumen der Atmungsgase, wobei die Spezialgas-Dosierungsabgabeeinheit umfasst: eine Fließleitung (116) für das Spezialgas, wobei die Fließleitung ein Ende aufweist, das an eine Spezialgasquelle anschließbar ist; eine Spezialgas-Dosierleitung (112), die ein Ende aufweist, das an den Atmungskreis anschließbar ist; ein steuerbares Ventil (1) nach Anspruch 1, das zwischen der Fließleitung und der Spezialgas-Dosierleitung angeordnet ist, wobei das Ventil betrieben werden kann, um Dosen an Spezialgas an die Spezialgas-Dosierleitung bereitzustellen; Mittel (101) zum Einstellen gewünschter Parameter der Spezialgasdosis; und eine Steuereinheit (100), wobei die Steuereinheit Eingaben vom der Parametereinstellmitteln erhält und die Steuereinheit einen Ausgang aufweist, der mit dem steuerbaren Ventil verbunden ist, um das Ventil gemäß den Eingaben zu betreiben und es zu veranlassen, Spezialgasdosen an die Spezialgas-Dosierleitung zur Abgabe an den Patienten bereitzustellen; und worin: der Einlass (2) des Ventils (1) mit der Fließleitung (116) zur Aufnahme von Spezialgas und der Auslass (2) des Ventils (1) mit der Spezialgas-Dosierleitung verbunden ist; und die zweiten Steuermittel (17, 18) des Ventils (1) und das operativ verbundene Dichtmittel (16) als Reaktion auf ein zugeführtes Signal eine Impulsöffnung bilden, die für die Abgabe von Gas aus dem Ventil in die Spezialgas-Dosierleitung für die Bereitstellung in den Atmungsgasen des Patienten sorgt.
Atmungsgerät, umfassend: einen Atmungskreis (109), der an einen Patienten angeschlossen werden kann, um Atmungsgase für den Patienten bereitzustellen; ein Beatmungsgerät (103), das Gase für den Atmungskreis bereitstellt; und eine Spezialgas-Dosierungsabgabeeinheit zum Bereitstellen einer gewünschten Menge an Spezialgas in den Atmungsgasen, dessen Volumen gering ist im Vergleich zum Volumen der Atmungsgase, wobei die Spezialgas-Dosierungsabgabeeinheit umfasst: eine Fließleitung (116) für das Spezialgas, wobei die Fließleitung ein Ende aufweist, das an eine Spezialgasversorgung anschließbar ist; eine Spezialgas-Dosierleitung (112), die ein Ende aufweist, das an den Atmungskreis anschließbar ist; ein steuerbares Ventil (1) nach Anspruch 1, das zwischen der Fließleitung und der Spezialgas-Dosierleitung angeordnet ist, wobei das Ventil betrieben werden kann, um Dosen an Spezialgas an die Spezialgas-Dosierleitung bereitzustellen; Mittel (101) zum Einstellen gewünschter Parameter der Spezialgasdosis; und eine Steuereinheit (100), wobei die Steuereinheit Eingaben vom Parametereinstellmittel erhält und die Steuereinheit einen Ausgang aufweist, der mit dem steuerbaren Ventil verbunden ist, um das Ventil gemäß den Eingaben zu betreiben und es zu veranlassen Spezialgasdosen an die Spezialgas-Dosierleitung zur Abgabe an den Patienten bereitzustellen; worin: das Gehäuse (10) des Ventils einen Einlass (2) aufweist, der mit der Fließleitung verbunden ist, um das Spezialgas aufzunehmen und der Auslass (23) des Ventils mit der Spezialgas-Dosierleitung (112) verbunden ist; und die zweiten Steuermittel (17, 18) des Ventils (1) und das operativ verbunden Dichtmittel (16) als Reaktion auf ein zugeführtes Signal eine Impulsöffnung bilden, die für die Abgabe von Gas aus dem Ventil (1) an die Spezialgas-Dosierleitung für die Bereitstellung in den Atmungsgasen des Patienten als eine Spezialgasdosis sorgt.