DK143004B - Luftanalysator - Google Patents

Description

(^) (11) FREMLÆ6GELSESSKRIFT 1^3004 DANMARK »i) μ. ci.s s o i n 21/66 • (21) Ansøgning nr. 5389/75 (22) Indleveret den 28. nov. 1975 (24) Løbedag 28. nOV. 1975 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggeleesskriftet offentliggjort den 9 · Π&Γ · 1981

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

29- nov. 1974, 528Ο89, US

(71> SEARLE CARDIO-PULMONARY SYSTEMS INC., P.O.Box 8068, Emeryville, TJalifornia 94608, US.

(72) opfinder: Robert Bruce Eraser, 1088 Arlington Blvd., El Cerrito,

California 94550, US.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling;

Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(54) Luft analysator.

Opfindelsen angår en luftanalysator til bestemmelse af én eller flere luftarter i en patients udåndingsluft, indbefattende et cylindrisk analysekammer af elektrisk isolerende materiale, en med kammerets ene ende forbundet forbindelsesledning til patienten, og en ved kammerets modsatte ende anbragt afgangsledning, der er forbundet med en kilde for undertryk til fjernelse af luft fra kammeret, organer anbragt ved kammerets nævnte ender til påtrykning af en spændingsforskel mellem enderne til frembringelse af en glødeudladning fra luften i kammeret i nærværelse af undertryk, et antal strålingsdetektorer, der er anbragt omkring analysekammeret, strålingsfiltre mellem kammeret og i det mindste nogle af strålingsdetektorerne, idet 2 143004 hvert filter er beregnet til én af de forskellige luftarter i kammeret, og organer til angivelse af det af hver af strålingsdetektorerne konstaterede resultat.

På det medicinske område er der et tiltagende behov for en enkel, transportabel, nøjagtig og pålidelig indretning til bestemmelse af én eller flere luftarter i en patients udåndingsluft og til konstatering af forholdsvis små mængder af fysiologiske luftarter i en forbindelsesledning til patienten. I visse tilfælde er det ønskeligt at benytte en enkelt, speciel luftart til at aktivere eller udløse indretningens reaktion på andre tilstedeværende luftarter, men det må foretrækkes ikke at anvende nogen ekstra aktiverings- eller udløsningsluftart for at opnå en egnet angivelse.

Det er ønskeligt at bestemme tilstedeværelsen af et beskedent antal forskellige luftarter i en patients udåndingsluft, f.eks. fem eller seks, som kan have interesse, selv om man kan konstatere flere eller færre, om dette skulle være ønskeligt.

Ved en fra USA patentskrift nr. 3.025.745 kendt luftanalysator af den angivne art anvendes et Geissler-rør. Et sådant rør har altid, uanset i hvilken specifik udformning det præsenteres, det generelle særpræg, at det er forholdsvis stort ved enderne, og meget smalt i midten. Ved denne analysator skal analysekammeret i midten kun have en diameter på 1,3 mm eller mindre, eller endda på kun 0,8 mm, selv om der også kan være tale om en kammerdiameter på 3 mm. Spændingen påtrykkes ved hjælp af elektroder, der rager ind i analysekammeret.

Luftanalysatoren ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at analysekammeret fra ende til ende har ensartet indvendig diameter på mellem 10 og 30 mm, at kammeret ved sin tilførselsende er lukket ved et elektrisk ledende endestykke, der har en til forbindelse med forbindelsesledningen indrettet aksial tilførselskanal, hvis indvendige diameter er på mellem 1 og 2 mm, og at kammeret ved sin afgangsende er lukket ved et andet elektrisk ledende endestykke med en aksial afgangskanal, hvis indvendige diameter er.på mellem 3,2 og 6,4 mm. Disse dimensioner ligger således væsentlig over dimensionerne i den kendte analysator.

3 143004

Da analysekammeret har cirkulær-cylindrisk tværsnit med uændret diameter fra ende til ende, medens tilførsels- og bortførselspassagen er væsentlig smallere, tilvejebringes et apparat, som i sammenligning med det kendte kan udformes robust og derfor velegnet til transport samtidig med, at det på enkel måde sikres, at der igennem analysekammeret fremføres en passende luftmængde med en passende strømningshastighed, således at der i analysekammeret opnås en passende responstid. Spændingen påtrykkes gennem endestykkerne, som selv er elektrisk ledende og derved udgør elektroder. Det er i disse endestykker, at kanalerne med de angivne små dimensioner er udformet.

En anden, fra engelsk patentskrift nr. 1.083.876 kendt luftanalysator har fra ende til ende praktisk taget ensartet diameter. Apparatet mangler derfor et analysekammer med stor diameter. Heller ikke engelsk patentskrift nr. 1.287.418 omhandler en luftanalysator med de for analysatoren ifølge opfindelsen ejendommelige dimensioneringsforhold.

I luftanalysatoren ifølge opfindelsen kan elektrodeforstøvningen reduceres væsentligt ved, at der ved analysekammerets inderside på nær et ringformet område i nærheden af filtrene er anbragt en cylindrisk, forstøvningen reducerende isolering.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 skematisk viser en del af en luftanalysator ifølge opfindelsen med dens mekaniske og elektroniske dele, fig. 2 et snit - ikke i de rigtige målestoks-forhold - i vandrette planer efter linien 2-2 i fig. 3 gennem en luftanalysator ifølge opfindelsen, og fig. 3 et snit efter linien 3-3 i fig. 2.

Analysatoren er bestemt til at blive forbundet med en vejrtrækningsledning 6, som ved sin ene ende, til venstre i fig. 1, er forbundet med det sædvanlige apparatur til modtagelse af en patients åndingsluft. Ved udånding strømmer udåndingsluften i pilen 7's retning gennem ledningen 6 til et afgangssted 8.

For at udåndingsluften kan undersøges på passende måde har vejrtrækningsledningen 6 en tilførselsledning 9, der over en manuelt indstillelig ventil 11 fører til en ledning 12, der 4 143004 har særlig form og størrelse. Ved en udførelsesform for analysatoren har ledningen 12 fortrinsvis en indvendig diameter D-^ på ca. 1,5 mm. Ved denne størrelse for ledningen 12 er mængden og strømningshastigheden af luften tilstrækkelig til en passende responstid og til passage af en rimelig mængde udåndingsluft i forbindelse med de andre forhold, som skal omtales.

Ledningen 12 rager ind i et analysekammer 16. Dette har en massiv top eller et låg 17, som fortrinsvis er fremstillet af aluminium eller et lignende materiale. Låget 17 har et beskyttende legeme 15 af grafit eller molybdæn, som vist på fig. 3, og som har en kanal til passage af en forlængelse af ledningen 12 til kammerets indre. Kammerets væg 18 er i hovedsagen cirkulær-cylin-drisk og er fremstillet af glas. Væggen er ved sin ene ende tæt forbundet med låget 17, og ved sin anden ende er den indsat og i tæt forbindelse med et nederste låg 19, der ligeledes er fremstillet af aluminium med et beskyttende legeme 20 af grafit eller molybdæn, fig. 3. Gennem låget 19 og legemet 20 går der en kanal 21 til en afgangsledning 22, der fører til en undertrykskilde, såsom en ikke vist vakuumpumpe. Det er væsentligt, at kammerets indvendige diameter D2 har en forud fastsat størrelse, mellem 10-30 mm, fortrinsvis ca. 20 mm. I forhold hertil bør afgangsledningen 22's indvendige diameter D^ ligge mellem 3,2 og 6,4 mm. Det væsentlige er, at der ikke bør være nogen unødvendig begrænsning af luftens strømning, selv om strømmen fra kammeret er underkastet regulering.

Kammeret 16 er et analysekammer, idet låget 17 og legemet 15 tjener som katode i et elektrisk kredsløb og har en ledning 23 til jord 24, medens det nederste låg 19 og legemet 20 tjener som anode og ved en bolt 25 og en ledning 26 er forbundet til en elektrisk spændingskilde 27. Denne har fortrinsvis en positiv spænding på ca. 600 volt i forhold til jord 24. Når denne del af analysatoren forbindes med patienten og vakuumpumpen, og ventilen 11 åbnes passende, og når også kammeret er i elektrisk forbindelse, vil den gennem kammeret strømmende luft give en glødeudladning. Dennes forskellige karakteristika beror på tilstedeværelsen af den eller de forskellige luftarter i kammeret. Udladningen opvarmer katoden 17, men da katoden er forholdsvis massiv og har en væsentlig overflade, går meget af den modtagne varme tabt.

I denne analysator indstilles ventilen fortrinsvis til en 143004 3 b luftstrøm på ca. 10 cm /min. som maksimum. Strømmen kan formind- 3 skes til ca. 5 cm /min., men dette medfører en meget lang reak- 3 tionstid. Luftstrømmen kan også øges til ca. 15 cm /min., men i så fald har reaktionen tendens til at blive påfaldende ikke--lineær.

Omkring kammeret er der i samme afstand fra dets lodrette akse anbragt et antal detektorer 31, fig. 2 og 3. Hver af disse er anbragt på en plade 32, som danner del af analysatorens stel. Pladen 32 er fortrinsvis fastgjort ved hjælp af bolte 33, der rager gennem afstandsholdere 34 ned til apparatets bundplade 36. Detektorerne 31 er anbragt i og beskyttet af en kappe 37, der hviler på bundpladen 36. En aftagelig hætte 38 er forsynet med en ringflange 35, der er fastholdt ved hjælp af passende skruer 39, og hætten selv holdes på katoden 17 ved hjælp af skruer 40.

Hver af de i dette tilfælde syv detektorer 31 indbefatter et fotomultiplikatorrør 41 af almindelig kendt art, som har en sokkel 42, der er anbragt i en fatning 43 på pladen 32. Hvert rør 41 er forbundet med et tilhørende kredsløb, fig. 1. Dette kredsløb indbefatter en ledning 44 til jord 24. En kilde 46 med negativ spænding er forbundet med multiplikatorrøret 41 ved en ledning 47. En ledning 48 fra røret 41 passerer gennem en forstærker 49, der har et indstillingsorgan 51 til eliminering af forskudt udgangsspænding fra forstærkeren. Forstærkerens udgangsspænding tilføres en måler 52, som ved en ledning 53 er forbundet til jord 24.

Hvert fotomultiplikatorrør er omgivet af en for stråling u-igennemtrængelig skærm 54, som kan forskydes på sokkelen 42. Skærmen er udformet med en åbning 55. Åbningen er ca. 6,4 mm i diameter og lader stråling passere gennem analysekammeret 16's væg 18 hen til et filter 56. Hvert filter er et specialfilter og bestemt til kun at lade en speciel luftarts spektrum passere. På denne måde kan spektret af syv forskellige luftarter konstateres ved hjælp af et enkelt analyseapparat.

Filteret 56 kan indstilles rigtigt i forhold til analysekammeret og røret 41 ved aksial bevægelse og drejning af skærmen 54. Skærmen kan drejes manuelt, løftes og sænkes, indtil strålingen fra kammeret gennem filteret er rettet nøjagtigt på det iøvrigt indelukkede fotomultiplikatorrør.

Strålingen fra kammeret modtages samtidigt af alle syv modtagere, som hver har sit eget kredsløb scan omtalt i det foregående.

143004 6

Hvert rør 41 kan forbindes i serie med måleren 52, hvorved det bliver muligt at aflæse resultatet fra op til syv forskellige luftarter. Man kan også have en konstant samtidig kontrol af hver af de syv luftarter ved hjælp af et særligt, uden for analysatoren beliggende aflæsningsinstrument.

Ved en analysator af den beskrevne art kommer aflæsningsresultaterne i løbet at 50 til 100 millisekunder, så at apparatet kan benyttes til kontinuerlig, løbende aflæsning.

I mange tilfælde, navnlig da man begyndte at arbejde med analysatoren, var det almindeligt at arbejde med apparatet ved hjælp af en strøm af helium gennem analysekammeret, idet heliumet virkede som stimulator for den eller de andre tilstedeværende luftarter.

Ved passende foranstaltninger kunne heliumværdien fratrækkes fra det endelige resultat, så at man fik en værdi for hver af de andre luftarter. Dette var et simpelt og nøjagtigt apparat til konstatering af et antal anæstesi-, fysiologi- og prøvegasser. Denne tidligere teknik var baseret på anvendelsen af en bæregas, såsom helium, og var i høj grad afhængig af brugen af aktiverede, heliumatomer som stimulatorer for andre luftarter, i den senere tid har det vist sig, at man ved at udforme analysatoren i hovedsagen med de viste og beskrevne dimensioner og indbyrdes forhold ikke længere behøver at anvende helium eller en anden bæregas. Det er ikke nødvendigt at benytte helium eller sammenlignelige ioner som stimulatorer. De individuelle luftarter kan enten alene eller i blanding detekteres hver for sig. Heliumet kan også bruges til fysiologiske undersøgelser eller konstateringer i stedet for at blive benyttet som bærer eller aktivator.

Ved langvarig anvendelse af analysatoren har det vist sig, at der sommetider opstår vanskeligheder på grund af elektrodeforstøvning og afsætning af metaloxider i analysekammeret. Oxideringen er i væsentlig grad formindsket ved at anvende molybdæn som metal for anoden og katoden, eller som beskyttelseslegemer 15 og 20, der øger størrelsen af anoden og katoden. Molybdænet er fordelagtigt, fordi molybdænoxid, der måtte forekomme i analysekammeret, er i gasform og afgår saitmen med luftarten eller luftarterne uden at efterlade belægninger. Elektrodeforstøvningen reduceres væsentligt ved anvendelse af den cylindriske glasisolering eller keramisk isolering 57 og 58 inden for den ydre glasvæg 18, idet de strækker sig fra væggenes ender til en ringformet spalte omkring åbningerne 55. De forstøvede partikler fra katoden 15 møder glasisoleringen eller den U3004 keramiske isolering, og den udvendige glasvæg 18 forbliver ren. Isoleringerne 57 og 58 har en forholdsvis stor radial tykkelse i forhold til den aksiale spalte, så at de får en væsentlig kolli-merende virkning på strålingen fra udladningen. Strålingen er afskærmet mod fremmede stråler og yderligere kollimeret ved at passere gennem forholdsvis små åbninger 59 i en tynd lysskærm 61 af for lys uigennemtrængeligt materiale, som omgiver glasvæggen 18.

Når analysatoren er i funktion, er røret forbundet med patienten, kredsløbet aktiveret, og måleren 52 forbundet i serie eller på anden måde med de individuelle detektorer 31, der er egnet til spektrografisk aflæsning af de enkelte luftarter, som f.eks. kan være nitrogen, oxygen, carbondioxid, carbonmonoxid, helium, acetylen, dinitrogenoxid, nitrogenoxid, svovldioxid og nogle anæstesigasser.