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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Atemtherapie-Systeme,
die eine mechanische Ventilation zum Bewegen von Gas in die Lungen
eines Patienten hinein verwenden, setzen üblicherweise einen Luftbefeuchter
zusammen mit einem Atemkreis ein, um das Atemgas, das zu dem Patienten
zugeführt
wird, zu befeuchten. Beispiele solcher Luftbefeuchter sind in den
US-Patenten Nr.'n 4,110,419;
4,172,105; 4,195,044; 4,500,480 und 4,764,494 offenbart. Solche
Luftbefeuchter benutzen einen Luftbefeuchter vom Kartuschen-Typ,
positioniert in einer Heizeinrichtung, mit Wasser, das von einem
zuvor befüllten
sterilen Wasserreservoir zugeführt
wird. Hudson Respiratory Care Inc. vermarktet ein solches System
als CONCHA®.
Eine Heizeinrichtung, verwendet zum Erwärmen des Kartuschen-Luftbefeuchters,
ist in dem US-Patent Nr. 4,564,748 beschrieben. Eine solche Vorrichtung
erreicht eine erwärmte
Luftbefeuchtung, um sie zu dem Patienten während einer mechanischen Beatmungs- bzw.
Belüftungstherapie
zuzuführen.
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Bei
einer mechanischen Ventilation drückt ein Ventilator Atemgas
entlang der Leitungen des Ventilationskreises in die Lungen des
Patienten. Wenn eine mechanische Ventilationstherapie bei Kindern,
Kleinkindern und Neugeborenen bzw. Säuglingen vorgeschrieben ist,
ist es erwünscht,
den Umfang eines Drucks, zugeführt
zu dem Patienten, so zu begrenzen, dass eine Beschädigung der
Lunge vermieden werden kann. Der Druck, der erforderlich ist, um
die vorgeschriebene Menge an Gas zu dem Patienten zuzuführen, ist
von dem Widerstand und den Nachgiebigkeits-Charakteristika der Lungen des Patienten,
ebenso wie von der Nachgiebigkeit oder dem Volumen des Gases in
dem Atemkreis zwischen dem Ventilator und dem Patienten, abhängig. Demzufolge ist
ein komprimierbares Volumen an Gas innerhalb der Kammer des Luftbefeuchters
während
der Atemphase ein wichtiger Faktor bei der Zufuhr von Gas zu den
Lungen des Patienten unter dem niedrigsten Druck, um den Patienten
zu beatmen. Dort, wo das Volumen des Gases innerhalb der Kammer
des Luftbefeuchters wesentlich ist, kann, je größer die Übereinstimmung des Systems
ist, und je mehr Druck des Ventilators erforderlich ist, um die
geeignete Menge an Gas zu dem Patienten zuzuführen, desto geeigneter das
Niveau des Kohlendioxids im Blut geeignet beibehalten werden. Obwohl
für die
meisten Erwachsenen hohe, mechanische Ventilationsdrücke oftmals
nicht kritisch sind, ist, für
eine Ventilation von Kleinkindern, und insbesondere von Kleinstkindern, bereits
eine solche mit relativ niedrigem Druck im Wesentlichen kritisch,
wobei Lungendrücke
unter 30 cm H2O wünschenswert sind, um eine Verletzung
der Lunge zu verhindern. Um einen solchen Betrieb unter niedrigem
Druck sicherzustellen, ist es erwünscht, effektiv die Compliance
des Luftbefeuchters, verwendet in dem Ventilatorkreis, zu verringern.
Auf eine solche verringerte und verbesserte Funktionsweise eines
Luftbefeuchters ist die vorliegende Erfindung gerichtet.
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Die
angegebene Referenz
US 4,714,078 beschreibt
einen beheizten Luftbefeuchter, der einen entnehmbaren, einen Raum
füllenden,
ein Volumen reduzierenden Einsatz besitzt, der vollständig aus
einem nicht komprimierbaren Material hergestellt ist. Eine weitere
Vorrichtung zum Zuführen
von befeuchtetem Atemgas ist in der
DE 4 303 645 A1 beschrieben, bei der ein
kapillares, befeuchtetes, zylindrisches Rohr und ein Einsatz von
einem ringförmigen Spalt,
durch den das Atemgas, das befeuchtet werden soll, hindurchgeführt wird,
vorgesehen ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung ist auf eine Luftbefeuchteranordnung gerichtet, wie sie
im Anspruch 1 definiert ist.
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Diese
und andere Merkmale ebenso wie Vorteile der Vorrichtung der Erfindung
und deren Verwendung werden nachfolgend beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Seitenaufrissansicht einer Kartusche, geeignet dazu, in einer
Luftbefeuchterkammer installiert zu werden;
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2 zeigt
eine Draufsicht der Kartusche der 1;
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3 zeigt
eine bodenseitige Ansicht der Kartusche der 1;
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4 zeigt
eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die eine Kartusche der 1,
installiert und positioniert in einem Behälterhohlraum eines Luftbefeuchters,
darstellt;
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5 zeigt
eine Schnittansicht, vorgenommen entlang einer Linie A-A der 4;
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6 zeigt
eine bodenseitige Ansicht eines Deckels, befestigt in der Kartusche
und auf dem Behälter
des Luftbefeuchters, wie er in 4 dargestellt ist;
und
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Deckels, dargestellt in 6.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Die 1–3 stellen
eine bevorzugte Ausführungsform
der Kartusche zum Verringern der Compliance in einem Luftbefeuchter
gemäß der Erfindung
dar. Die Form der Kartusche ist wichtig dahingehend, dass sie geeignet
sein muss, in dem inneren Hohlraum der Kammer des Luftbefeuchters,
in der sie verwendet werden soll, aufgenommen oder installiert zu
werden. Unter Betrachtung der 4, ebenso
wie der vorstehend angegebenen Patente, und insbesondere des US-Patents
Nr. 4,674,494, wo der Behälter
des Luftbefeuchters ein langgestreckter, zylindrischer Behälter ist,
ist die Kartusche, die verwendet werden soll, auch vorzugsweise
langgestreckt, mit einer Form ähnlich
derjenigen, die in 1 dargestellt ist. Eine solche
Form ebenso wie die Dimensionen der Kartusche, einschließlich der Querschnittsform,
des Aufbaus und des Durchmessers, sind so, dass sie dazu geeignet
sind, einfach in dem inneren Hohlraum des Behälters installiert und positioniert
zu werden, und zum Verschieben des erwünschten Umfangs des Raums in
dem Hohlraum des Luftbefeuchters. Dementsprechend können, obwohl
die Form der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung langgestreckt und im Wesentlichen zylindrisch
ist, so dass sie zur Verwendung in einem langgestreckten und im
Wesentlichen zylindrischen Hohlraum eines Luftbefeuchters geeignet
ist, andere Kartuschen-Formen
verwendet werden, bei denen der Hohlraum des Luftbefeuchters von
einer unterschiedlichen Form und/oder Größe ist, um so effektiv beim
Erreichen derselben, verbesserten und verringerten Compliance zu
sein, wie dies durch die bevorzugte Ausführungsform, die hier beschrieben
und in den Zeichnungen dargestellt ist, erreicht wird.
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Wie
wiederum die 1–3 zeigen, weist
die Kartusche 10 eine langgestreckte, hohle Hülse 11 auf,
wobei entlang der Länge
davon Kanäle 21, 23 und 25 gebildet
sind, die Kanalräume
oder -pfade zwischen der Außenseite
der Kartusche und der inneren Fläche
der Kammer des Luftbefeuchters bilden. Die Kartusche ist mit einer
Gaseinlassöffnung 13 und
einer Gasauslassöffnung 15,
definiert durch ringförmige
Kragen 12 und 14, jeweils, versehen. Diese Kragen
sind an dem oberen Ende der Kartusche gebildet, wo sie in Verbindung
mit den Gaseinlass- und -auslassanschlüssen stehen, die sich nach außen von
der Luftbefeuchteranordnung erstrecken. Der Gaseinlassanschluss 13 steht
mit einem Raum 22 in einem Kanal 21 in Verbindung
und der Gasauslassanschluss 15 steht mit einem Raum 24 entlang eines
Kanals 23 in Verbindung. Ein dritter Auslass 17 steht
mit einem Raum 26 entlang eines Kanals 25 in Verbindung,
wobei dieser Auslass durch einen ringförmigen Kragen 16,
auch gebildet an dem oberen Ende der Kartusche, definiert ist. Ein
dritter Auslass 17 und ein Kanal 25 sind für den Zweck
eines Aufnehmens eines Wasserniveau-Kontrollrohrs, das über den
Anschluss 17 mit einem Wasserbehälterreservoir zum Zuführen von
Wasser zu der Kammer des Luftbefeuchters in Verbindung steht, was
nachfolgend diskutiert werden wird, vorhanden.
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Die
Luftbefeuchteranordnung der Erfindung umfasst ein Kappenelement
oder einen Deckel 30, dargestellt in den 4, 6 und 7,
der dichtend in das obere Ende des Luftbefeuchters eingreift. Der
Deckel 30 umfasst einen Gaseinlassanschluss 32 und
einen Gasauslassanschluss 34, um mit der Atem- oder Ventilatorkreisleitung
(nicht dargestellt) verbunden zu werden. Wie in 7 dargestellt
ist, ist ein Temperaturüberwachungsanschluss 56 an
einem Gasauslassanschlussstück 34 zum
Aufnehmen eines Thermometers oder einer Temperatursensorvorrichtung
zum Überwachen
der Gastemperatur der befeuchteten Atemgasmischung, zugeführt von
dem Luftbefeuchter zu dem Beatmungsrohrleitungsglied des Patienten,
vorgesehen. Wie zuvor angegeben ist, ist der Behälter des Luftbefeuchters in
einer Heizeinrichtung zum Erwärmen
des Wassers, das in der Kammer des Luftbefeuchters vorhanden ist,
platziert, um eine erwärmte,
molekulare Luftfeuchtigkeit zu dem Patienten über einen Gasauslass 34 zuzuführen. Es
ist bevorzugt, die Temperatur des erwärmten und befeuchteten Gases,
zugeführt über den
Gasauslassanschluss, zu dem Patienten zu überwachen, wenn es die Luftbefeuchteranordnung
verlässt.
Der Deckel ist auch mit einen Gasbelüftungs-Anschluss-Adapter 36 versehen,
um mit einem Rohr, das sich zwischen dem Deckel und dem oberen Ende eines
Wasserreservoirs erstreckt, befestigt zu werden, wie dies in den
US-Patenten Nr. 4,500,480 und 4,674,494 dargestellt ist.
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Wie 6 zeigt,
sind an der Innenseite des Deckels 30 ringförmige Hülsen 52, 54 und 46 vorhanden,
die sich entlang der Innenseite des Deckels von den jeweiligen Anschlüssen aus
erstrecken. Die Hülse 52 erstreckt
sich von einem Gaseinlassanschlussstück 32 aus, die Hülse 54 erstreckt
sich von einem Gasauslassanschlussstück 34 aus und die
Hülse 46 steht
mit dem Gasbelüftungsrohr 36 in
Verbindung. Die drei Hülsen
sind relativ zu den drei Kragen, dargestellt in den 1 und 2, überdimensioniert. Demzufolge
ist der Innendurchmesser der Hülsen 52 und 54 leicht
größer als
der Außendurchmesser
der Kragen 12 und 14, während der Innendurchmesser der
Hülse 46 leicht
relativ zu dem Innendurchmesser des Kragens 16 überdimensioniert
ist. Solche relativen Größen ermöglichen,
dass der Deckel an der Luftbefeuchteranordnung mit Kragen 12, 14 und 16, die
sich in Hülsen 52, 54 und 46,
jeweils, hinein erstrecken, befestigt werden können. Auf diese Art und Weise
erstrecken sich, an dem Deckel des Luftbefeuchters befestigt, die
Kragen in die Hülsen
hinein, um dadurch eine vollständige
Verbindung des Gaseinlassanschlusses 13 mit dem Gaseinlassanschlussstück 32,
des Gasauslassanschlusses 15 mit dem Gasauslassanschlussstück 34 und
des Anschlusses 17 mit dem Gasbelüftungsrohr 36 zu schaffen.
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Der
Deckel 30 ist auch mit einem ringförmigen Rand 58 versehen,
entlang dem ein O-Ring 44 positioniert ist. Wie auch 4 zeigt,
ist der Durchmesser des Rands 58 so, dass er innerhalb
des oberen Endes des Behälters 40 des
Luftbefeuchters hineinpasst, wobei der O-Ring 44 dichtend
in die innere Oberfläche
des Behälters
eingreift, um eine gas- und wasserdichte Dichtung zwischen den Teilen
zu bilden. Der Deckel umfasst vorzugsweise auch eine Lippe 48,
die als ein Anschlag wirkt, wenn der Deckel auf dem oberen Ende
des Behälters
des Luftbefeuchters positioniert wird, wenn die zwei Teile vollständig montiert
sind. Die Innenfläche
des Rands 58 ist auch bevorzugt konisch verlaufend, um
so einen kraftschlüssigen
Eingriff des oberen Endes der Kartusche zu erreichen, wenn sie an
dem Deckel montiert oder befestigt ist. Ein Wasserniveau-Kontrollrohr 35 ist
in der Hülse 46 befestigt,
wobei die Hülse
vorzugsweise leicht konisch bzw. schräg verlaufend so ist, um in das
obere Ende des Rohrs 35 in einer kraftschlüssigen Anordnung
einzugreifen. An dem unteren Ende des Rohrs 35 ist ein
Wasserpegel-Kontrollanschluss 38 vorhanden, wobei die Position
davon die Menge an Wasser, zugeführt
von dem Reservoir über eine Rohrleitung
oder ein Rohr, das nicht dargestellt ist, befestigt an dem Wasserzufuhreinlassnippel 50,
bestimmen und kontrollieren wird, so, wie dies wiederum in den US-Patenten
Nr.'n 4,500,480
und 4,674,494 dargestellt ist. Allerdings ist die Luftbefeuchteranordnung
der Erfindung nicht auf eine solche begrenzt, in der das Wasserniveau
kontrolliert werden muss, und, anstelle davon, kann sie in einem Standard-Luftbefeuchter
verwendet werden, in dem das Wasserniveau beibehalten wird und dem
Wasserniveau in dem Reservoir entspricht. In Standard-Luftbefeuchter-Säulen, typischerweise
verwendet in den meisten Atemgeräten
für Erwachsene,
entspricht das kompressible Volumen, d.h. das Volumen an Gas innerhalb
des Luftbefeuchters, dem Wasserniveau in dem Reservoir und wird
stufenweise durch Verdampfen des Wassers in dem Luftbefeuchter vermindert.
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Wie
wiederum die 1 und 2 zeigen, ist
das obere Ende der Kartusche mit einer Rippe 31 versehen,
die in die schräg
verlaufende, innere Fläche
des Rands 58 eingreift und vorzugsweise eine dichtende,
kraftschlüssige
Passung damit besitzt, wenn die Kartusche nach unten auf den Deckel
gedrückt
wird. Der innere Hohlraum der Kartusche, die dargestellt ist, ist
an dem oberen Ende der Kartusche offen, wobei das bodenseitige Ende
der Kartusche geschlossen ist. Mit den Kragen 12, 14 und 16 sich jeweils
in Deckelhülsen 52, 54 und 46 hinein
erstreckend, wird, wenn einmal die Kartusche vollständig montiert
und innerhalb des Deckels befestigt ist, der innere Hohlraum der
Kartusche gegen die Kammer des Luftbefeuchters isoliert und schafft
einen Totgasraum, der nicht Atemgas oder Gas, zugeführt zu oder von
dem Luftbefeuchter, aufnimmt oder zuführt. Demzufolge verschiebt,
wenn die Kartusche in dem Luftbefeuchter installiert und montiert
ist, sie effektiv das Volumen innerhalb des Hohlraums des Luftbefeuchters.
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Anhand
der 4 und auch der 5 kann die
Beziehung der Kartusche, installiert in dem Hohlraum des Luftbefeuchters,
gesehen werden. Mit der Anordnung vollständig montiert und befestigt
an dem Ventilatorkreis, der nicht dargestellt ist, wird, während eines
Betriebs, Atemgas von einem Ventilator in das Gaseinlassanschlussstück 32, über den
Gaseinlassanschluss 13, entlang des Kanalraums 22 zwangszugeführt und
wird dem erwärmten
Wasser innerhalb des inneren Hohlraums des Behälters des Luftbefeuchters ausgesetzt.
Das befeuchtete Atemgas wird aus der Anordnung über den Kanalraum 24, über den Gasauslassanschluss 15 und
das Gasauslassanschlussstück 34 zu
dem Patienten herausgedrückt. Eine
Befeuchtung des Atemgases kann unter Verwendung eines Materials
mit Dochtwirkung, wie beispielsweise eines absorbierenden Papiers 41,
dargestellt in 5, und auch dargestellt und
offenbart in dem US-Patent Nr. 4,674,494, verbessert werden. Allerdings
können
andere Vorrichtungen oder Komponenten mit Dochtwirkung oder andere
Einrichtungen, um die Befeuchtung des Atemgases innerhalb der Kammer
zu verbessern, ebenso verwendet werden. Wiederum sind die Form und
die Größe der Kartusche
wichtig, um innerhalb des inneren Hohlraums des Behälters des
Luftbefeuchters aufgenommen und dort befestigt zu werden. Die Größe der Kartusche
ist nur dahingehend wichtig, dass sie einen signifikanten oder wesentlichen
Umfang des Gasraums innerhalb des inneren Hohlraums belegt oder
verschiebt, um dadurch entsprechend das Gasvolumen des Hohlraums
und das Compliance des Luftbefeuchters zu verringern, wie dies zuvor
beschrieben ist. Um die Compliance zu verringern, wird die Menge an
Gas, die komprimiert, bewegt, erwärmt und innerhalb des Luftbefeuchters
befeuchtet werden muss, entsprechend verringert, um dadurch wesentlich
die Effektivität
und die gesamte Funktionsweise des Geräts zu verbessern. Demzufolge
wird, mit einer wesentlich reduzierten Compliance, wie dies durch
die vorliegende Erfindung erzielt wird, was von einer Verringerung
von zwischen ungefähr
20% und ungefähr 80%
des Volumens des Hohlraums des Luftbefeuchters resultiert, eine
Verringerung eines Drucks, benötigt
dazu, das Atemgas durch den Luftbefeuchter zu drücken, verglichen mit den vorliegenden
Luftbefeuchtern, erreicht. Vorzugsweise liegt die Verschiebung der
Kartusche zwischen ungefähr
50% und ungefähr
80% des Volumens des Hohlraums des Luftbefeuchters. In einem spezifischen
Beispiel wurde, bei der Vorrichtung, die hier dargestellt und beschrieben
ist, das komprimierbare Volumen einer Luftbefeuchtungskammer mit
405 ml (Hudson RCI Luftbefeuchter #385-20 und 385-30) auf 105 ml
durch Einsetzen der Kartusche im Wesentlichen so, wie dies in den 4 und 5 dargestellt
ist, verringert. Weiterhin wurde die Compliance in ml/cm H2O und bei Drücken zwischen 5 und 60 cm H2O auf zwischen ungefähr 30% und ungefähr 60% verringert.
Genauer gesagt wurde bei Drücken
von 5, 10 und 15 cm H2O die Compliance der
vorstehend erwähnten
Luftbefeuchtungskammer von 0,3 auf 0,2 ml/cm H2O
und bei Drücken
oberhalb von 15 cm (20, 30, 40 und 60 cm H2O)
von 0,4 auf 0,2 ml/cm H2O verringert. Eine solche Verringerung
in der Compliance ist besonders vorteilhaft und wichtig für eine mechanische
Beatmung von Kleinkindern, Kindern und neugeborenen Patienten, wo
relativ niedrige oder verringerte, mechanische Ventilatordrücke kritisch
sind, da sie die Druckbereiche sind, denen die Patienten ausgesetzt werden.