EP4175543A2 - Sensor arrangement, medical apparatus, exhalation valve, and method for determining a carbon dioxide concentration in a measurement gas - Google Patents

Sensor arrangement, medical apparatus, exhalation valve, and method for determining a carbon dioxide concentration in a measurement gas

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Publication number
EP4175543A2
EP4175543A2 EP21743060.2A EP21743060A EP4175543A2 EP 4175543 A2 EP4175543 A2 EP 4175543A2 EP 21743060 A EP21743060 A EP 21743060A EP 4175543 A2 EP4175543 A2 EP 4175543A2
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EP
European Patent Office
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line
gas
branch line
filter
medical device
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Pending
Application number
EP21743060.2A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Ullrich Hansmann
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Draegerwerk AG and Co KGaA
Original Assignee
Draegerwerk AG and Co KGaA
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Filing date
Publication date
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    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/004CO or CO2

Definitions

  • the present invention relates to a sensor arrangement for a medical device, in particular for a ventilator, having a sensor unit for determining a carbon dioxide concentration in measurement gas, and a branch line for branching off the measurement gas from a main line of the medical device and for routing the branched measurement gas to the sensor unit.
  • the invention also relates to a medical device, in particular a ventilator, an expiration valve for a medical device and a method for determining a carbon dioxide concentration in a measurement gas.
  • Carbon dioxide is one of the most important parameters for assessing ventilation efficiency when a person is ventilated using a ventilator. Precise and reliable monitoring of the carbon dioxide concentration is therefore of crucial importance during ventilation.
  • the carbon dioxide concentration can be recorded with the aid of infrared sensors, electrochemical sensors, a colorimetric method, or with the aid of mass spectrometers.
  • Some of these methods have a complex measurement setup, are accordingly expensive and / or are not suitable for continuous recording of the carbon dioxide concentration.
  • a system in which, by means of the thermal conduction of a measurement gas or a gas sample at a sensor unit, conclusions can be drawn about the carbon dioxide concentration in the measurement gas.
  • a sensor unit close to a so-called mainstream or a main line is gassed with inspiration gas and expiration gas by means of diffusion.
  • inspiration gas and expiration gas by means of diffusion.
  • a hydrophobic barrier against condensing moisture is also proposed there.
  • the problem with this system is that cross-influences via gas parameters such as the measuring gas temperature and / or the measuring gas humidity synchronously with the breathing phases, i.e.
  • inspiration and expiration lead to insufficiently accurate determination of the carbon dioxide concentration in the measuring gas due to the lack of selectivity in the sensor unit.
  • the changing humidity caused by inspiration and expiration leads to changing humidity on the sensor depending on the occupancy of the hydrophobic barrier. This can lead to changed measured values and a corresponding measurement inaccuracy as well as to a partial to complete gas lock, which means that the desired measurement can no longer be carried out.
  • the object of the present invention is to at least partially take into account the problems described above.
  • the above object is achieved by the claims.
  • the above object is achieved by the sensor arrangement according to claim 1, the medical device according to claim 15, the expiration valve according to claim 22, and the method according to claim 25. Further advantages of the invention emerge from the subclaims, the description and the figures. Features that are described in connection with the sensor arrangement naturally also apply in connection with the medical device according to the invention, the expiration valve according to the invention, the method according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is always made and / or are reciprocated can.
  • a sensor arrangement for a medical device includes a Sensor unit for determining a carbon dioxide concentration in measurement gas, a branch line for branching off the measurement gas from a main line of the medical device and for guiding the branched measurement gas to the sensor unit, and at least one HME filter for filtering the branched measurement gas.
  • the HME filter used has no significant and / or adverse effect on other gas components to be measured.
  • the humidity and the heat of the measurement gas are evenly distributed over time without influencing the actually desired measurement effect of the differences in heat conduction with regard to the existing and missing carbon dioxide. That is to say, the HME filter has no or essentially no influence on the supply of the amount of carbon dioxide to the sensor unit.
  • the gas transport may only be delayed somewhat by the volume of the HME filter.
  • this has no or at least no significant influence on the desired determination of the carbon dioxide concentration in the measurement gas. Changes in heat conduction that result from changes in temperature and / or humidity in the measurement gas and occur synchronously with the breathing phases are among the main causes of inaccurate carbon dioxide measurements. With the present invention, this problem can be taken into account in a simple, inexpensive and effective manner.
  • an HME filter is understood to mean a heat-moisture-exchange filter and / or a filter housing with such a filter material.
  • the HME filter can therefore be understood as a heat and moisture exchanger.
  • HME filters have so far been used in particular in a mainstream or in a main line of a ventilator or a corresponding medical device used where they are always alternated with inspiratory gas and expiratory gas in the ventilation cycle. HME filters have so far served in particular to adequately humidify the inspiratory gas or the inhaled air of the patient and to avoid cross-contamination in the main line.
  • the proposed HME filter of the sensor arrangement is preferred in terms of its size and / or function for buffering, balancing, reducing and / or smoothing temperature and / or humidity differences of the branched measurement gas for the duration of at least one breath, i.e. including inspiration and expiration, configured.
  • the HME filter can accordingly be provided not only for classic filtering of the measurement gas, but in particular for buffering, equalizing, reducing and / or smoothing the temperature and / or humidity differences in the branched measurement gas.
  • the at least one HME filter can have a filter housing and filter material for filtering the measurement gas in the filter housing.
  • the filter housing can be configured as a rigid filter housing or as a flexible or elastically deformable filter housing which, for example, is tubular.
  • the HME filter can also be designed without a filter housing and exclusively as the functionally relevant HME filter material, for example in the form of a hose insert.
  • the measurement gas can be conveyed, in particular sucked, from the main line into the branch line and from there to the sensor unit using a fluid delivery unit, in particular a pump.
  • a fluid delivery unit in particular a pump.
  • the sensor arrangement can have a fluid delivery unit, in particular a pump, for delivering and / or sucking measurement gas from the main line into the branch line and from there to the sensor unit.
  • the HME filter is preferably configured in a measurement gas flow direction to the sensor unit upstream of the sensor unit and / or in a state installed in the ventilator upstream of the sensor unit, so that the measurement gas can flow through the HME filter before it reaches the sensor unit.
  • the sensor arrangement is preferably designed for use in and / or with a medical device in the form of a ventilator.
  • the branch line preferably has a flexible hose line for guiding the branched measurement gas to the sensor unit. Furthermore, the branch line can be designed in the form of the flexible hose line.
  • the branch line can have, in addition to the hose line, further functional components such as adapter and / or connection components for connecting the hose line to the main line, to the sensor unit and / or to the HME filter.
  • the sensor unit can be designed and / or configured in accordance with a sensor described in DE 10 2010 047 159 A1 for determining the carbon dioxide concentration in the measurement gas.
  • the branch line has a smaller, in particular a multiple smaller, inner diameter than a generic main line of a ventilator.
  • the at least one HME filter in a sensor arrangement can be configured in the branch line.
  • the sensor arrangement can thus be made available in a particularly compact and correspondingly space-saving manner. Furthermore, the sensor arrangement can easily be installed on and / or in the medical device.
  • the at least one HME filter can already be configured in the branch line during installation.
  • the at least one HME filter is designed in particular within a line volume of the branch line.
  • the branch line can, for example, have a hose line, the at least one HME filter being configured at least in part of the inner volume of the hose line.
  • At least part of a hose jacket of the hose line can enclose the at least one HME filter in a jacket shape over the entire length of the at least one HME filter or over part of the length of the HME filter.
  • the at least one HME filter can be designed, so to speak, in the form of a hose insert.
  • the at least one HME filter is preferably designed in a form-fitting and / or force-fitting manner in the branch line.
  • the outer circumferential surface of the at least one HME filter can accordingly be complementary to an inner circumferential surface of the branch line, in particular to an inner circumferential surface of the hose line the branch line.
  • the outer diameter of the at least one HME filter can consequently correspond to the inner diameter at the point of the hose line at which the at least one HME filter is positioned in the hose line, or to insert the at least one FIME filter into the branch line, it can be slightly smaller than the inner diameter be at the point of the hose line.
  • the branch line in a sensor arrangement according to the invention, it is also possible for the branch line to have an end section on the main line for connecting the branch line to the main line and a sensor-side end section for connecting the branch line to the sensor unit, an HME filter being arranged on and / or in the main line-side end section.
  • the one, in particular individual, HME filter is thus arranged as directly and / or close to the main line as possible.
  • the intended buffering or equalization of the temperature and / or moisture differences in the measurement gas can be carried out by the HME filter as early as possible upstream of the sensor unit.
  • Undesired condensate in the branch line downstream of the HME filter and / or upstream of the sensor unit can thereby be effectively prevented or at least effectively reduced.
  • the branch line has a longer hose line and critical conditions, for example cold outside temperatures, prevail, in which the temperature in the hose line falls well below the mask temperature or falls below the dew point of the mean humidity.
  • critical conditions for example cold outside temperatures
  • the fact that the sensor-side end section is designed to connect the branch line to the sensor unit can be understood to mean that a connection port for fluid-tight connection of the branch line to the main line, in particular to a mating connection port of the main line, is configured on the sensor-side end section.
  • the fluid-tight connection can be understood to mean a connection through which the measurement gas slides, in particular sucked, out of the main line into the branch line without leaks.
  • the HME filter is arranged on and / or in the main line-side end section can be understood to mean that the HME filter, for example in the form of a hose insert, at least partially in the main line-side end section of the branch line or a hose line of the branch line is arranged, or is arranged as an attachment at least partially outside of such a hose line on the hose line.
  • the branch line has an end section on the main line for connecting the branch line to the main line and a sensor-side end section for connecting the branch line to the sensor unit, the sensor arrangement having a first HME filter on and / or in the main line-side end section and a second HME filter on and / or in the sensor-side end section.
  • the second HME filter on and / or in the sensor-side end section can effectively protect the sensor unit from condensing moisture. This in turn leads to a measurement gas supply to the sensor unit that is as free from moisture as possible and consequently to correspondingly precise measurement results.
  • the two HME filters are preferably designed at a distance from one another, for example by more than 50 cm, in particular in a range between 50 cm and 150 cm from one another.
  • the two HME filters preferably have the same size and / or shape.
  • the first HME filter in the main line-side end section of the branch line is designed in the form of a hose insert, the branch line, viewed in a flow direction of the measurement gas through the branch line, at the level of the HME filter has a larger inner diameter than in a region downstream of the HME filter. Because the branch line downstream of the HME filter is less susceptible to condensing moisture in the measurement gas, the internal diameter of the branch line downstream of the HME filter can be designed to be relatively small. Material and costs can thus be saved and the branch line can be designed to be compact. In particular, a dead space in the branch line and / or a measurement delay can thereby be kept relatively small.
  • the direction of flow of the measurement gas through the branch line is in a state of the sensor arrangement in which it is in the medical unit is installed.
  • the flow direction runs from the main line through the branch line, there through the at least one HME filter arranged in and / or on the branch line, and downstream of the at least one HME filter to the sensor unit and beyond, for example to a pump, the downstream the sensor unit can be arranged for sucking off the measurement gas from the main line into the branch line.
  • the inside diameter at the level of the HME filter is designed to be somewhat larger than the inside diameter downstream of the HME filter in order to be able to accommodate the HME filter with a correspondingly large diameter or outside diameter. In this way, the requirements for a sufficient buffer effect by the HME filter and, nevertheless, a space-saving and, if possible, delay-free forwarding of the measuring gas to the sensor unit can be taken into account.
  • the inner diameter of the branch line can have a value in a range between 2 mm and 4 mm and the inner diameter of the branch line downstream of the first HME filter can have a value in a range between 0.5 mm and 2 mm.
  • Extensive tests within the scope of the present invention have shown that with a diameter in the range between 2 mm and 4 mm, possible condensate upstream of the HME filter is relatively unproblematic.
  • the diameter in a range between 0.5 mm and 2 mm downstream of the HME filter has proven to be an advantageous compromise with regard to a robust branch line and nevertheless the smallest possible dead space or a correspondingly low measurement delay.
  • the branch line or hose line can be used to produce a flow velocity in a range between 1 m / s and 1.5 m / s with a volume flow in a range between
  • the at least one HME filter can furthermore be designed in the form of a hose insert in the main line-side end section of the branch line, the branch line through the Considered branch line, in a region upstream of the at least one HME filter has a larger inner diameter than downstream of the at least one HME filter. This can prevent condensate upstream of the at least one HME filter from clogging the branch line and downstream of the at least one HME filter the desired compromise with regard to a robust branch line and nevertheless the smallest possible dead space or a correspondingly small measurement delay .
  • the internal diameter of the branch line upstream of the at least one HME filter has a value in a range between 1.5 mm and 4 mm and the internal diameter of the branch line downstream of the at least one HME filter has a value in a range between 0.5 mm and 2 mm.
  • Advantages in terms of simple manufacture of the branch line can be achieved if the areas upstream of the HME filter and at the level of the HME filter have the same inner diameter.
  • the same can be configured in an analogous manner with regard to an outer diameter of such a hose line.
  • the area upstream of the HME filter or the corresponding internal volume of a hose line of the branch line has a smaller internal diameter than in the area of the HME filter, and preferably nevertheless larger than in the area downstream of the HME filter.
  • the inner diameter of a hose line described above can therefore remain constant over the area upstream of the HME filter to the area in which the HME filter is configured in the hose line and can differ from the area in which the HME filter is configured in the hose line is, to the area downstream of the HME filter, decrease, or from the area upstream of the HME filter to the area in which the HME filter is configured in the hose line, and from the area in which the HME filter is designed in the hose line, towards the area downstream of the HME filter, reduce it again.
  • the at least one HME filter preferably has a length in a range between 8 mm and 20 mm and a width in a range between 2 mm and 6 mm.
  • the at least one HME filter has a length in a range between 10 mm and 15 mm and a width in a range between 3 mm and 5 mm.
  • the at least one HME filter is flowed through as far as possible only with the measurement gas or the suction flow and can thus be kept relatively small.
  • the well-known HME filters that have been used in the main line up to now are designed for patient gas flows of up to 180 1 / min.
  • the at least one HME filter according to the present invention is designed for a flow of measurement gas in a range of, for example, between 30 ml / min and 100 ml / min, in particular in a range between 40 ml / min and 70 ml / min.
  • the branch line can therefore be designed correspondingly small, material and space-saving and inexpensive.
  • the at least one HME filter is preferably cylindrical and designed with a length in a range between 8 mm and 20 mm and a diameter in a range between 2 mm and 6 mm.
  • the branch line it is possible, in a sensor arrangement, for the branch line to have a hose line with a length in a range between 80 cm and 150 cm.
  • the hose line has a length in a range between 90 cm and 110 cm.
  • the hose line has the above-described inside diameter in a range between 0.5 mm and 2 mm, preferably over a length of the hose line in a range between 80 cm and 120 cm.
  • the branch line can have a hose line made of silicone or at least partially made of silicone.
  • the branch line has a hose line with a PVC coating on an outer circumferential surface of the hose line.
  • the PVC coating enables environmental influences on the measurement gas, which could influence the measurement result, to be prevented in a simple and inexpensive manner.
  • the PVC coating preferably has a thickness in a range between 0.1 mm and 0.4 mm.
  • the branch line in a sensor arrangement according to a further embodiment variant of the present invention, it is possible for the branch line to have a Luer lock connection for establishing a fluid connection with the main line.
  • the branch line can be connected or connected to the main line and / or a connection section of the main line particularly quickly and easily.
  • a counter-Luer lock connection for a corresponding connection between the main line and the branch line, between the breathing mask and the branch line and / or between the exhalation valve and the branch line be designed.
  • the at least one HME filter can also have a microporous plastic foam.
  • the at least one HME filter can in particular have an open-pored, salt-coated plastic foam.
  • the at least one HME filter can therefore have a humidification efficiency of approx. 30 mg water per liter with respect to the inspiratory gas.
  • a medical device made available for ventilation of a person.
  • the medical device has a main line for guiding inspiratory gas and for guiding expiratory gas, as well as a sensor arrangement as described above, the branch line being designed to branch off a measurement gas from the main line and the at least one HME filter being configured to filter the branched measurement gas.
  • the medical device according to the invention thus brings the same advantages as have been described in detail with reference to the device according to the invention.
  • the medical device can furthermore have a breathing mask and / or an expiration valve, wherein the main line can be configured for conveying inspiratory gas to the breathing mask and for conveying expiratory gas away from the breathing mask and / or towards the expiratory valve.
  • the branch line can be designed to branch off the measurement gas from the main line through the breathing mask and / or through the expiration valve.
  • an expiration valve can accordingly be configured on the breathing mask, the main line extending from an exhalation area of the breathing mask to the expiration valve and from there, i.e. in and / or on the expiration valve, the branch line on the main line for branching off the measurement gas from the main line , is designed.
  • the medical device can also have a fluid delivery unit, in particular a pump, for delivering, pumping and / or sucking off the measurement gas or inspiratory gas and expiratory gas from the main line into the branch line.
  • the at least one HME filter is configured in particular to buffer and / or smooth temperature and / or humidity changes in the measurement gas for the duration of at least one breath.
  • the main line in a medical device according to a preferred embodiment, it is possible for the main line to have an inspiratory gas line section for conveying the inspiratory gas and an overall gas line section for conveying the inspiratory gas and the expiratory gas, the branch line being designed to branch off the measurement gas from the overall gas line section. That is, the measurement gas will be branched off from a part of the main line through which both inspiratory gas and expiratory gas are passed while the medical device is in operation.
  • the carbon dioxide concentration in the measurement gas is in particular via a Carbon dioxide difference between the inspiratory gas and the expiratory gas is determined or measured and calculated by means of a computing unit of the medical device. Including that the sensor unit to determine the
  • Carbon dioxide concentration in the measurement gas is configured to be understood in particular that the sensor unit is used to determine the
  • Carbon dioxide concentration is used.
  • the fact that the carbon dioxide concentration is determined by means of the sensor unit can be understood to mean that the carbon dioxide concentration is determined on the basis of various measurements and calculations and the sensor unit is used here, or, in other words, that the carbon dioxide concentration in the measurement gas is determined on the basis of a thermal conductivity of the measurement gas measured by the sensor unit will.
  • the carbon dioxide differences can be determined by means of the sensor unit and the carbon dioxide concentration is calculated on the basis of the measured values and / or determined on the basis of, for example, a look-up table.
  • the measurement gas therefore preferably comprises inspiration gas and expiration gas.
  • the relative carbon dioxide concentration in the expiratory gas can be determined from the carbon dioxide difference between the inspiratory gas and the expiratory gas.
  • the branch line is accordingly configured to branch off the measurement gas, which comprises the inspiratory gas and the expiratory gas, from the main line through the at least one HME filter to the sensor unit.
  • the at least one HME filter can be located within the entire gas line section. That is to say, the branch line is not only connected and / or tied to the main line, but extends into the main line, more precisely into the entire gas line section.
  • the HME filter and / or the branch line with an HME filter arranged therein can, so to speak, be arranged and / or guided within the main line.
  • the outer circumferential surface of the branch line can be spaced apart from an inner circumferential surface of the main line in a region in which the HME filter is configured in and / or on the branch line.
  • the main line can also lead to an expiration valve of the medical device or extend through at least a portion of the expiratory valve.
  • the at least one HME filter can also be viewed as being designed within the expiratory filter. This also leads to a particularly compact and robust design.
  • the HME filter can be effectively protected against environmental influences within the main line and / or the expiration valve.
  • the branch line can extend from a position within the main line from the total gas line section into the inspiratory gas line section Inspiratory gas is designed to be performed.
  • the branch line can be integrated and / or guided in at least part of the main line. The medical device can thus be provided in a particularly space-saving manner.
  • an expiration valve can be configured for letting out expiratory gas from the medical device into the vicinity of the medical device, the at least one HME filter being configured in the expiration valve.
  • Such a design variant can also be implemented in a relatively compact manner.
  • an HME filter integrated into the exhalation valve when assembling the medical device, only the branch line has to be connected to the exhalation valve and then led to the sensor unit.
  • the branch line can be replaced quickly, easily and inexpensively if necessary, for example in the form of a simple hose line.
  • a position within the expiration valve means that the at least one HME filter and / or part of the branch line with the at least one HME filter arranged thereon and / or therein are arranged in a valve volume of the expiration valve through which the expiration gas and the inspiration gas of the Main line flow.
  • the branch line is preferably connected to the expiration valve for branching off the measurement gas from the main line.
  • the branch line can have a branch connection and the expiratory valve can have a counter-branch connection, for establishing a fluid-tight connection with the branch connection.
  • the medical device described here is preferably made available and / or designed in the form of a ventilator.
  • the medical device can therefore be understood to mean a medical device for ventilating a person, in particular a patient.
  • the medical device can also be configured in the form of an anesthesia device.
  • the ventilator can preferably be configured and / or designed in the form of an emergency ventilator, a ventilator for use in an intensive care unit, a home ventilator, a mobile ventilator and / or a neonatal ventilator.
  • an expiration valve is also provided for a medical device as described above for letting out expiratory gas from the medical device into the vicinity of the medical device.
  • the expiratory valve has an HME filter integrated into the expiratory valve for filtering a measurement gas branched off from the medical device via the expiratory valve.
  • the expiration valve according to the invention thus also has the advantages already described.
  • the expiratory valve can have a breathing mask as mentioned above or a breathing mask with an expiratory valve installed thereon and / or at least partially therein with the features described can be and / or be made available.
  • An expiration valve can have a valve connection for connecting a branch line for branching off the measurement gas from a main line of the medical device through the HME filter.
  • a branch line as described above can be connected with one side to the valve connection and the other side to the sensor unit in order to lead the sample gas from the expiration valve and the HME filter integrated there to the sensor unit.
  • the at least one HME filter can have a microporous plastic foam.
  • a method for determining a carbon dioxide concentration in a measurement gas using a sensor arrangement, a medical device and / or an exhalation valve as described above is provided, the carbon dioxide concentration being determined by measuring the thermal conductivity of the expiratory gas.
  • the method according to the invention thus also has the advantages described above.
  • Figure 1 shows a medical device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a medical device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 shows a medical device according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 7 shows a medical device according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIGS. 8 to 10 are diagrams for explaining the mode of operation of the present invention. Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference symbols in the figures.
  • the medical device 12 comprises a breathing mask 20 and a main line 15 for conveying inspiration gas to the breathing mask 20 and for conveying expiration gas away from the breathing mask 20.
  • the main line 15 has an inspiration gas line section 21 and an expiration gas line section 23.
  • a main pump 27 for supplying the inspiratory gas to the breathing mask 20 or to the person 13 is configured in the inspiratory gas line section 21.
  • An expiration valve 25 is configured downstream of the main pump 27, viewed in a flow direction of the inspiratory gas.
  • the expiration valve 25 is attached to the respiratory protection mask 20. Upstream of the expiration valve 25 and downstream of the main pump 27, only inspiration gas is conducted in the inspiration gas line section 21.
  • the expiration valve 25 through which the main line 15 also extends, inspiratory gas is conducted to the breathing mask 20 and expired gas is conducted away from the breathing mask 20 and via the expiration valve 25 into the vicinity of the medical device 12.
  • Fig. 1 for illustration with two separate arrows.
  • the expiration valve 25 has a total gas line section 22 in which inspiration gas is conducted during inspiration and expiration gas is conducted during expiration.
  • the expiratory valve 25 shown in FIG. 1 also has a first HME filter 16. More precisely, the first HME filter 16 is integrated into the expiration valve 25.
  • the first HME filter 16 is part of a sensor arrangement 10, which in turn is part of the medical device 12.
  • the sensor arrangement 10 has a sensor unit 11 for determining a carbon dioxide concentration in the measurement gas and a branch line 14 for branching off the measurement gas from the main line 15 of the medical device 12 and for guiding the branched measurement gas to the sensor unit 11.
  • the sensor arrangement 10 also has the first HME filter 16 and a second HME filter 17 for filtering the branched measurement gas.
  • the second HME filter 17 is facing a direction of flow of the branched and extracted measurement gas is arranged upstream of the sensor unit 11 directly on the sensor unit 11.
  • the sensor arrangement 10 has a fluid delivery unit 24 in the form of a piezo pump.
  • the fluid delivery unit 24 is arranged downstream of the sensor unit 11.
  • the first HME filter 16 is configured directly on a hose line of the branch line 14.
  • the branch line 14 is thus connected to the expiration valve 25 by means of the hose line and there forms a fluid connection to the first HME filter 16 or enables a fluid connection from the main line 15 through the first HME filter 16 to the sensor unit 11.
  • the expiration valve 25 has a valve connection for this purpose 26 in the form of a Luer lock connection for connecting the branch line 14 or the hose line.
  • the HME filters 16, 17 shown each have a microporous plastic foam for filtering the measurement gas or for achieving the desired buffer or compensation function with regard to the temperature and humidity differences that occur in the measurement gas.
  • the thermal conductivity of the expiratory gas is measured in the sensor unit 11.
  • the measurement is carried out by a micro-structured heating element on a thin membrane of the sensor unit.
  • a thermophilic arrangement that measures an excess temperature of the gas near the heating element in relation to a silicon frame of the membrane. Further details on this can be found in German patent application DE 102010047 159 A1.
  • a medical device is shown according to a second embodiment.
  • the expiration valve 25 shown in FIG. 2 is shown at a distance from the breathing mask 20. Nevertheless, the entire gas line section 22 can be understood as part of the expiration valve 25.
  • the first HME filter 16 is outside the expiratory valve 25 as well as outside the overall gas line section 22 and inside a hose line of the branch line 14. In this case, a valve connection 26 is configured on the hose line.
  • the two HME filters 16, 17 are each integrated as a hose insert in the hose line of the branch line 14.
  • the hose line has a length of approx. 100 cm and consists of a silicone hose coated with PVC.
  • FIG. 3 shows a sensor arrangement 10 in which the first HME filter 16 is designed in the main line-side end section 18 of the branch line 14 in the form of a hose insert, the branch line 14 or the hose line viewed in the flow direction of the measurement gas through the branch line 14 Height of the HME filter 16 has a larger inner diameter than in a region downstream of the HME filter 16. More specifically, the inside diameter of the branch pipe 14 at the level of the first HME filter 16 has a value of 3 mm and the inside diameter of the branch pipe 14 downstream of the first HME filter 16 has a value of 1 mm.
  • the branch line 14 or the hose line upstream of the first HME filter 16 and in the area of the first HME filter 16 each have the same inner diameter and the same outer diameter.
  • the branch line 14, viewed in the flow direction of the measurement gas through the branch line 14, has a larger internal diameter in the area upstream of the first HME filter 16 than downstream of the first HME filter 16.
  • the inside diameter is to be understood as meaning a diameter of a passage volume for conducting the measurement gas.
  • the branch line 14, viewed in the direction of flow of the measurement gas through the branch line 14, has in The area upstream of the first HME filter 16 also has a larger inner diameter than downstream of the first HME filter 16.
  • the inner diameter and the outer diameter of the branch line in the area of the first HME filter 16 are greater than upstream of the first HME filter 16. More precisely, the inner diameter of the branch line 14 upstream of the first HME filter 16 has a value of 2 mm, which The inside diameter of the branch line 14 at the level of the first HME filter 16 has a value of 3 mm, and the inside diameter of the branch line 14 downstream of the first HME filter 16 has a value of 1 mm.
  • the length of the cylindrical, first HME filter has a value of 13 mm and the diameter has a value of 3 mm.
  • the first HME filter 16 and the second HME filter 17 are each not configured inside the hose line, but on or outside the hose line.
  • the branch line can be understood to mean a component arrangement which comprises the two HME filters 16, 17 and the hose line between the two HME filters 16, 17.
  • the first HME filter 16 is located in the branch line 14 and within the total gas line section 22 or within a passage volume of the total gas line section 22.
  • the branch line 14 extends within the main line 15 from the total gas line section 22 into the inspiratory gas line section 21.
  • the branch line 14 is routed coaxially or essentially coaxially in part within the main line 15 with respect to a longitudinal or extension direction of the branch line 14 or is enclosed by the main line in a jacket-like manner, in particular over several tens of centimeters.
  • FIG. 7 shows a medical device 12 in the form of a circulatory ventilator with an expiration valve 25 and an inspiration valve 29.
  • the branch line 14 is connected according to FIG.
  • the medical device 12 shown in FIG. 7 has a control unit 30 for controlling the fluid delivery unit 24 and the main pump 27.
  • a generic HME filter 28, which is many times larger than the HME filters 16, 17 of the sensor arrangement 10, is also arranged downstream of the inspiration valve 29.
  • the heat conduction of a gas depends on the components of the gas. Since oxygen and nitrogen have similar thermal conductivity, the components are balanced with high concentrations. Depending on the setting of the medical device, the oxygen content in the inspiratory gas varies from, for example, 21% by volume in air to 100% by volume when using pure oxygen. The remainder is nitrogen. Noble gases such as argon take up just under 1% by volume.
  • the exhaled gas stream also contains carbon dioxide, which is mixed in as a result of the gas exchange in the lungs. The oxygen content in the expiratory gas drops accordingly. Healthy people exhale a gas with about 4 to 5% by volume of carbon dioxide.
  • the oxygen content is accordingly around 16 to 95% by volume.
  • the proportion of noble gas remains constant. If the heat conduction is now continuously measured, the same gas mixture can be measured in the expiratory phase as in the inspiratory phase, the carbon dioxide being added during the expiratory phase. Even an intentionally increased proportion of noble gas, such as that used with helium for a lower viscosity, does not play a role in the changes in relation to the breathing phases. In simplified terms, it can therefore be said that only the change in thermal conductivity in the breathing phases has to be measured.
  • the actual basic heat conduction does not matter. To make matters worse, however, the expiratory gas has been heated by the lungs to a temperature of approx. 36 ° C and has a high relative humidity of close to 100% at 36 ° C.
  • the inspiratory gas or inhaled air is very different depending on the source and can be very dry via a pressure bottle supply to very humid when using a blower with room air and humidifier.
  • the temperature of the inspiratory gas can also vary greatly depending on the climatic conditions.
  • the measurement by the sensor unit to determine the Carbon dioxide concentration is exposed to a constant change between inspiratory gas and expiratory gas, only the change in the measured values is preferably taken into account.
  • the respective gas of both breathing phases is balanced in terms of humidity and temperature. So much FIME material is preferably used or at least the first HME filter 16 is dimensioned in such a way that no or only a slight change in signal due to temperature and humidity is noticeable in the slowest breathing cycles of the person 13.
  • the average moisture content depends on the ventilation or climate situation.
  • the above observation shows that condensation can be critical in cold ambient conditions.
  • the first HME filter 16, which is responsible for mixing the absolute humidities, is therefore installed and / or positioned as close as possible to the main line 15, i.e. in an area that is close to ambient temperatures and therefore does not allow any high absolute humidity.
  • FIG. 8 shows the curve of a typical ventilation in which the ventilation pressure is plotted over time.
  • 9 shows a comparison between measured values for a medical device 12 in the form of a ventilator with the proposed HME filter 16 (below) and without an HME filter (above). In FIG. 9, therefore, in particular the buffering or equalization of the differences in moisture that would occur without the HME filter 16 can be recognized.

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Abstract

The present invention relates to a sensor arrangement (10) for a medical apparatus (12), having a sensor unit (11) for determining a carbon dioxide concentration in measurement gas, a branch line (14) for diverting the measurement gas from a main line (15) of the medical apparatus (12) and for conveying the diverted measurement gas to the sensor unit (11), and at least one HME filter (16, 17) for filtering the diverted measurement gas. The invention further relates to a medical apparatus (12) having a sensor arrangement (10) according to the invention, an exhalation valve (25) for a medical apparatus (12) according to the invention, and a method for determining a carbon dioxide concentration.

Description

Sensoranordnung, Medizingerät, Exspirationsventil und Verfahren zum Ermitteln einer Kohlenstoffdioxidkonzentration in einem Messgas Sensor arrangement, medical device, expiration valve and method for determining a carbon dioxide concentration in a measurement gas
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Medizingerät, insbesondere für ein Beatmungsgerät, aufweisend eine Sensoreinheit zum Ermitteln einer Kohlenstoffdioxidkonzentration in Messgas, und eine Abzweigungsleitung zum Abzweigen des Messgases aus einer Hauptleitung des Medizingerätes sowie zum Leiten des abgezweigten Messgases zur Sensoreinheit. Die Erfindung betrifft ferner ein Medizingerät, insbesondere ein Beatmungsgerät, ein Exspirationsventil für ein Medizingerät sowie ein Verfahren zum Ermitteln einer Kohlenstoffdioxidkonzentration in einem Messgas. The present invention relates to a sensor arrangement for a medical device, in particular for a ventilator, having a sensor unit for determining a carbon dioxide concentration in measurement gas, and a branch line for branching off the measurement gas from a main line of the medical device and for routing the branched measurement gas to the sensor unit. The invention also relates to a medical device, in particular a ventilator, an expiration valve for a medical device and a method for determining a carbon dioxide concentration in a measurement gas.
Kohlenstoffdioxid ist bei der Beatmung einer Person durch ein Beatmungsgerät einer der wichtigsten Parameter zur Beurteilung der Beatmungseffizienz. Eine präzise und zuverlässige Überwachung der Kohlenstoffdioxidkonzentration ist während der Beatmung deshalb von entscheidender Bedeutung. Carbon dioxide is one of the most important parameters for assessing ventilation efficiency when a person is ventilated using a ventilator. Precise and reliable monitoring of the carbon dioxide concentration is therefore of crucial importance during ventilation.
Zum Ermitteln der Kohlenstoffdioxidkonzentration kommen verschiedene physikalische und/oder chemische Verfahren in Betracht. Beispielsweise kann die Kohlenstoffdioxidkonzentration mit Hilfe von Infrarotsensoren, elektrochemischen Sensoren, einem colorimetrischen Verfahren, oder auch mit Hilfe von Massenspektrometern erfasst werden. Einige dieser Verfahren weisen einen komplexen Messaufbau auf, sind dadurch entsprechend teuer und/oder für eine kontinuierliche Erfassung der Kohlenstoffdioxidkonzentration nicht geeignet. Various physical and / or chemical methods can be used to determine the carbon dioxide concentration. For example, the carbon dioxide concentration can be recorded with the aid of infrared sensors, electrochemical sensors, a colorimetric method, or with the aid of mass spectrometers. Some of these methods have a complex measurement setup, are accordingly expensive and / or are not suitable for continuous recording of the carbon dioxide concentration.
Weiterhin ist ein System bekannt, bei welchem mittels der Wärmeleitung eines Messgases bzw. einer Gasprobe an einer Sensoreinheit auf die Kohlenstoffdioxidkonzentration im Messgas geschlossen werden kann. Für die Ermittlung der Kohlenstoffdioxidkonzentration wird beispielsweise eine Sensoreinheit dicht neben einem sogenannten Mainstream bzw. einer Hauptleitung mittels Diffusion mit Inspirationsgas sowie Exspirationsgas begast. Ein solches System ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 102010047 159 A1 bekannt. Dort wird ferner eine hydrophobe Sperre gegen eine kondensierende Feuchte vorgeschlagen. Problematisch bei diesem System ist es, dass Quereinflüsse über Gasparameter wie die Messgastemperatur und/oder die Messgasfeuchte synchron zu den Atemphasen, also der Inspiration und der Exspiration, aufgrund der fehlenden Selektivität in der Sensoreinheit zu einer unzureichend genauen Ermittlung der Kohlenstoffdioxidkonzentration im Messgas führen. Mit anderen Worten, die wechselnde Feuchte durch Inspiration und Exspiration führt je nach Belegung der hydrophoben Sperre zu einer wechselnden Feuchte am Sensor. Dies kann zu veränderten Messwerten und einer entsprechenden Messungenauigkeit sowie zu einer teilweise bis vollständigen Gassperre, durch welche die gewünschte Messung nicht weiter durchgeführt werden kann, führen. Furthermore, a system is known in which, by means of the thermal conduction of a measurement gas or a gas sample at a sensor unit, conclusions can be drawn about the carbon dioxide concentration in the measurement gas. To determine the carbon dioxide concentration, for example, a sensor unit close to a so-called mainstream or a main line is gassed with inspiration gas and expiration gas by means of diffusion. Such a system is from the German patent application DE 102010047 159 A1 is known. A hydrophobic barrier against condensing moisture is also proposed there. The problem with this system is that cross-influences via gas parameters such as the measuring gas temperature and / or the measuring gas humidity synchronously with the breathing phases, i.e. inspiration and expiration, lead to insufficiently accurate determination of the carbon dioxide concentration in the measuring gas due to the lack of selectivity in the sensor unit. In other words, the changing humidity caused by inspiration and expiration leads to changing humidity on the sensor depending on the occupancy of the hydrophobic barrier. This can lead to changed measured values and a corresponding measurement inaccuracy as well as to a partial to complete gas lock, which means that the desired measurement can no longer be carried out.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum möglichst einfachen, kostengünstigen und genauen Ermitteln der Kohlenstoffdioxidkonzentration in Messgas aus einem gattungsgemäßen Medizingerät zu schaffen. The object of the present invention is to at least partially take into account the problems described above. In particular, it is the object of the present invention to create a device and a method for determining the carbon dioxide concentration in measurement gas from a generic medical device as simply, inexpensively and precisely as possible.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch die Sensoranordnung gemäß Anspruch 1, das Medizingerät gemäß Anspruch 15, das Exspirationsventil gemäß Anspruch 22, sowie das Verfahren gemäß Anspruch 25 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit der Sensoranordnung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Medizingerät, dem erfindungsgemäßen Exspirationsventil, dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und/oder werden kann. The above object is achieved by the claims. In particular, the above object is achieved by the sensor arrangement according to claim 1, the medical device according to claim 15, the expiration valve according to claim 22, and the method according to claim 25. Further advantages of the invention emerge from the subclaims, the description and the figures. Features that are described in connection with the sensor arrangement naturally also apply in connection with the medical device according to the invention, the expiration valve according to the invention, the method according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is always made and / or are reciprocated can.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Sensoranordnung für ein Medizingerät zur Verfügung gestellt. Die Sensoranordnung umfasst eine Sensoreinheit zum Ermitteln einer Kohlenstoffdioxidkonzentration in Messgas, eine Abzweigungsleitung zum Abzweigen des Messgases aus einer Hauptleitung des Medizingerätes und zum Leiten des abgezweigten Messgases zur Sensoreinheit, und wenigstens ein HME-Filter zum Filtern des abgezweigten Messgases. According to a first aspect of the present invention, a sensor arrangement for a medical device is provided. The sensor arrangement includes a Sensor unit for determining a carbon dioxide concentration in measurement gas, a branch line for branching off the measurement gas from a main line of the medical device and for guiding the branched measurement gas to the sensor unit, and at least one HME filter for filtering the branched measurement gas.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass unter Verwendung eines HME-Filters zum Filtern des Messgases, Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede im Messgas, die während der Inspiration und der Exspiration der Person bzw. eines Patienten verursacht werden, dahingehend gepuffert, ausgeglichen, verringert und/oder geglättet werden können, dass die Kohlenstoffdioxidkonzentration im Vergleich zu einem System ohne HME-Filter deutlich genauer ermittelt bzw. gemessen und/oder berechnet werden kann. In the context of the present invention, it was recognized that using an HME filter to filter the measurement gas, temperature and humidity differences in the measurement gas, which are caused during inspiration and expiration of the person or a patient, are buffered, compensated, reduced and / or can be smoothed so that the carbon dioxide concentration can be determined or measured and / or calculated much more precisely in comparison to a system without an HME filter.
Außerdem wurde erkannt, dass das verwendete HME-Filter keinen nennenswerten und/oder nachteiligen Effekt auf andere zu messende Gaskomponenten hat. D. h., die Feuchte und die Wärme des Messgases werden zeitlich gleichmäßig verteilt, ohne den eigentlich angestrebten Messeffekt der Wärmeleitungsunterschiede hinsichtlich des vorhandenen und fehlenden Kohlenstoffdioxids zu beeinflussen. D. h., das HME-Filter nimmt keinen oder im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Zuführung der Kohlenstoffdioxidmenge zur Sensoreinheit. Lediglich durch das Volumen des HME-Filters wird möglicherweise der Gastransport etwas verzögert. Dies nimmt jedoch keinen oder zumindest keinen nennenswerten Einfluss auf die gewünschte Ermittlung der Kohlenstoffdioxidkonzentration im Messgas. Wärmeleitungsänderungen, die aus Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsänderungen im Messgas resultieren und synchron zu den Atemphasen auftreten, zählen zu den Hauptursachen für ungenaue Kohlenstoffdioxidmessungen. Mit der vorliegenden Erfindung kann dieser Problematik einfach, kostengünstig und effektiv Rechnung getragen werden. It was also recognized that the HME filter used has no significant and / or adverse effect on other gas components to be measured. In other words, the humidity and the heat of the measurement gas are evenly distributed over time without influencing the actually desired measurement effect of the differences in heat conduction with regard to the existing and missing carbon dioxide. That is to say, the HME filter has no or essentially no influence on the supply of the amount of carbon dioxide to the sensor unit. The gas transport may only be delayed somewhat by the volume of the HME filter. However, this has no or at least no significant influence on the desired determination of the carbon dioxide concentration in the measurement gas. Changes in heat conduction that result from changes in temperature and / or humidity in the measurement gas and occur synchronously with the breathing phases are among the main causes of inaccurate carbon dioxide measurements. With the present invention, this problem can be taken into account in a simple, inexpensive and effective manner.
Unter einem HME-Filter ist in der Medizintechnik ein Heat-Moisture-Exchange-Filter und/oder ein Filtergehäuse mit einem solchen Filtermaterial zu verstehen. Das HME-Filter kann folglich als Wärme- und Feuchtigkeitstauscher verstanden werden. HME-Filter werden bislang insbesondere in einem Mainstream bzw. in einer Hauptleitung eines Beatmungsgerätes bzw. eines entsprechenden Medizingerätes eingesetzt, wo sie im Zyklus der Beatmung stets im Wechsel mit Inspirationsgas und Exspirationsgas durchströmt werden. HME-Filter dienten bislang insbesondere einer angemessenen Befeuchtung des Inspirationsgases bzw. der eingeatmeten Luft des Patienten sowie der Vermeidung von Kreuzkontaminationen in der Hauptleitung. Das vorgeschlagene HME-Filter der Sensoranordnung ist hinsichtlich seiner Größe und/oder Funktion bevorzugt zum Puffern, Ausgleichen, Verringern und/oder Glätten von Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsunterschieden des abgezweigten Messgases für die Dauer von mindestens eines Atemzuges, also einschließlich Inspiration sowie Exspiration, konfiguriert. Das HME-Filter kann demnach nicht nur zum klassischen Filtern des Messgases, sondern insbesondere zum Puffern, Ausgleichen, Verringern und/oder Glätten der Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsunterschiede im abgezweigten Messgas bereitgestellt sein. Das wenigstens eine HME-Filter kann ein Filtergehäuse und Filtermaterial zum Filtern des Messgases im Filtergehäuse aufweisen. Das Filtergehäuse kann als starres Filtergehäuse oder als flexibles bzw. elastisch verformbares Filtergehäuse, das beispielsweise tubusförmig ausgestaltet ist, konfiguriert sein. Das HME-Filter kann ebenso ohne Filtergehäuse und ausschließlich als das funktionsrelevante HME-Filtermaterial, beispielsweise in Form eines Schlaucheinsatzes, ausgestaltet sein. In medical technology, an HME filter is understood to mean a heat-moisture-exchange filter and / or a filter housing with such a filter material. The HME filter can therefore be understood as a heat and moisture exchanger. HME filters have so far been used in particular in a mainstream or in a main line of a ventilator or a corresponding medical device used where they are always alternated with inspiratory gas and expiratory gas in the ventilation cycle. HME filters have so far served in particular to adequately humidify the inspiratory gas or the inhaled air of the patient and to avoid cross-contamination in the main line. The proposed HME filter of the sensor arrangement is preferred in terms of its size and / or function for buffering, balancing, reducing and / or smoothing temperature and / or humidity differences of the branched measurement gas for the duration of at least one breath, i.e. including inspiration and expiration, configured. The HME filter can accordingly be provided not only for classic filtering of the measurement gas, but in particular for buffering, equalizing, reducing and / or smoothing the temperature and / or humidity differences in the branched measurement gas. The at least one HME filter can have a filter housing and filter material for filtering the measurement gas in the filter housing. The filter housing can be configured as a rigid filter housing or as a flexible or elastically deformable filter housing which, for example, is tubular. The HME filter can also be designed without a filter housing and exclusively as the functionally relevant HME filter material, for example in the form of a hose insert.
Das Messgas kann unter Verwendung einer Fluidfördereinheit, insbesondere einer Pumpe, aus der Hauptleitung in die Abzweigungsleitung und von dort zur Sensoreinheit gefördert, insbesondere gesaugt, werden. Dadurch, dass das HME-Filter nur mit dem abgesaugten Messgas durchströmt wird, also insbesondere nicht mit dem gesamten Gas der Hauptleitung, kann es kleiner, insbesondere um ein Vielfaches kleiner, als ein konventionelles, in der Hauptleitung verwendetes HME-Filter ausgestaltet sein. Die Sensoranordnung kann eine Fluidfördereinheit, insbesondere eine Pumpe, zum Befördern und/oder Absaugen von Messgas aus der Hauptleitung in die Abzweigungsleitung und von dort zur Sensoreinheit aufweisen. The measurement gas can be conveyed, in particular sucked, from the main line into the branch line and from there to the sensor unit using a fluid delivery unit, in particular a pump. Because the HME filter only has the extracted measurement gas flowing through it, i.e. in particular not all of the gas in the main line, it can be designed to be smaller, in particular many times smaller, than a conventional HME filter used in the main line. The sensor arrangement can have a fluid delivery unit, in particular a pump, for delivering and / or sucking measurement gas from the main line into the branch line and from there to the sensor unit.
Das HME-Filter ist bevorzugt in einer Messgasströmungsrichtung zur Sensoreinheit stromaufwärts der Sensoreinheit und/oder in einem im Beatmungsgerät verbauten Zustand stromaufwärts der Sensoreinheit ausgestaltet, sodass das Messgas durch das HME-Filter hindurchströmen kann, bevor es zur Sensoreinheit gelangt. Die Sensoranordnung ist bevorzugt für die Verwendung in und/oder mit einem Medizingerät in Form eines Beatmungsgerätes ausgestaltet. Die Abzweigungsleitung weist vorzugsweise eine flexible Schlauchleitung zum Leiten des abgezweigten Messgases zur Sensoreinheit auf. Ferner kann die Abzweigungsleitung in Form der flexiblen Schlauchleitung ausgestaltet sein. Darüber hinaus ist es möglich, dass die Abzweigungsleitung neben der Schlauchleitung noch weitere Funktionsbauteil wie Adapter- und/oder Verbindungsbauteile zum Anschließen der Schlauchleitung an der Hauptleitung, an der Sensoreinheit und/oder am HME-Filter, aufweist. The HME filter is preferably configured in a measurement gas flow direction to the sensor unit upstream of the sensor unit and / or in a state installed in the ventilator upstream of the sensor unit, so that the measurement gas can flow through the HME filter before it reaches the sensor unit. The sensor arrangement is preferably designed for use in and / or with a medical device in the form of a ventilator. The branch line preferably has a flexible hose line for guiding the branched measurement gas to the sensor unit. Furthermore, the branch line can be designed in the form of the flexible hose line. In addition, it is possible for the branch line to have, in addition to the hose line, further functional components such as adapter and / or connection components for connecting the hose line to the main line, to the sensor unit and / or to the HME filter.
Die Sensoreinheit kann gemäß einem in der DE 10 2010 047 159 A1 beschriebenen Sensor zum Ermitteln der Kohlenstoffdioxidkonzentration im Messgas ausgestaltet und/oder konfiguriert sein. Die Abzweigungsleitung weist einen kleineren, insbesondere einen um ein Vielfaches kleineren Innendurchmesser als eine gattungsgemäße Hauptleitung eines Beatmungsgerätes auf. The sensor unit can be designed and / or configured in accordance with a sensor described in DE 10 2010 047 159 A1 for determining the carbon dioxide concentration in the measurement gas. The branch line has a smaller, in particular a multiple smaller, inner diameter than a generic main line of a ventilator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Sensoranordnung das wenigstens eine HME-Filter in der Abzweigungsleitung ausgestaltet ist. Damit kann die Sensoranordnung besonders kompakt und entsprechend platzsparend zur Verfügung gestellt werden. Ferner kann die Sensoranordnung einfach am und/oder im Medizingerät installiert werden. Das wenigstens eine HME-Filter kann bei der Installation bereits in der Abzweigungsleitung ausgestaltet sein. Das wenigstens eine HME-Filter ist insbesondere innerhalb eines Leitungsvolumens der Abzweigungsleitung ausgestaltet. Die Abzweigungsleitung kann beispielsweise eine Schlauchleitung aufweisen, wobei das wenigstens eine HME-Filter wenigstens in einem Teil des Innenvolumens der Schlauchleitung ausgestaltet ist. Mit anderen Worten, wenigstens ein Teil eines Schlauchmantels der Schlauchleitung kann das wenigstens eine HME-Filter über die gesamte Länge des wenigstens einen HME-Filters oder über einen Teil der Länge des HME-Filters mantelförmig umschließen. Das wenigstens eine HME-Filter kann sozusagen in Form eines Schlaucheinsatzes ausgestaltet sein. Das wenigstens eine HME-Filter ist bevorzugt form- und/oder kraftschlüssig in der Abzweigungsleitung ausgestaltet. Die Außenumfangsfläche des wenigstens einen HME-Filters kann demnach komplementär zu einer Innenumfangsfläche der Abzweigungsleitung, insbesondere zu einer Innenumfangsfläche der Schlauchleitung der Abzweigungsleitung, ausgestaltet sein. Der Außendurchmesser des wenigstens einen HME-Filters kann folglich dem Innendurchmesser an der Stelle der Schlauchleitung entsprechen, an welcher das wenigstens eine HME-Filter in der Schlauchleitung positioniert ist, oder zum Einsetzen des wenigstens einen FIME-Filters in die Abzweigungsleitung geringfügig kleiner als der Innendurchmesser an der Stelle der Schlauchleitung sein. According to a further embodiment of the present invention, it is possible for the at least one HME filter in a sensor arrangement to be configured in the branch line. The sensor arrangement can thus be made available in a particularly compact and correspondingly space-saving manner. Furthermore, the sensor arrangement can easily be installed on and / or in the medical device. The at least one HME filter can already be configured in the branch line during installation. The at least one HME filter is designed in particular within a line volume of the branch line. The branch line can, for example, have a hose line, the at least one HME filter being configured at least in part of the inner volume of the hose line. In other words, at least part of a hose jacket of the hose line can enclose the at least one HME filter in a jacket shape over the entire length of the at least one HME filter or over part of the length of the HME filter. The at least one HME filter can be designed, so to speak, in the form of a hose insert. The at least one HME filter is preferably designed in a form-fitting and / or force-fitting manner in the branch line. The outer circumferential surface of the at least one HME filter can accordingly be complementary to an inner circumferential surface of the branch line, in particular to an inner circumferential surface of the hose line the branch line. The outer diameter of the at least one HME filter can consequently correspond to the inner diameter at the point of the hose line at which the at least one HME filter is positioned in the hose line, or to insert the at least one FIME filter into the branch line, it can be slightly smaller than the inner diameter be at the point of the hose line.
Ferner ist es möglich, dass bei einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung die Abzweigungsleitung einen hauptleitungsseitigen Endabschnitt zum Anbinden der Abzweigungsleitung an die Hauptleitung und einen sensorseitigen Endabschnitt zum Anbinden der Abzweigungsleitung an die Sensoreinheit aufweist, wobei ein HME-Filter am und/oder im hauptleitungsseitigen Endabschnitt angeordnet ist. Das eine, insbesondere einzelne HME-Filter ist damit möglichst direkt und/oder nahe an der Hauptleitung angeordnet. Dadurch kann das bestimmungsgemäße Puffern bzw. Ausgleichen der Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsunterschiede im Messgas durch das HME-Filter möglichst frühzeitig stromaufwärts der Sensoreinheit durchgeführt werden. Unerwünschtes Kondensat in der Abzweigungsleitung stromabwärts des HME-Filters und/oder stromaufwärts der Sensoreinheit können dadurch effektiv verhindert oder zumindest effektiv reduziert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Abzweigungsleitung eine längere Schlauchleitung aufweist und kritische Bedingungen, beispielsweise kalte Außentemperaturen, vorherrschen, bei welchen die Temperatur in der Schlauchleitung deutlich unter die Maskentemperatur fällt bzw. den Taupunkt der mittleren Feuchte unterschreitet. Darunter, dass der sensorseitige Endabschnitt zum Anbinden der Abzweigungsleitung an die Sensoreinheit ausgestaltet ist kann verstanden werden, dass am sensorseitigen Endabschnitt ein Verbindungsanschluss zum fluiddichten Anschließen der Abzweigungsleitung an der Hauptleitung, insbesondere an einem Gegen-Verbindungsanschluss der Hauptleitung, ausgestaltet ist. Unter dem fluiddichten Anschließen kann eine Anschlussverbindung verstanden werden, durch welche das Messgas leckagefrei aus der Hauptleitung in die Abzweigungsleitung gleitet, insbesondere gesaugt, werden kann. Darunter, dass das HME-Filter am und/oder im hauptleitungsseitigen Endabschnitt angeordnet ist kann verstanden werden, dass das HME-Filter, beispielsweise in Form eines Schlaucheinsatzes, wenigstens teilweise im hauptleitungsseitigen Endabschnitt der Abzweigungsleitung bzw. einer Schlauchleitung der Abzweigungsleitung angeordnet ist, oder als Anbauteil wenigstens teilweise außerhalb einer solchen Schlauchleitung an der Schlauchleitung angeordnet ist. In a sensor arrangement according to the invention, it is also possible for the branch line to have an end section on the main line for connecting the branch line to the main line and a sensor-side end section for connecting the branch line to the sensor unit, an HME filter being arranged on and / or in the main line-side end section. The one, in particular individual, HME filter is thus arranged as directly and / or close to the main line as possible. As a result, the intended buffering or equalization of the temperature and / or moisture differences in the measurement gas can be carried out by the HME filter as early as possible upstream of the sensor unit. Undesired condensate in the branch line downstream of the HME filter and / or upstream of the sensor unit can thereby be effectively prevented or at least effectively reduced. This is particularly advantageous if the branch line has a longer hose line and critical conditions, for example cold outside temperatures, prevail, in which the temperature in the hose line falls well below the mask temperature or falls below the dew point of the mean humidity. The fact that the sensor-side end section is designed to connect the branch line to the sensor unit can be understood to mean that a connection port for fluid-tight connection of the branch line to the main line, in particular to a mating connection port of the main line, is configured on the sensor-side end section. The fluid-tight connection can be understood to mean a connection through which the measurement gas slides, in particular sucked, out of the main line into the branch line without leaks. The fact that the HME filter is arranged on and / or in the main line-side end section can be understood to mean that the HME filter, for example in the form of a hose insert, at least partially in the main line-side end section of the branch line or a hose line of the branch line is arranged, or is arranged as an attachment at least partially outside of such a hose line on the hose line.
Weiterhin ist es möglich, dass bei einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung die Abzweigungsleitung einen hauptleitungsseitigen Endabschnitt zum Anbinden der Abzweigungsleitung an die Hauptleitung und einen sensorseitigen Endabschnitt zum Anbinden der Abzweigungsleitung an die Sensoreinheit aufweist, wobei die Sensoranordnung ein erstes HME-Filter am und/oder im hauptleitungsseitigen Endabschnitt und ein zweite HME-Filter am und/oder im sensorseitigen Endabschnitt aufweist. Durch das zweite HME-Filter am und/oder im sensorseitigen Endabschnitt kann die Sensoreinheit effektiv vor kondensierender Feuchtigkeit geschützt werden. Dies führt wiederum zu einer möglichst feuchtigkeitsbefreiten Messgaszufuhr zur Sensoreinheit und folglich zu entsprechend genauen Messergebnissen. Die beiden HME-Filter sind, entlang der Abzweigungsleitung betrachtet, bevorzugt beabstandet voneinander, beispielsweise um mehr als 50 cm, insbesondere in einem Bereich zwischen 50 cm und 150 cm beabstandet voneinander, ausgestaltet. Die beiden HME-Filter weisen vorzugsweise die gleiche Größe und/oder Form auf. Furthermore, it is possible in a sensor arrangement according to the present invention that the branch line has an end section on the main line for connecting the branch line to the main line and a sensor-side end section for connecting the branch line to the sensor unit, the sensor arrangement having a first HME filter on and / or in the main line-side end section and a second HME filter on and / or in the sensor-side end section. The second HME filter on and / or in the sensor-side end section can effectively protect the sensor unit from condensing moisture. This in turn leads to a measurement gas supply to the sensor unit that is as free from moisture as possible and consequently to correspondingly precise measurement results. The two HME filters, viewed along the branch line, are preferably designed at a distance from one another, for example by more than 50 cm, in particular in a range between 50 cm and 150 cm from one another. The two HME filters preferably have the same size and / or shape.
Außerdem ist es möglich, dass bei einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung das erste HME-Filter im hauptleitungsseitigen Endabschnitt der Abzweigungsleitung in Form eines Schlaucheinsatzes ausgestaltet ist, wobei die Abzweigungsleitung, in einer Strömungsrichtung des Messgases durch die Abzweigungsleitung betrachtet, auf Höhe des HME-Filters einen größeren Innendurchmesser als in einem Bereich stromabwärts des HME-Filters aufweist. Dadurch, dass die Abzweigungsleitung stromabwärts des HME-Filters weniger anfällig gegenüber kondensierender Feuchte im Messgas ist, kann der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung stromabwärts des HME-Filters relativ klein ausgestaltet sein. Damit können Material und Kosten gespart werden und die Abzweigungsleitung kann kompakt ausgestaltet sein. Insbesondere können dadurch ein Totraum in der Abzweigungsleitung und/oder eine Messverzögerung relativ geringgehalten werden. Die Strömungsrichtung des Messgases durch die Abzweigungsleitung ist in einem Zustand der Sensoranordnung, in welchem diese in der Medizineinheit verbaut ist, zu betrachten. So verläuft die Strömungsrichtung von der Hauptleitung durch die Abzweigungsleitung, dort durch das in und/oder an der Abzweigungsleitung angeordnete wenigstens eine HME-Filter, und stromabwärts des wenigstens einen HME-Filters hin zur Sensoreinheit und darüber hinaus, beispielsweise zu einer Pumpe, die stromabwärts der Sensoreinheit zum Absaugen des Messgases aus der Hauptleitung in die Abzweigungsleitung angeordnet sein kann. Der Innendurchmesser auf Höhe des HME-Filters ist im Vergleich zum Innendurchmesser stromabwärts des HME-Filters etwas größer ausgestaltet, um das HME-Filter mit einem entsprechend großen Durchmesser bzw. Außendurchmesser aufnehmen zu können. Damit können den Wünschen nach einer ausreichenden Pufferwirkung durch das HME-Filter und trotzdem einer platzsparenden und möglichst verzögerungsarmen Weiterleitung des Messgases zur Sensoreinheit Rechnung getragen werden. It is also possible that in a sensor arrangement according to the present invention, the first HME filter in the main line-side end section of the branch line is designed in the form of a hose insert, the branch line, viewed in a flow direction of the measurement gas through the branch line, at the level of the HME filter has a larger inner diameter than in a region downstream of the HME filter. Because the branch line downstream of the HME filter is less susceptible to condensing moisture in the measurement gas, the internal diameter of the branch line downstream of the HME filter can be designed to be relatively small. Material and costs can thus be saved and the branch line can be designed to be compact. In particular, a dead space in the branch line and / or a measurement delay can thereby be kept relatively small. The direction of flow of the measurement gas through the branch line is in a state of the sensor arrangement in which it is in the medical unit is installed. The flow direction runs from the main line through the branch line, there through the at least one HME filter arranged in and / or on the branch line, and downstream of the at least one HME filter to the sensor unit and beyond, for example to a pump, the downstream the sensor unit can be arranged for sucking off the measurement gas from the main line into the branch line. The inside diameter at the level of the HME filter is designed to be somewhat larger than the inside diameter downstream of the HME filter in order to be able to accommodate the HME filter with a correspondingly large diameter or outside diameter. In this way, the requirements for a sufficient buffer effect by the HME filter and, nevertheless, a space-saving and, if possible, delay-free forwarding of the measuring gas to the sensor unit can be taken into account.
Der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung kann bei einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung auf Höhe des ersten HME-Filters einen Wert in einem Bereich zwischen 2 mm und 4 mm aufweisen und der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung stromabwärts des ersten HME-Filters kann einen Wert in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm aufweisen. Bei umfangreichen Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 2 mm und 4 mm, mögliches Kondensat stromaufwärts des HME-Filters relativ unproblematisch ist. Der Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm stromabwärts des HME-Filters hat sich als vorteilhafter Kompromiss hinsichtlich einer robusten Abzweigungsleitung und trotzdem einem möglichst geringen Totraum bzw. einer entsprechend geringen Messverzögerung herausgestellt. Die Abzweigungsleitung bzw. Schlauchleitung kann zum Herstellen einer Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 1 m/s und 1,5 m/s bei einem Volumenstrom in einem Bereich zwischenIn a sensor arrangement according to the invention at the level of the first HME filter, the inner diameter of the branch line can have a value in a range between 2 mm and 4 mm and the inner diameter of the branch line downstream of the first HME filter can have a value in a range between 0.5 mm and 2 mm. Extensive tests within the scope of the present invention have shown that with a diameter in the range between 2 mm and 4 mm, possible condensate upstream of the HME filter is relatively unproblematic. The diameter in a range between 0.5 mm and 2 mm downstream of the HME filter has proven to be an advantageous compromise with regard to a robust branch line and nevertheless the smallest possible dead space or a correspondingly low measurement delay. The branch line or hose line can be used to produce a flow velocity in a range between 1 m / s and 1.5 m / s with a volume flow in a range between
50 ml/min und 70 ml/min ausgestaltet sein. 50 ml / min and 70 ml / min.
Das wenigstens eine HME-Filter kann bei einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung im hauptleitungsseitigen Endabschnitt der Abzweigungsleitung ferner in Form eines Schlaucheinsatzes ausgestaltet sein, wobei die Abzweigungsleitung, in Strömungsrichtung des Messgases durch die Abzweigungsleitung betrachtet, in einem Bereich stromaufwärts des wenigstens einen HME-Filters einen größeren Innendurchmesser als stromabwärts des wenigstens einen HME-Filters aufweist. Damit kann verhindert werden, dass Kondensat stromaufwärts des wenigstens einen HME-Filters zu einer Verstopfung der Abzweigungsleitung führt und stromabwärts des wenigstens einen HME-Filters der gewünschte Kompromiss hinsichtlich einer robusten Abzweigungsleitung und trotzdem einem möglichst geringen Totraum bzw. einer entsprechend geringen Messverzögerung geschaffen werden kann. Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung stromaufwärts des wenigstens einen HME-Filters einen Wert in einem Bereich zwischen 1,5 mm und 4 mm aufweist und der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung stromabwärts des wenigstens einen HME-Filters einen Wert in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm aufweist. Vorteile hinsichtlich einer einfachen Fertigung der Abzweigungsleitung können erzielt werden, wenn die Bereiche stromaufwärts des HME-Filters sowie auf der Höhe des HME-Filters den gleichen Innendurchmesser aufweisen. So kann beispielsweise eine Schlauchleitung der Abzweigungsleitung mit einem Innendurchmesser, der von einem Bereich stromaufwärts des HME-Filters im sensorseitigen Endabschnitt bis hin zu einem Bereich, in welchem das HME-Filter in der Schlauchleitung ausgestaltet ist, den gleichen Wert aufweist, und erst stromabwärts des HME-Filters einen kleineren Innendurchmesser als stromaufwärts des HME-Filter oder im Bereich des HME-Filters aufweist, konfiguriert sein. Das Gleiche kann auf analoge Weise hinsichtlich eines Außendurchmessers einer solchen Schlauchleitung konfiguriert sein. Außerdem ist es möglich, dass der Bereich stromaufwärts des HME-Filters bzw. das entsprechende Innenvolumen einer Schlauchleitung der Abzweigungsleitung einen kleineren Innendurchmesser als im Bereich des HME-Filters, und bevorzugt trotzdem größer als im Bereich stromabwärts des HME-Filters, aufweist. Der Innendurchmesser einer vorstehend beschriebenen Schlauchleitung kann über den Bereich stromaufwärts des HME-Filters zu dem Bereich, in welchem das HME-Filter in der Schlauchleitung ausgestaltet ist, mithin konstant bleiben und sich von dem Bereich, in welchem das HME-Filter in der Schlauchleitung ausgestaltet ist, hin zu dem Bereich stromabwärts des HME-Filters, verkleinern, oder von dem Bereich stromaufwärts des HME-Filters hin zu dem Bereich, in welchem das HME-Filter in der Schlauchleitung ausgestaltet ist, vergrößern, und von dem Bereich, in welchem das HME-Filter in der Schlauchleitung ausgestaltet ist, hin zu dem Bereich stromabwärts des HME-Filters, wieder verkleinern. In the case of a sensor arrangement according to the present invention, the at least one HME filter can furthermore be designed in the form of a hose insert in the main line-side end section of the branch line, the branch line through the Considered branch line, in a region upstream of the at least one HME filter has a larger inner diameter than downstream of the at least one HME filter. This can prevent condensate upstream of the at least one HME filter from clogging the branch line and downstream of the at least one HME filter the desired compromise with regard to a robust branch line and nevertheless the smallest possible dead space or a correspondingly small measurement delay . It has been found to be advantageous if the internal diameter of the branch line upstream of the at least one HME filter has a value in a range between 1.5 mm and 4 mm and the internal diameter of the branch line downstream of the at least one HME filter has a value in a range between 0.5 mm and 2 mm. Advantages in terms of simple manufacture of the branch line can be achieved if the areas upstream of the HME filter and at the level of the HME filter have the same inner diameter. For example, a hose line of the branch line with an inside diameter that has the same value from an area upstream of the HME filter in the sensor-side end section to an area in which the HME filter is configured in the hose line, and only downstream of the HME filter has a smaller inner diameter than upstream of the HME filter or in the area of the HME filter, be configured. The same can be configured in an analogous manner with regard to an outer diameter of such a hose line. It is also possible that the area upstream of the HME filter or the corresponding internal volume of a hose line of the branch line has a smaller internal diameter than in the area of the HME filter, and preferably nevertheless larger than in the area downstream of the HME filter. The inner diameter of a hose line described above can therefore remain constant over the area upstream of the HME filter to the area in which the HME filter is configured in the hose line and can differ from the area in which the HME filter is configured in the hose line is, to the area downstream of the HME filter, decrease, or from the area upstream of the HME filter to the area in which the HME filter is configured in the hose line, and from the area in which the HME filter is designed in the hose line, towards the area downstream of the HME filter, reduce it again.
Das wenigstens eine HME-Filter weist vorzugsweise eine Länge in einem Bereich zwischen 8 mm und 20 mm und eine Breite in einem Bereich zwischen 2 mm und 6 mm auf. Insbesondere weist das wenigstens eine HME-Filter eine Länge in einem Bereich zwischen 10 mm und 15 mm und eine Breite in einem Bereich zwischen 3 mm und 5 mm auf. Das wenigstens eine HME-Filter wird erfindungsgemäß möglichst nur mit dem Messgas bzw. dem Absaugestrom durchströmt und kann somit relativ klein gehalten werden. Die bekannten und bislang in der Hauptleitung verwendeten HME-Filter sind für Patientengasströme von bis zu 180 1/min ausgelegt. Das wenigstens eine HME-Filter gemäß der vorliegenden Erfindung ist für eine Durchströmung mit Messgas in einem Bereich von beispielsweise zwischen 30 ml/min und 100 ml/min, insbesondere in einem Bereich zwischen 40 ml/min und 70 ml/min, ausgelegt. Die Abzweigungsleitung kann deshalb entsprechend klein, material- und platzsparend sowie kostengünstig ausgestaltet sein. Das wenigstens eine HME-Filter ist bevorzugt zylinderförmig und mit einer Länge in einem Bereich zwischen 8 mm und 20 mm und einem Durchmesser in einem Bereich zwischen 2 mm und 6 mm ausgestaltet. The at least one HME filter preferably has a length in a range between 8 mm and 20 mm and a width in a range between 2 mm and 6 mm. In particular, the at least one HME filter has a length in a range between 10 mm and 15 mm and a width in a range between 3 mm and 5 mm. According to the invention, the at least one HME filter is flowed through as far as possible only with the measurement gas or the suction flow and can thus be kept relatively small. The well-known HME filters that have been used in the main line up to now are designed for patient gas flows of up to 180 1 / min. The at least one HME filter according to the present invention is designed for a flow of measurement gas in a range of, for example, between 30 ml / min and 100 ml / min, in particular in a range between 40 ml / min and 70 ml / min. The branch line can therefore be designed correspondingly small, material and space-saving and inexpensive. The at least one HME filter is preferably cylindrical and designed with a length in a range between 8 mm and 20 mm and a diameter in a range between 2 mm and 6 mm.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Sensoranordnung die Abzweigungsleitung eine Schlauchleitung mit einer Länge in einem Bereich zwischen 80 cm und 150 cm aufweist. Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass bereits bei dieser Schlauchlänge ein wirksamer Puffereffekt hinsichtlich des gewünschten Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsausgleichs erzielt werden kann. Die Schlauchleitung weist insbesondere eine Länge in einem Bereich zwischen 90 cm und 110 cm auf. Die Schlauchleitung weist den vorstehend beschriebenen Innendurchmesser in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm, vorzugsweise über eine Länge der Schlauchleitung in einem Bereich zwischen 80 cm und 120 cm, auf. According to a further embodiment variant of the present invention, it is possible, in a sensor arrangement, for the branch line to have a hose line with a length in a range between 80 cm and 150 cm. In tests within the scope of the present invention it was found that an effective buffer effect with regard to the desired temperature and / or moisture compensation can be achieved even with this hose length. In particular, the hose line has a length in a range between 90 cm and 110 cm. The hose line has the above-described inside diameter in a range between 0.5 mm and 2 mm, preferably over a length of the hose line in a range between 80 cm and 120 cm.
Weiterhin kann die Abzweigungsleitung bei einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung eine Schlauchleitung aus Silikon oder zumindest teilweise aus Silikon aufweisen. Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass unter Verwendung eines Silikonschlauches in der Abzweigungsleitung ein Gegentrocknungseffekt auf das Messgas ausgeübt wird, der zu einer weiteren Pufferung und/oder Glättung von Feuchtigkeitsschwankungen führt. Furthermore, in a sensor arrangement according to the invention, the branch line can have a hose line made of silicone or at least partially made of silicone. In experiments within the scope of the present invention has been shown that when a silicone hose is used in the branch line, a counter-drying effect is exerted on the measurement gas, which leads to further buffering and / or smoothing of fluctuations in humidity.
Von weiterem Vorteil kann es bei einer Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sein, wenn die Abzweigungsleitung eine Schlauchleitung mit einer PVC-Beschichtung an einer Außenumfangsfläche der Schlauchleitung aufweist. Durch die PVC-Beschichtung können Umwelteinflüsse auf das Messgas, die zu einer Beeinflussung des Messergebnisses führen könnten, auf einfache und kostengünstige Weise verhindert werden. Die PVC-Beschichtung weist bevorzugt eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 0,4 mm auf. In the case of a sensor arrangement according to the present invention, it can be of further advantage if the branch line has a hose line with a PVC coating on an outer circumferential surface of the hose line. The PVC coating enables environmental influences on the measurement gas, which could influence the measurement result, to be prevented in a simple and inexpensive manner. The PVC coating preferably has a thickness in a range between 0.1 mm and 0.4 mm.
Bei einer Sensoranordnung gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die Abzweigungsleitung einen Luer-Lock-Anschluss zum Herstellen einer Fluidverbindung mit der Hauptleitung aufweist. Damit lässt sich die Abzweigungsleitung besonders schnell und einfach mit der Hauptleitung und/oder einem Anschlussabschnitt der Hauptleitung verbinden bzw. an dieser anschließen. An der Hauptleitung, der Atemmaske und/oder einem Exspirationsventil an der Atemmaske des Medizinsystems kann entsprechend ein Gegen-Luer-Lock-Anschluss für eine entsprechende Anschlussverbindung zwischen der Hauptleitung und der Abzweigungsleitung, zwischen der Atemmaske und der Abzweigungsleitung und/oder zwischen dem Exspirationsventil und der Abzweigungsleitung ausgestaltet sein. In a sensor arrangement according to a further embodiment variant of the present invention, it is possible for the branch line to have a Luer lock connection for establishing a fluid connection with the main line. In this way, the branch line can be connected or connected to the main line and / or a connection section of the main line particularly quickly and easily. On the main line, the breathing mask and / or an exhalation valve on the breathing mask of the medical system, a counter-Luer lock connection for a corresponding connection between the main line and the branch line, between the breathing mask and the branch line and / or between the exhalation valve and the branch line be designed.
Das wenigstens eine HME-Filter kann bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung ferner einen mikroporösen Kunststoffschaum aufweisen. Damit lassen sich die gewünschten Ausgleichseffekte auf die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit im Messgas besonders zuverlässig erreichen. Das wenigstens eine HME-Filter kann insbesondere einen offenporigen, salzbeschichteten Kunststoffschaum mit aufweisen. Das wenigstens eine HME-Filter kann deshalb mit Bezug auf das Inspirationsgas eine Befeuchtungseffizienz von ca. 30 mg Wasser pro Liter aufweisen. In a preferred embodiment of a sensor arrangement according to the invention, the at least one HME filter can also have a microporous plastic foam. In this way, the desired equalizing effects on the temperature and / or the humidity in the measurement gas can be achieved particularly reliably. The at least one HME filter can in particular have an open-pored, salt-coated plastic foam. The at least one HME filter can therefore have a humidification efficiency of approx. 30 mg water per liter with respect to the inspiratory gas.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Medizingerät zum Beatmen einer Person zur Verfügung gestellt. Das Medizingerät weist eine Hauptleitung zum Leiten von Inspirationsgas und zum Leiten von Exspirationsgas, sowie eine wie vorstehend beschriebene Sensoranordnung auf, wobei die Abzweigungsleitung zum Abzweigen eines Messgases aus der Hauptleitung ausgestaltet ist und das wenigstens eine HME-Filter zum Filtern des abgezweigten Messgases konfiguriert ist. Damit bringt das erfindungsgemäße Medizingerät die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben worden sind. Das Medizingerät kann ferner eine Atemmaske und/oder ein Exspirationsventil aufweisen, wobei die Hauptleitung zum Leiten von Inspirationsgas zur Atemmaske hin und zum Leiten von Exspirationsgas von der Atemmaske weg und/oder zum Exspirationsventil hin konfiguriert sein kann. Die Abzweigungsleitung kann zum Abzweigen des Messgases aus der Hauptleitung durch die Atemmaske und/oder durch das Exspirationsventil ausgestaltet sein. Bei einem erfindungsgemäßen Medizingerät kann demnach ein Exspirationsventil an der Atemmaske ausgestaltet sein, wobei sich die Hauptleitung von einem Ausatembereich der Atemmaske zum Exspirationsventil erstreckt und von dort, also im und/oder am Exspirationsventil, die Abzweigungsleitung an der Hauptleitung zum Abzweigen des Messgases aus der Hauptleitung, ausgestaltet ist. Das Medizingerät kann zudem eine Fluidfördereinheit, insbesondere eine Pumpe, zum Befördern, Pumpen und/oder Absaugen des Messgases bzw. von Inspirationsgas und Exspirationsgas aus der Hauptleitung in die Abzweigungsleitung aufweisen. Das wenigstens eine HME-Filter ist insbesondere zum Puffern und/oder Glätten von Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsveränderungen im Messgas für die Dauer von mindestens einem Atemzug konfiguriert. According to a further aspect of the present invention there is a medical device made available for ventilation of a person. The medical device has a main line for guiding inspiratory gas and for guiding expiratory gas, as well as a sensor arrangement as described above, the branch line being designed to branch off a measurement gas from the main line and the at least one HME filter being configured to filter the branched measurement gas. The medical device according to the invention thus brings the same advantages as have been described in detail with reference to the device according to the invention. The medical device can furthermore have a breathing mask and / or an expiration valve, wherein the main line can be configured for conveying inspiratory gas to the breathing mask and for conveying expiratory gas away from the breathing mask and / or towards the expiratory valve. The branch line can be designed to branch off the measurement gas from the main line through the breathing mask and / or through the expiration valve. In a medical device according to the invention, an expiration valve can accordingly be configured on the breathing mask, the main line extending from an exhalation area of the breathing mask to the expiration valve and from there, i.e. in and / or on the expiration valve, the branch line on the main line for branching off the measurement gas from the main line , is designed. The medical device can also have a fluid delivery unit, in particular a pump, for delivering, pumping and / or sucking off the measurement gas or inspiratory gas and expiratory gas from the main line into the branch line. The at least one HME filter is configured in particular to buffer and / or smooth temperature and / or humidity changes in the measurement gas for the duration of at least one breath.
Bei einem Medizingerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass die Hauptleitung einen Inspirationsgasleitungsabschnitt zum Leiten des Inspirationsgases und einen Gesamtgasleitungsabschnitt zum Leiten des Inspirationsgases sowie des Exspirationsgases aufweist, wobei die Abzweigungsleitung zum Abzweigen des Messgases aus dem Gesamtgasleitungsabschnitt ausgestaltet ist. D. h., das Messgas wird aus einem Teil der Hauptleitung abgezweigt werden, durch welchen während des Betriebs des Medizingeräts sowohl Inspirationsgas als auch Exspirationsgas geleitet wird. Die Kohlenstoffdioxidkonzentration im Messgas wird insbesondere über eine Kohlenstoffdioxiddifferenz zwischen dem Inspirationsgas und dem Exspirationsgas ermittelt bzw. gemessen und mittels einer Recheneinheit des Medizingerätes berechnet. Darunter, dass die Sensoreinheit zum Ermitteln derIn a medical device according to a preferred embodiment, it is possible for the main line to have an inspiratory gas line section for conveying the inspiratory gas and an overall gas line section for conveying the inspiratory gas and the expiratory gas, the branch line being designed to branch off the measurement gas from the overall gas line section. That is, the measurement gas will be branched off from a part of the main line through which both inspiratory gas and expiratory gas are passed while the medical device is in operation. The carbon dioxide concentration in the measurement gas is in particular via a Carbon dioxide difference between the inspiratory gas and the expiratory gas is determined or measured and calculated by means of a computing unit of the medical device. Including that the sensor unit to determine the
Kohlenstoffdioxidkonzentration im Messgas konfiguriert ist soll insbesondere verstanden werden, dass die Sensoreinheit zum Ermitteln derCarbon dioxide concentration in the measurement gas is configured to be understood in particular that the sensor unit is used to determine the
Kohlenstoffdioxidkonzentration verwendet wird. Darunter, dass die Kohlenstoffdioxidkonzentration mittels der Sensoreinheit ermittelt wird kann verstanden werden, dass die Kohlenstoffdioxidkonzentration anhand verschiedener Messungen und Berechnungen ermittelt wird und hierbei die Sensoreinheit verwendet wird, oder anders ausgedrückt, dass die Kohlenstoffdioxidkonzentration im Messgas anhand einer durch die Sensoreinheit gemessene Wärmeleitfähigkeit des Messgases ermittelt wird. Mittels der Sensoreinheit können die Kohlenstoffdioxidunterschiede ermittelt werden und anhand der Messwerte wird die Kohlenstoffdioxidkonzentration berechnet und/oder anhand von beispielsweise einer Look-Up-Tabelle ermittelt. Wie vorstehend bereits erwähnt, umfasst das Messgas deshalb vorzugsweise Inspirationsgas und Exspirationsgas. Demnach kann durch die Kohlenstoffdioxiddifferenz zwischen dem Inspirationsgas und dem Exspirationsgas die relative Kohlenstoffdioxidkonzentration im Exspirationsgas ermittelt werden. Die Abzweigungsleitung ist demnach zum Abzweigen des Messgases, welches das Inspirationsgas sowie das Exspirationsgas umfasst, aus der Hauptleitung durch das wenigstens eine HME-Filter zur Sensoreinheit konfiguriert. Carbon dioxide concentration is used. The fact that the carbon dioxide concentration is determined by means of the sensor unit can be understood to mean that the carbon dioxide concentration is determined on the basis of various measurements and calculations and the sensor unit is used here, or, in other words, that the carbon dioxide concentration in the measurement gas is determined on the basis of a thermal conductivity of the measurement gas measured by the sensor unit will. The carbon dioxide differences can be determined by means of the sensor unit and the carbon dioxide concentration is calculated on the basis of the measured values and / or determined on the basis of, for example, a look-up table. As already mentioned above, the measurement gas therefore preferably comprises inspiration gas and expiration gas. Accordingly, the relative carbon dioxide concentration in the expiratory gas can be determined from the carbon dioxide difference between the inspiratory gas and the expiratory gas. The branch line is accordingly configured to branch off the measurement gas, which comprises the inspiratory gas and the expiratory gas, from the main line through the at least one HME filter to the sensor unit.
Bei einem erfindungsgemäßen Medizingerät kann sich das wenigstens eine HME-Filter innerhalb des Gesamtgasleitungsabschnitts befinden. D. h., die Abzweigungsleitung ist nicht nur an der Hauptleitung angeschlossen und/oder angebunden, sondern erstreckt sich in die Hauptleitung, genauer gesagt in den Gesamtgasleitungsabschnitt, hinein. Das HME-Filter und/oder die Abzweigungsleitung mit einem darin angeordneten HME-Filter kann sozusagen innerhalb der Hauptleitung angeordnet und/oder geführt sein. Die Außenumfangsfläche der Abzweigungsleitung kann in einem Bereich, in welchem das HME-Filter in und/oder an der Abzweigungsleitung ausgestaltet ist, von einer Innenumfangsfläche der Hauptleitung beabstandet sein. Dadurch kann eine besonders kompakte und trotzdem funktionale Bauweise erzielt werden. Die Hauptleitung kann sich ferner zu einem Exspirationsventil des Medizingerätes hin oder durch wenigstens einen Teil des Exspirationsventils hindurch erstrecken. In diesem Fall kann das wenigstens eine HME-Filter auch als innerhalb des Exspirationsfilters ausgestaltet betrachtet werden. Auch dies führt zu einer besonders kompakten und robusten Bauweise. Insbesondere kann das HME-Filter innerhalb der Flauptleitung und/oder des Exspirationsventils effektiv vor Umwelteinflüssen geschützt werden. In a medical device according to the invention, the at least one HME filter can be located within the entire gas line section. That is to say, the branch line is not only connected and / or tied to the main line, but extends into the main line, more precisely into the entire gas line section. The HME filter and / or the branch line with an HME filter arranged therein can, so to speak, be arranged and / or guided within the main line. The outer circumferential surface of the branch line can be spaced apart from an inner circumferential surface of the main line in a region in which the HME filter is configured in and / or on the branch line. As a result, a particularly compact yet functional design can be achieved. The main line can also lead to an expiration valve of the medical device or extend through at least a portion of the expiratory valve. In this case, the at least one HME filter can also be viewed as being designed within the expiratory filter. This also leads to a particularly compact and robust design. In particular, the HME filter can be effectively protected against environmental influences within the main line and / or the expiration valve.
Bei einem Medizingerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann sich wenigstens ein Teil der Abzweigungsleitung von einer Position innerhalb der Flauptleitung aus dem Gesamtgasleitungsabschnitt in den Inspirationsgasleitungsabschnitt erstreckten D. h., die Abzweigungsleitung kann innerhalb der Flauptleitung bzw. durch ein Flauptleitungsvolumen der Flauptleitung, die zum Führen des Inspirationsgases ausgestaltet ist, geführt sein. Mit anderen Worten, die Abzweigungsleitung kann zumindest in einen Teil der Flauptleitung integriert und/oder in dieser geführt sein. Damit kann das Medizingerät besonders platzsparend bereitgestellt werden. In a medical device according to the present invention, at least a part of the branch line can extend from a position within the main line from the total gas line section into the inspiratory gas line section Inspiratory gas is designed to be performed. In other words, the branch line can be integrated and / or guided in at least part of the main line. The medical device can thus be provided in a particularly space-saving manner.
Im Gesamtgasleitungsabschnitt eines erfindungsgemäßen Medizingerätes kann ein Exspirationsventil zum Auslassen von Exspirationsgas aus dem Medizingerät in die Umgebung des Medizingerätes ausgestaltet sein, wobei das wenigstens eine HME-Filter in dem Exspirationsventil ausgestaltet ist. Auch eine solche Ausgestaltungsvariante lässt sich relativ kompakt realisieren. Mit einem in das Exspirationsventil integrierten HME-Filter muss bei einem Zusammenbau des Medizingerätes lediglich die Abzweigungsleitung am Exspirationsventil angeschlossen werden und anschließend zur Sensoreinheit geführt werden. Die Abzweigungsleitung kann, beispielsweise in Form einer einfachen Schlauchleitung, im Bedarfsfall schnell, einfach und kostengünstig ersetzt werden. Eine Position innerhalb des Exspirationsventils bedeutet, dass das wenigstens eine HME-Filter und/oder ein Teil der Abzweigungsleitung mit dem daran und/oder darin angeordneten wenigstens einen HME-Filter in einem Ventilvolumen des Exspirationsventils angeordnet sind, durch welches das Exspirationsgas sowie das Inspirationsgas der Flauptleitung strömen. Die Abzweigungsleitung ist zum Abzweigen des Messgases aus der Flauptleitung bevorzugt am Exspirationsventil angeschlossen. Dazu kann die Abzweigungsleitung einen Abzweigungsanschluss aufweisen und das Exspirationsventil kann einen Gegen-Abzweigungsanschluss, zum Herstellen einer fluiddichten Verbindung mit dem Abzweigungsanschluss, aufweisen. In the overall gas line section of a medical device according to the invention, an expiration valve can be configured for letting out expiratory gas from the medical device into the vicinity of the medical device, the at least one HME filter being configured in the expiration valve. Such a design variant can also be implemented in a relatively compact manner. With an HME filter integrated into the exhalation valve, when assembling the medical device, only the branch line has to be connected to the exhalation valve and then led to the sensor unit. The branch line can be replaced quickly, easily and inexpensively if necessary, for example in the form of a simple hose line. A position within the expiration valve means that the at least one HME filter and / or part of the branch line with the at least one HME filter arranged thereon and / or therein are arranged in a valve volume of the expiration valve through which the expiration gas and the inspiration gas of the Main line flow. The branch line is preferably connected to the expiration valve for branching off the measurement gas from the main line. For this purpose, the branch line can have a branch connection and the expiratory valve can have a counter-branch connection, for establishing a fluid-tight connection with the branch connection.
Das vorliegend beschriebene Medizingerät ist bevorzugt in Form eines Beatmungsgeräts zur Verfügung gestellt und/oder ausgestaltet. Unter dem Medizingerät kann mithin ein medizinisches Gerät zum Beatmen einer Person, insbesondere eines Patienten, verstanden werden. Das Medizingerät kann hierzu auch in Form eines Anästhesiegerätes konfiguriert sein. Das Beatmungsgerät kann vorzugweise in Form eines Notfall-Beatmungsgerätes, eines Beatmungsgerätes für die Verwendung auf einer Intensivstation, eines Heim-Beatmungsgerätes, eines mobilen Beatmungsgerätes und/oder eines Neonatal-Beatmungsgerätes konfiguriert und/oder ausgestaltet sein. The medical device described here is preferably made available and / or designed in the form of a ventilator. The medical device can therefore be understood to mean a medical device for ventilating a person, in particular a patient. For this purpose, the medical device can also be configured in the form of an anesthesia device. The ventilator can preferably be configured and / or designed in the form of an emergency ventilator, a ventilator for use in an intensive care unit, a home ventilator, a mobile ventilator and / or a neonatal ventilator.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Exspirationsventil für ein wie vorstehend beschriebenes Medizingerät zum Auslassen von Exspirationsgas aus dem Medizingerät in die Umgebung des Medizingerätes zur Verfügung gestellt. Das Exspirationsventil weist ein in das Exspirationsventil integriertes HME-Filter zum Filtern eines aus dem Medizingerät über das Exspirationsventil abgezweigten Messgases auf. Damit bringt auch das erfindungsgemäße Exspirationsventil die bereits beschriebenen Vorteile mit sich. Das Exspirationsventil kann eine wie vorstehend erwähnte Atemmaske aufweisen bzw. es kann auch eine Atemmaske mit einem daran und/oder zumindest teilweise darin installierten Exspirationsventil mit den beschriebenen Merkmalen zur Verfügung gestellt werden und/oder sein. In the context of the present invention, an expiration valve is also provided for a medical device as described above for letting out expiratory gas from the medical device into the vicinity of the medical device. The expiratory valve has an HME filter integrated into the expiratory valve for filtering a measurement gas branched off from the medical device via the expiratory valve. The expiration valve according to the invention thus also has the advantages already described. The expiratory valve can have a breathing mask as mentioned above or a breathing mask with an expiratory valve installed thereon and / or at least partially therein with the features described can be and / or be made available.
Ein erfindungsgemäßes Exspirationsventil kann einen Ventilanschluss zum Anschließen einer Abzweigungsleitung zum Abzweigen des Messgases aus einer Hauptleitung des Medizingerätes durch das HME-Filter aufweisen. So kann eine wie vorstehend beschriebene Abzweigungsleitung mit einer Seite am Ventilanschluss und mit einer anderen Seite an der Sensoreinheit angeschlossen werden, um das Messgas vom Exspirationsventil und dem dort integrierten HME-Filter zur Sensoreinheit zu führen. Das wenigstens eine HME-Filter kann einen mikroporösen Kunststoffschaum aufweisen. An expiration valve according to the invention can have a valve connection for connecting a branch line for branching off the measurement gas from a main line of the medical device through the HME filter. A branch line as described above can be connected with one side to the valve connection and the other side to the sensor unit in order to lead the sample gas from the expiration valve and the HME filter integrated there to the sensor unit. The at least one HME filter can have a microporous plastic foam.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird außerdem noch ein Verfahren zum Ermitteln einer Kohlenstoffdioxidkonzentration in einem Messgas unter Verwendung einer Sensoranordnung, eines Medizingerätes und/oder eines wie vorstehend beschriebenen Exspirationsventils zur Verfügung gestellt, wobei die Kohlenstoffdioxidkonzentration durch Messen der Wärmeleitfähigkeit des Exspirationsgases ermittelt wird. Damit bringt auch das erfindungsgemäße Verfahren die vorstehend beschriebenen Vorteile mit sich. According to a further aspect of the present invention, there is also a A method for determining a carbon dioxide concentration in a measurement gas using a sensor arrangement, a medical device and / or an exhalation valve as described above is provided, the carbon dioxide concentration being determined by measuring the thermal conductivity of the expiratory gas. The method according to the invention thus also has the advantages described above.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Further measures improving the invention emerge from the following description of various exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the features and / or advantages arising from the claims, the description or the figures, including structural details and spatial arrangements, can be essential to the invention both individually and in the various combinations.
Es zeigen jeweils schematisch: They each show schematically:
Figur 1 ein Medizingerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Figure 1 shows a medical device according to a first embodiment of the present invention,
Figur 2 ein Medizingerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, FIG. 2 shows a medical device according to a second embodiment of the present invention,
Figuren 3 bis 5 unterschiedliche Sensoranordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung, Figures 3 to 5 different sensor arrangements according to the present invention,
Figur 6 ein Medizingerät gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, FIG. 6 shows a medical device according to a third embodiment of the present invention,
Figur 7 ein Medizingerät gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, FIG. 7 shows a medical device according to a fourth embodiment of the present invention,
Figuren 8 bis 10 Diagramme zum Erläutern der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. FIGS. 8 to 10 are diagrams for explaining the mode of operation of the present invention. Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference symbols in the figures.
Fig. 1 zeigt ein Medizingerät 12 in Form eines Beatmungsgerätes zum Beatmen einer Person 13 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Medizingerät 12 umfasst eine Atemmaske 20 und eine Flauptleitung 15 zum Leiten von Inspirationsgas zur Atemmaske 20 hin und zum Leiten von Exspirationsgas von der Atemmaske 20 weg. Die Hauptleitung 15 weist einen Inspirationsgasleitungsabschnitt 21 und einen Exspirationsgasleitungsabschnitt 23 auf. Im Inspirationsgasleitungsabschnitt 21 ist eine Hauptpumpe 27 zum Zuführen des Inspirationsgases zur Atemmaske 20 bzw. zur Person 13 ausgestaltet. Stromabwärts der Hauptpumpe 27, betrachtet in einer Strömungsrichtung des Inspirationsgases, ist ein Exspirationsventil 25 ausgestaltet. Das Exspirationsventil 25 ist an der Atemschutzmaske 20 befestigt. Stromaufwärts des Exspirationsventils 25 und stromabwärts der Hauptpumpe 27 wird im Inspirationsgasleitungsabschnitt 21 ausschließlich Inspirationsgas geführt. Im Exspirationsventil 25, durch welches sich auch die Hauptleitung 15 erstreckt, werden Inspirationsgas zur Atemmaske 20 hin und Exspirationsgas von der Atemmaske 20 weg und über das Exspirationsventil 25 in die Umgebung des Medizingerätes 12 geführt. Dies ist in Fig. 1 zur Veranschaulichung mit zwei getrennten Pfeilen dargestellt. Tatsächlich weist das Exspirationsventil 25 einen Gesamtgasleitungsabschnitt 22 auf, in welchem während der Inspiration Inspirationsgas und während der Exspiration Exspirationsgas geführt werden. 1 shows a medical device 12 in the form of a ventilator for ventilating a person 13 according to a first embodiment. The medical device 12 comprises a breathing mask 20 and a main line 15 for conveying inspiration gas to the breathing mask 20 and for conveying expiration gas away from the breathing mask 20. The main line 15 has an inspiration gas line section 21 and an expiration gas line section 23. A main pump 27 for supplying the inspiratory gas to the breathing mask 20 or to the person 13 is configured in the inspiratory gas line section 21. An expiration valve 25 is configured downstream of the main pump 27, viewed in a flow direction of the inspiratory gas. The expiration valve 25 is attached to the respiratory protection mask 20. Upstream of the expiration valve 25 and downstream of the main pump 27, only inspiration gas is conducted in the inspiration gas line section 21. In the expiration valve 25, through which the main line 15 also extends, inspiratory gas is conducted to the breathing mask 20 and expired gas is conducted away from the breathing mask 20 and via the expiration valve 25 into the vicinity of the medical device 12. This is shown in Fig. 1 for illustration with two separate arrows. In fact, the expiration valve 25 has a total gas line section 22 in which inspiration gas is conducted during inspiration and expiration gas is conducted during expiration.
Das in Fig. 1 gezeigte Exspirationsventil 25 weist ferner ein erstes HME-Filter 16 auf. Genauer gesagt ist das erste HME-Filter 16 in das Exspirationsventil 25 integriert. Das erste HME-Filter 16 ist Bestandteil einer Sensoranordnung 10, die wiederum Bestandteil des Medizingerätes 12 ist. Die Sensoranordnung 10 weist eine Sensoreinheit 11 zum Ermitteln einer Kohlenstoffdioxidkonzentration in Messgas sowie eine Abzweigungsleitung 14 zum Abzweigen des Messgases aus der Hauptleitung 15 des Medizingerätes 12 und zum Leiten des abgezweigten Messgases zur Sensoreinheit 11 auf. Die Sensoranordnung 10 weist außerdem das erste HME-Filter 16 sowie ein zweites HME-Filter 17 zum Filtern des abgezweigten Messgases auf. Das zweite HME-Filter 17 ist mit Blick auf eine Strömungsrichtung des abgezweigten und abgesaugten Messgases stromaufwärts der Sensoreinheit 11 direkt an der Sensoreinheit 11 angeordnet. The expiratory valve 25 shown in FIG. 1 also has a first HME filter 16. More precisely, the first HME filter 16 is integrated into the expiration valve 25. The first HME filter 16 is part of a sensor arrangement 10, which in turn is part of the medical device 12. The sensor arrangement 10 has a sensor unit 11 for determining a carbon dioxide concentration in the measurement gas and a branch line 14 for branching off the measurement gas from the main line 15 of the medical device 12 and for guiding the branched measurement gas to the sensor unit 11. The sensor arrangement 10 also has the first HME filter 16 and a second HME filter 17 for filtering the branched measurement gas. The second HME filter 17 is facing a direction of flow of the branched and extracted measurement gas is arranged upstream of the sensor unit 11 directly on the sensor unit 11.
Zum Absaugen des Messgases aus der Hauptleitung 15 bzw. aus dem Gesamtgasleitungsabschnitt 22 weist die Sensoranordnung 10 eine Fluidfördereinheit 24 in Form einer Piezopumpe auf. Die Fluidfördereinheit 24 ist stromabwärts der Sensoreinheit 11 angeordnet. Das erste HME-Filter 16 ist gemäß Fig. 1 direkt an einer Schlauchleitung der Abzweigungsleitung 14 ausgestaltet. Die Abzweigungsleitung 14 ist mittels der Schlauchleitung somit am Exspirationsventil 25 angeschlossen und bildet dort eine Fluidverbindung zum ersten HME-Filter 16 bzw. ermöglicht eine Fluidverbindung aus der Hauptleitung 15 durch das erste HME-Filter 16 zur Sensoreinheit 11. Hierfür weist das Exspirationsventil 25 einen Ventilanschluss 26 in Form eines Luer-Lock-Anschlusses zum Anschließen der Abzweigungsleitung 14 bzw. der Schlauchleitung auf. To extract the measurement gas from the main line 15 or from the overall gas line section 22, the sensor arrangement 10 has a fluid delivery unit 24 in the form of a piezo pump. The fluid delivery unit 24 is arranged downstream of the sensor unit 11. According to FIG. 1, the first HME filter 16 is configured directly on a hose line of the branch line 14. The branch line 14 is thus connected to the expiration valve 25 by means of the hose line and there forms a fluid connection to the first HME filter 16 or enables a fluid connection from the main line 15 through the first HME filter 16 to the sensor unit 11. The expiration valve 25 has a valve connection for this purpose 26 in the form of a Luer lock connection for connecting the branch line 14 or the hose line.
Die gezeigten HME-Filter 16, 17 weisen jeweils einen mikroporösen Kunststoffschaum zum Filtern des Messgases, bzw. zum Erzielen der gewünschten Puffer- bzw. Ausgleichsfunktion hinsichtlich der auftretenden Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschiede im Messgas, auf. The HME filters 16, 17 shown each have a microporous plastic foam for filtering the measurement gas or for achieving the desired buffer or compensation function with regard to the temperature and humidity differences that occur in the measurement gas.
Zum Ermitteln einer Kohlenstoffdioxidkonzentration im Messgas wird in der Sensoreinheit 11 insbesondere die Wärmeleitfähigkeit des Exspirationsgases gemessen. Die Messung erfolgt durch ein mikrostrukturiertes Heizelement auf einer dünnen Membran der Sensoreinheit. Neben dem Heizelement befindet sich eine thermophile Anordnung, die eine Übertemperatur des Gases nahe dem Heizelement in Bezug auf einen Siliziumrahmen der Membran misst. Weitere Details hierzu können der deutschen Patentanmeldung DE 102010047 159 A1 entnommen werden. To determine a carbon dioxide concentration in the measurement gas, in particular the thermal conductivity of the expiratory gas is measured in the sensor unit 11. The measurement is carried out by a micro-structured heating element on a thin membrane of the sensor unit. Next to the heating element is a thermophilic arrangement that measures an excess temperature of the gas near the heating element in relation to a silicon frame of the membrane. Further details on this can be found in German patent application DE 102010047 159 A1.
In Fig. 2 ist ein Medizingerät gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Das in Fig. 2 dargestellte Exspirationsventil 25 ist beabstandet von der Atemmaske 20 dargestellt. Gleichwohl kann der Gesamtgasleitungsabschnitt 22 als Teil des Exspirationsventils 25 verstanden werden. Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste HME-Filter 16 außerhalb des Exspirationsventils 25 sowie außerhalb des Gesamtgasleitungsabschnitts 22 und innerhalb einer Schlauchleitung der Abzweigungsleitung 14 ausgestaltet. In diesem Fall ist an der Schlauchleitung ein Ventilanschluss 26 ausgestaltet. Die in Fig. 2 dargestellte Abzweigungsleitung 14 weist einen hauptleitungsseitigen Endabschnitt 18 zum Anbinden der Abzweigungsleitung 14 an die Flauptleitung 15 und einen sensorseitigen Endabschnitt 19 zum Anbinden der Abzweigungsleitung 14 an die Sensoreinheit 11 auf, wobei das erste HME-Filter 16 am hauptleitungsseitigen Endabschnitt 18 angeordnet ist und das zweite HME-Filter 17 am sensorseitigen Endabschnitt 19 angeordnet ist. Genauer gesagt sind die beiden HME-Filter 16, 17 jeweils als Schlaucheinsatz in der Schlauchleitung der Abzweigungsleitung 14 integriert. Die Schlauchleitung weist im gezeigten Beispiel eine Länge von ca. 100 cm auf und besteht aus einem mit PVC beschichteten Silikonschlauch. In Fig. 2, a medical device is shown according to a second embodiment. The expiration valve 25 shown in FIG. 2 is shown at a distance from the breathing mask 20. Nevertheless, the entire gas line section 22 can be understood as part of the expiration valve 25. According to the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the first HME filter 16 is outside the expiratory valve 25 as well as outside the overall gas line section 22 and inside a hose line of the branch line 14. In this case, a valve connection 26 is configured on the hose line. The branch line 14 shown in Fig. 2 has an end section 18 on the main line side for connecting the branch line 14 to the main line 15 and a sensor-side end section 19 for connecting the branch line 14 to the sensor unit 11, the first HME filter 16 being arranged on the main line end section 18 and the second HME filter 17 is arranged on the sensor-side end section 19. More precisely, the two HME filters 16, 17 are each integrated as a hose insert in the hose line of the branch line 14. In the example shown, the hose line has a length of approx. 100 cm and consists of a silicone hose coated with PVC.
Fig. 3 zeigt eine Sensoranordnung 10, bei welcher das erste HME-Filter 16 im hauptleitungsseitigen Endabschnitt 18 der Abzweigungsleitung 14 in Form eines Schlaucheinsatzes ausgestaltet ist, wobei die Abzweigungsleitung 14 bzw. die Schlauchleitung, in Strömungsrichtung des Messgases durch die Abzweigungsleitung 14 betrachtet, auf Höhe des HME-Filters 16 einen größeren Innendurchmesser als in einem Bereich stromabwärts des HME-Filters 16 aufweist. Genauer gesagt weist der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung 14 auf Höhe des ersten HME-Filters 16 einen Wert von 3 mm auf und der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung 14 stromabwärts des ersten HME-Filters 16 weist einen Wert von 1 mm auf. Bei der in Fig. 3 gezeigten Sensoranordnung 10 weist die Abzweigungsleitung 14 bzw. die Schlauchleitung stromaufwärts des ersten HME-Filters 16 sowie im Bereich des ersten HME-Filters 16 jeweils den gleichen Innendurchmesser und den gleichen Außendurchmesser auf. Damit weist die Abzweigungsleitung 14, in Strömungsrichtung des Messgases durch die Abzweigungsleitung 14 betrachtet, im Bereich stromaufwärts des ersten HME-Filters 16 einen größeren Innendurchmesser als stromabwärts des ersten HME-Filters 16 auf. Unter dem Innendurchmesser ist vorliegend jeweils ein Durchmesser eines Durchgangsvolumens zum Leiten des Messgases zu verstehen. 3 shows a sensor arrangement 10 in which the first HME filter 16 is designed in the main line-side end section 18 of the branch line 14 in the form of a hose insert, the branch line 14 or the hose line viewed in the flow direction of the measurement gas through the branch line 14 Height of the HME filter 16 has a larger inner diameter than in a region downstream of the HME filter 16. More specifically, the inside diameter of the branch pipe 14 at the level of the first HME filter 16 has a value of 3 mm and the inside diameter of the branch pipe 14 downstream of the first HME filter 16 has a value of 1 mm. In the sensor arrangement 10 shown in FIG. 3, the branch line 14 or the hose line upstream of the first HME filter 16 and in the area of the first HME filter 16 each have the same inner diameter and the same outer diameter. As a result, the branch line 14, viewed in the flow direction of the measurement gas through the branch line 14, has a larger internal diameter in the area upstream of the first HME filter 16 than downstream of the first HME filter 16. In the present case, the inside diameter is to be understood as meaning a diameter of a passage volume for conducting the measurement gas.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Abzweigungsleitung 14, in Strömungsrichtung des Messgases durch die Abzweigungsleitung 14 betrachtet, im Bereich stromaufwärts des ersten HME-Filters 16 zwar auch einen größeren Innendurchmesser als stromabwärts des ersten HME-Filters 16 auf. Jedoch sind der Innendurchmesser sowie der Außendurchmesser der Abzweigungsleitung im Bereich des ersten HME-Filters 16 größer als stromaufwärts des ersten HME-Filters 16. Genauer gesagt weist der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung 14 stromaufwärts des ersten HME-Filters 16 einen Wert von 2 mm auf, der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung 14 auf Höhe des ersten HME-Filters 16 einen Wert von 3 mm auf, und der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung 14 stromabwärts des ersten HME-Filters 16 einen Wert von 1 mm auf. Die Länge des zylinderförmig ausgestalteten, ersten HME-Filters weist einen Wert von 13 mm und der Durchmesser einen Wert von 3 mm auf. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the branch line 14, viewed in the direction of flow of the measurement gas through the branch line 14, has in The area upstream of the first HME filter 16 also has a larger inner diameter than downstream of the first HME filter 16. However, the inner diameter and the outer diameter of the branch line in the area of the first HME filter 16 are greater than upstream of the first HME filter 16. More precisely, the inner diameter of the branch line 14 upstream of the first HME filter 16 has a value of 2 mm, which The inside diameter of the branch line 14 at the level of the first HME filter 16 has a value of 3 mm, and the inside diameter of the branch line 14 downstream of the first HME filter 16 has a value of 1 mm. The length of the cylindrical, first HME filter has a value of 13 mm and the diameter has a value of 3 mm.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausgestaltungsvariante der Sensoranordnung 10 sind das erste HME-Filter 16 und das zweite HME-Filter 17 jeweils nicht innerhalb der Schlauchleitung, sondern an bzw. außerhalb der Schlauchleitung ausgestaltet. Unter der Abzweigungsleitung kann eine Bauteilanordnung verstanden werden, welche die beiden HME-Filter 16, 17 sowie die Schlauchleitung zwischen den beiden HME-Filter 16, 17 umfasst. In the embodiment variant of the sensor arrangement 10 shown in FIG. 5, the first HME filter 16 and the second HME filter 17 are each not configured inside the hose line, but on or outside the hose line. The branch line can be understood to mean a component arrangement which comprises the two HME filters 16, 17 and the hose line between the two HME filters 16, 17.
In Fig. 6 ist ein Medizingerät 12 gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform befindet sich das erste HME-Filter 16 in der Abzweigungsleitung 14 und innerhalb des Gesamtgasleitungsabschnitts 22 bzw. innerhalb eines Durchgangsvolumens des Gesamtgasleitungsabschnitts 22. Außerdem erstreckt sich die Abzweigungsleitung 14 innerhalb der Hauptleitung 15 aus dem Gesamtgasleitungsabschnitt 22 in den Inspirationsgasleitungsabschnitt 21. Mit anderen Worten, die Abzweigungsleitung 14 ist mit Bezug auf eine Längs- bzw. Erstreckungsrichtung der Abzweigungsleitung 14 koaxial oder im Wesentlichen koaxial teilweise innerhalb der Hauptleitung 15 geführt bzw. ist von der Hauptleitung mantelförmig, insbesondere über mehrere zehn Zentimeter, umschlossen. 6 shows a medical device 12 according to a third embodiment. According to this embodiment, the first HME filter 16 is located in the branch line 14 and within the total gas line section 22 or within a passage volume of the total gas line section 22. In addition, the branch line 14 extends within the main line 15 from the total gas line section 22 into the inspiratory gas line section 21. With others In other words, the branch line 14 is routed coaxially or essentially coaxially in part within the main line 15 with respect to a longitudinal or extension direction of the branch line 14 or is enclosed by the main line in a jacket-like manner, in particular over several tens of centimeters.
Fig. 7 zeigt ein Medizingerät 12 in Form eines Kreislaufbeatmungsgerätes mit einem Exspirationsventil 25 und einem Inspirationsventil 29. Die Abzweigungsleitung 14 ist gemäß Fig. 7 an einem Gesamtgasleitungsabschnitt 22 zwischen einem Y-Abschnitt und der Atemmaske 20 angeschlossen. Das in Fig. 7 gezeigte Medizingerät 12 weist ein Steuergerät 30 zum Ansteuern der Fluidfördereinheit 24 sowie der Hauptpumpe 27 auf. Stromabwärts des Inspirationsventils 29 ist ferner ein gattungsgemäßes HME-Filter28 angeordnet, das um ein vielfaches größer als die HME-Filter 16, 17 der Sensoranordnung 10 ist. FIG. 7 shows a medical device 12 in the form of a circulatory ventilator with an expiration valve 25 and an inspiration valve 29. The branch line 14 is connected according to FIG. The medical device 12 shown in FIG. 7 has a control unit 30 for controlling the fluid delivery unit 24 and the main pump 27. A generic HME filter 28, which is many times larger than the HME filters 16, 17 of the sensor arrangement 10, is also arranged downstream of the inspiration valve 29.
Mit Bezug auf die Figuren 8 bis 10 wird anschließend die Funktionsweise des neuartig verwendeten HME-Filters 16 erläutert. Die Wärmeleitung eines Gases hängt von den Bestandteilen des Gases ab. Da Sauerstoff und Stickstoff eine ähnliche Wärmeleitfähigkeit besitzen, sind die Bestandteile mit hohen Konzentrationen ausgeglichen. Je nach Einstellung des Medizingeräts variiert der Sauerstoffgehalt im Inspirationsgas von beispielsweise 21 Vol.-% in Luft bis zu 100 Vol.-% bei der Verwendung von reinem Sauerstoff. Der jeweilige Rest ist Stickstoff. Edelgase wie Argon nehmen knapp 1 Vol.-% ein. Der ausgeatmete Gasstrom enthält zusätzlich Kohlenstoffdioxid, welches durch den Gasaustausch in der Lunge beigemischt wird. Der Sauerstoffgehalt sinkt im Exspirationsgas entsprechend. Gesunde Personen atmen ein Gas mit etwa 4 bis 5 Vol.-% Kohlenstoffdioxid aus. Der Sauerstoffanteil liegt dementsprechend bei etwa 16 bis 95 Vol.-%. Der Edelgasanteil bleibt konstant. Wird nun kontinuierlich die Wärmeleitung gemessen, so kann in der Exspirationsphase das gleiche Gasgemisch wie in der Inspirationsphase gemessen werden, wobei während der Exspirationsphase das Kohlenstoffdioxid hinzugekommen ist. Auch ein absichtlich erhöhter Edelgasanteil, wie er beispielsweise mit Helium für eine niedrigere Viskosität benutzt wird, spielt für die Änderungen in Bezug auf die Atemphasen keine Rolle. Daher kann vereinfacht betrachtet gesagt werden, dass lediglich die Änderung der Wärmeleitfähigkeit in den Atemphasen gemessen werden muss. Die eigentliche Grund-Wärmeleitung spielt keine Rolle. Nun kommt allerdings erschwerend hinzu, dass das Exspirationsgas durch die Lunge auf eine Temperatur von ca. 36°C erwärmt worden ist und eine hohe relative Feuchte nahe 100 % bei 36°C aufweist. Das Inspirationsgas bzw. Einatemluft ist je nach Quelle sehr unterschiedlich und kann von sehr trocken über eine Druckflaschenversorgung bis sehr feucht bei Verwendung eines Gebläses mit Raumluft und Anfeuchter sein. Die Temperatur des Inspirationsgases kann je nach Klimabedingungen ebenfalls stark variieren. With reference to FIGS. 8 to 10, the mode of operation of the newly used HME filter 16 will then be explained. The heat conduction of a gas depends on the components of the gas. Since oxygen and nitrogen have similar thermal conductivity, the components are balanced with high concentrations. Depending on the setting of the medical device, the oxygen content in the inspiratory gas varies from, for example, 21% by volume in air to 100% by volume when using pure oxygen. The remainder is nitrogen. Noble gases such as argon take up just under 1% by volume. The exhaled gas stream also contains carbon dioxide, which is mixed in as a result of the gas exchange in the lungs. The oxygen content in the expiratory gas drops accordingly. Healthy people exhale a gas with about 4 to 5% by volume of carbon dioxide. The oxygen content is accordingly around 16 to 95% by volume. The proportion of noble gas remains constant. If the heat conduction is now continuously measured, the same gas mixture can be measured in the expiratory phase as in the inspiratory phase, the carbon dioxide being added during the expiratory phase. Even an intentionally increased proportion of noble gas, such as that used with helium for a lower viscosity, does not play a role in the changes in relation to the breathing phases. In simplified terms, it can therefore be said that only the change in thermal conductivity in the breathing phases has to be measured. The actual basic heat conduction does not matter. To make matters worse, however, the expiratory gas has been heated by the lungs to a temperature of approx. 36 ° C and has a high relative humidity of close to 100% at 36 ° C. The inspiratory gas or inhaled air is very different depending on the source and can be very dry via a pressure bottle supply to very humid when using a blower with room air and humidifier. The temperature of the inspiratory gas can also vary greatly depending on the climatic conditions.
Da die Messung durch die Sensoreinheit zum Ermitteln der Kohlenstoffdioxidkonzentration einem ständigen Wechsel zwischen Inspirationsgas und Exspirationsgas ausgesetzt ist, wird bevorzugt jeweils nur der Wechsel der Messwerte berücksichtigt. Durch die vorgeschlagene Verwendung von zumindest des ersten HME-Filters 16, das stets im Wechsel mit Exspirationsgas und Inspirationsgas aus beiden Atemphasen durchströmt wird, wird das jeweilige Gas beider Atemphasen in Bezug auf Feuchte und Temperatur ausgeglichen. Bevorzugt wird so viel FIME-Material verwendet bzw. wird zumindest das erste HME-Filter 16 derart dimensioniert, dass in den langsamsten Atemzyklen der Person 13 keine oder nur eine geringe Signaländerung durch Temperatur und Feuchte zu bemerken ist. Der mittlere Feuchtegehalt stellt sich je nach Beatmungs- bzw. Klima-Situation ein. In der nachfolgenden Tabelle sind verschiedene Szenarien dargestellt: Since the measurement by the sensor unit to determine the Carbon dioxide concentration is exposed to a constant change between inspiratory gas and expiratory gas, only the change in the measured values is preferably taken into account. Through the proposed use of at least the first HME filter 16, which is always flowed through alternately with expiratory gas and inspiratory gas from both breathing phases, the respective gas of both breathing phases is balanced in terms of humidity and temperature. So much FIME material is preferably used or at least the first HME filter 16 is dimensioned in such a way that no or only a slight change in signal due to temperature and humidity is noticeable in the slowest breathing cycles of the person 13. The average moisture content depends on the ventilation or climate situation. Various scenarios are shown in the following table:
Die vorstehende Betrachtung zeigt, dass bei kalten Umgebungsbedingungen die Kondensation kritisch sein kann. Das erste HME-Filter 16, welches für die Mischung der absoluten Feuchten zuständig ist, wird deshalb möglichst nahe an der Hauptleitung 15 installiert und/oder positioniert, also in einem Bereich, der nahe den Umgebungstemperaturen liegt und damit möglichst keine hohen absoluten Feuchten zulässt. The above observation shows that condensation can be critical in cold ambient conditions. The first HME filter 16, which is responsible for mixing the absolute humidities, is therefore installed and / or positioned as close as possible to the main line 15, i.e. in an area that is close to ambient temperatures and therefore does not allow any high absolute humidity.
Fig. 8 zeigt die Kurve einer typischen Beatmung, bei welcher der Beatmungsdruck über die Zeit aufgetragen ist. Fig. 9 zeigt einen Vergleich zwischen Messwerten bei einem Medizingerät 12 in Form eines Beatmungsgeräts mit dem vorgeschlagenen HME-Filter 16 (unten) und ohne HME-Filter (oben). In Fig. 9 kann demnach insbesondere die Pufferung bzw. der Ausgleich der Feuchtigkeitsunterschiede erkannt werden, die ohne HME-Filter 16 auftreten würden. FIG. 8 shows the curve of a typical ventilation in which the ventilation pressure is plotted over time. 9 shows a comparison between measured values for a medical device 12 in the form of a ventilator with the proposed HME filter 16 (below) and without an HME filter (above). In FIG. 9, therefore, in particular the buffering or equalization of the differences in moisture that would occur without the HME filter 16 can be recognized.
Fig. 10 zeigt ein Diagramm, bei welcher eine Spannungsveränderung über die Zeit aufgetragen ist. Anhand der Spannungsveränderung kann auf den Kohlenstoffdioxidgehalt geschlossen werden. Demnach ist es wichtig, eine möglichst genaue Spannungskurve zu erhalten. Wird nun ohne HME-Filter 16 feuchtes und warmes Gas aus der Hauptleitung 15 zur Sensoreinheit 11 gesaugt, so zeigt die Wärmeleitung negative Veränderungen gemäß der unteren, gepunkteten Linie, an, da die Wärmeleitung besser wird. Der Effekt lässt sich annähernd direkt aus den in Fig. 9 gezeigten Feuchtigkeitsunterschieden ableiten. Der Effekt würde sich nun mit der positiven Veränderung gemäß der durchgehenden Linie oben in Fig. 10 überlagern, die durch die Beimischung von 5 Vol.-% Kohlenstoffdioxid im Exspirationsgas entsteht. Da der Feuchte- und Temperaturunterschied im Betrieb unter nicht bekannten klimatischen Bedingungen nicht vorhersehbar ist, bestünde in diesem Fall eine Unsicherheit von ca. 10 %. Bei sehr kühlen Temperaturen und/oder einem besonders trockenen Inspirationsgas auch mehr. Unter Verwendung des vorgeschlagenen HME-Filters 16 kann nun die temperatur- und feuchtigkeitsbedingte Spannungsänderung gemäß des mittleren, strichpunktierten Graphen ausgeglichen werden. Folglich kann die Beeinflussung der Spannungsmessung hinsichtlich der Kohlenstoffdioxidveränderung zwischen dem Inspirationsgas und dem Exspirationsgas verringert und das Messergebnis entsprechend verbessert werden. 10 shows a diagram in which a change in voltage is plotted over time. On the basis of the voltage change, conclusions can be drawn about the carbon dioxide content. So it is important to have one as possible to get accurate voltage curve. If humid and warm gas is now sucked from the main line 15 to the sensor unit 11 without an HME filter 16, the heat conduction shows negative changes according to the lower, dotted line, since the heat conduction is better. The effect can be derived almost directly from the moisture differences shown in FIG. 9. The effect would now be superimposed with the positive change according to the solid line at the top in FIG. 10, which results from the admixture of 5% by volume of carbon dioxide in the expiratory gas. Since the difference in humidity and temperature cannot be foreseen during operation under unknown climatic conditions, there would be an uncertainty of approx. 10% in this case. In the case of very cool temperatures and / or a particularly dry inspiratory gas, even more. Using the proposed HME filter 16, the temperature and humidity-related voltage change can now be compensated for in accordance with the middle, dash-dotted graph. As a result, the influence on the voltage measurement with regard to the change in carbon dioxide between the inspiratory gas and the expired gas can be reduced and the measurement result can be improved accordingly.
Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D. h., die Erfindung soll nicht als auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden. In addition to the illustrated embodiments, the invention allows further design principles. That is to say, the invention should not be viewed as being restricted to the exemplary embodiments explained with reference to the figures.
Bezuqszeichenliste Reference list
10 Sensoranordnung 10 Sensor arrangement
11 Sensoreinheit 11 sensor unit
12 Medizingerät 12 medical device
13 Person 13 person
14 Abzweigungsleitung 14 branch line
15 Hauptleitung 15 main line
16 HME-Filter 16 HME filters
17 HME-Filter 17 HME filters
18 hauptleitungsseitiger Endabschnitt18 end section on the main line side
19 sensorseitiger Endabschnitt 19 end section on the sensor side
20 Atemmaske 20 breathing mask
21 Inspirationsgasleitungsabschnitt21 Inspiratory gas line section
22 Gesamtgasleitungsabschnitt 22 Total gas line section
23 Exspirationsgasleitungsabschnitt23 Expiratory gas line section
24 Fluidfördereinheit 24 fluid delivery unit
25 Exspirationsventil 25 exhalation valve
26 Ventilanschluss 26 valve connection
27 Hauptpumpe 27 main pump
28 HME-Filter 28 HME filters
29 Inspirationsventil 29 Inspiratory valve
30 Steuergerät 30 control unit

Claims

Patentansprüche Claims
1. Sensoranordnung (10) für ein Medizingerät (12), aufweisend eine Sensoreinheit (11) zum Ermitteln einer Kohlenstoffdioxidkonzentration in Messgas, eine Abzweigungsleitung (14) zum Abzweigen des Messgases aus einer Hauptleitung (15) des Medizingerätes (12) und zum Leiten des abgezweigten Messgases zur Sensoreinheit (11), und wenigstens ein HME-Filter (16, 17) zum Filtern des abgezweigten Messgases. 1. Sensor arrangement (10) for a medical device (12), comprising a sensor unit (11) for determining a carbon dioxide concentration in measurement gas, a branch line (14) for branching off the measurement gas from a main line (15) of the medical device (12) and for routing the branched measurement gas to the sensor unit (11), and at least one HME filter (16, 17) for filtering the branched measurement gas.
2. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine HME-Filter (16) in der Abzweigungsleitung (14) ausgestaltet ist. 2. Sensor arrangement (10) according to claim 1, characterized in that the at least one HME filter (16) is configured in the branch line (14).
3. Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungsleitung (14) einen hauptleitungsseitigen Endabschnitt (18) zum Anbinden der Abzweigungsleitung (14) an die Hauptleitung (15) und einen sensorseitigen Endabschnitt (19) zum Anbinden der Abzweigungsleitung (14) an die Sensoreinheit (11) aufweist, wobei ein HME-Filter (16) am und/oder im hauptleitungsseitigen Endabschnitt (18) angeordnet ist. 3. Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the branch line (14) has a main line-side end section (18) for connecting the branch line (14) to the main line (15) and a sensor-side end section (19) for connecting the Having a branch line (14) to the sensor unit (11), an HME filter (16) being arranged on and / or in the end section (18) on the main line side.
4. Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungsleitung (14) einen hauptleitungsseitigen Endabschnitt (18) zum Anbinden der Abzweigungsleitung (14) an die Hauptleitung (15) und einen sensorseitigen Endabschnitt (19) zum Anbinden der Abzweigungsleitung (14) an die Sensoreinheit (11) aufweist, wobei die Sensoranordnung (10) ein erstes HME-Filter (16) am und/oder im hauptleitungsseitigen Endabschnitt (18) und ein zweites HME-Filter (17) am und/oder im sensorseitigen Endabschnitt (19) aufweist. 4. Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the branch line (14) has a main line-side end section (18) for connecting the branch line (14) to the main line (15) and a sensor-side end section (19) for connecting the Branch line (14) to the sensor unit (11), the sensor arrangement (10) having a first HME filter (16) on and / or in the main line-side end section (18) and a second HME filter (17) on and / or in having sensor-side end section (19).
5. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste HME-Filter (16) im hauptleitungsseitigen Endabschnitt (18) der Abzweigungsleitung (14) in Form eines Schlaucheinsatzes ausgestaltet ist, wobei die Abzweigungsleitung (14), in Strömungsrichtung des Messgases durch die Abzweigungsleitung (14) betrachtet, auf Flöhe des HME-Filters (16) einen größeren Innendurchmesser als in einem Bereich stromabwärts des FIME-Filters (16) aufweist. 5. Sensor arrangement (10) according to claim 4, characterized in that the first HME filter (16) in the main line-side end section (18) of the branch line (14) is designed in the form of a hose insert, the branch line (14), in the flow direction of the When measured gas is viewed through the branch line (14), it has a larger inside diameter at fleas of the HME filter (16) than in an area downstream of the FIME filter (16).
6. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung (14) auf Flöhe des ersten FIME-Filters (16) einen Wert in einem Bereich zwischen 2 mm und 4 mm aufweist und der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung (14) stromabwärts des ersten FIME-Filters (16) einen Wert in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm aufweist. 6. Sensor arrangement (10) according to claim 5, characterized in that the inner diameter of the branch line (14) at fleas of the first FIME filter (16) has a value in a range between 2 mm and 4 mm and the inner diameter of the branch line (14 ) downstream of the first FIME filter (16) has a value in a range between 0.5 mm and 2 mm.
7. Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine FHME-Filter (16) im hauptleitungsseitigen Endabschnitt (18) der Abzweigungsleitung (14) in Form eines Schlaucheinsatzes ausgestaltet ist, wobei die Abzweigungsleitung (14), in Strömungsrichtung des Messgases durch die Abzweigungsleitung (14) betrachtet, in einem Bereich stromaufwärts des wenigstens einen FIME-Filters (16) einen größeren Innendurchmesser als stromabwärts des wenigstens einen FIME-Filters (16) aufweist. 7. Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one FHME filter (16) in the main line-side end section (18) of the branch line (14) is designed in the form of a hose insert, the branch line (14), viewed in the direction of flow of the measurement gas through the branch line (14), has a larger inner diameter in an area upstream of the at least one FIME filter (16) than downstream of the at least one FIME filter (16).
8. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung (14) stromaufwärts des wenigstens einen FIME-Filters (16) einen Wert in einem Bereich zwischen 1,5 mm und 4 mm aufweist und der Innendurchmesser der Abzweigungsleitung (14) stromabwärts des wenigstens einen FIME-Filters (16) einen Wert in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm aufweist. 8. Sensor arrangement (10) according to claim 7, characterized in that the inner diameter of the branch line (14) upstream of the at least one FIME filter (16) has a value in a range between 1.5 mm and 4 mm and the inner diameter of the branch line (14) downstream of the at least one FIME filter (16) has a value in a range between 0.5 mm and 2 mm.
9. Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine HME-Filter (16) eine Länge in einem Bereich zwischen 8 mm und 20 mm und eine Breite in einem Bereich zwischen 2 mm und 6 mm aufweist. 9. Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one HME filter (16) has a length in a range between 8 mm and 20 mm and a width in a range between 2 mm and 6 mm.
10. Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungsleitung (14) eine Schlauchleitung mit einer Länge in einem Bereich zwischen 80 cm und 150 cm aufweist. 10. Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the branch line (14) has a hose line with a length in a range between 80 cm and 150 cm.
11. Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungsleitung (14) eine Schlauchleitung aus Silikon oder zumindest überwiegend aus Silikon aufweist. 11. Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the branch line (14) has a hose line made of silicone or at least predominantly made of silicone.
12. Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungsleitung (14) eine Schlauchleitung mit einer PVC-Beschichtung an einer Außenumfangsfläche der Schlauchleitung aufweist. 12. Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the branch line (14) has a hose line with a PVC coating on an outer peripheral surface of the hose line.
13. Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungsleitung (14) einen Luer-Lock-Anschluss zum Herstellen einer Fluidverbindung mit der Hauptleitung (15) aufweist. 13. Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the branch line (14) has a Luer lock connection for establishing a fluid connection with the main line (15).
14. Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine HME-Filter (16, 17) einen mikroporösen Kunststoffschaum aufweist. 14. Sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one HME filter (16, 17) has a microporous plastic foam.
15. Medizingerät (12) zum Beatmen einer Person (13), aufweisend eine Hauptleitung (15) zum Leiten von Inspirationsgas und zum Leiten von Exspirationsgas, sowie eine Sensoranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Abzweigungsleitung (14) zum Abzweigen eines Messgases aus der Hauptleitung (15) ausgestaltet ist und das wenigstens eine HME-Filter (16, 17) zum Filtern des abgezweigten Messgases konfiguriert ist. 15. Medical device (12) for ventilating a person (13), comprising a main line (15) for conducting inspiratory gas and for conducting expiratory gas, and a sensor arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the branch line (14) for branching a measurement gas from the main line (15) and the at least one HME filter (16, 17) is configured to filter the branched measurement gas.
16. Medizingerät (12) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung (15) einen Inspirationsgasleitungsabschnitt (21) zum Leiten des Inspirationsgases und einen Gesamtgasleitungsabschnitt (22) zum Leiten des Inspirationsgases sowie des Exspirationsgases aufweist, wobei die Abzweigungsleitung (14) zum Abzweigen des Messgases aus dem Gesamtgasleitungsabschnitt (22) ausgestaltet ist. 16. Medical device (12) according to claim 15, characterized in that the main line (15) has an inspiratory gas line section (21) for guiding the inspiratory gas and a total gas line section (22) for guiding the inspiratory gas and the expiratory gas, the branch line (14) for The measurement gas is branched off from the total gas line section (22).
17. Medizingerät (12) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich das wenigstens eine HME-Filter (16) innerhalb des Gesamtgasleitungsabschnitts (22) befindet. 17. Medical device (12) according to claim 16, characterized in that the at least one HME filter (16) is located within the overall gas line section (22).
18. Medizingerät (12) nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens ein Teil der Abzweigungsleitung (14) innerhalb der Hauptleitung (15) aus dem Gesamtgasleitungsabschnitt (22) in den Inspirationsgasleitungsabschnitt (21) erstreckt. 18. Medical device (12) according to one of claims 16 to 17, characterized in that at least part of the branch line (14) extends within the main line (15) from the total gas line section (22) into the inspiration gas line section (21).
19. Medizingerät (12) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Gesamtgasleitungsabschnitt (22) ein Exspirationsventil (25) zum Auslassen von Exspirationsgas aus dem Medizingerät (12) in die Umgebung des Medizingerätes (12) ausgestaltet ist, wobei das wenigstens eine HME-Filter (16) in dem Exspirationsventil (25) ausgestaltet ist. 19. Medical device (12) according to one of claims 16 to 18, characterized in that an expiration valve (25) for letting out expiratory gas from the medical device (12) into the vicinity of the medical device (12) is configured in the overall gas line section (22), wherein the at least one HME filter (16) is configured in the expiratory valve (25).
20. Medizingerät (12) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungsleitung (14) zum Abzweigen des Messgases aus der Hauptleitung (15) am Exspirationsventil (25) angeschlossen ist. 20. Medical device (12) according to claim 19, characterized in that the branch line (14) for branching off the measurement gas from the main line (15) is connected to the expiration valve (25).
21. Medizingerät (12) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Medizingerät (12) als Beatmungsgerät ausgestaltet ist. 21. Medical device (12) according to one of claims 15 to 20, characterized in that the medical device (12) is designed as a ventilator.
22. Exspirationsventil (25) für ein Medizingerät (12) nach einem der22. Exhalation valve (25) for a medical device (12) according to one of the
Ansprüche 15 bis 21 zum Auslassen von Exspirationsgas aus dem Medizingerät (12) in die Umgebung des Medizingerätes (12), aufweisend ein in das Exspirationsventil (25) integriertes HME-Filter (16, 17) zum Filtern eines aus dem Medizingerät (12) über das Exspirationsventil (25) abgezweigtes Messgas. Claims 15 to 21 for letting out expiratory gas from the medical device (12) into the surroundings of the medical device (12), having an HME filter (16, 17) integrated into the expiration valve (25) for filtering one from the medical device (12) the exhalation valve (25) diverted sample gas.
23. Exspirationsventil (25) nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch einen Ventilanschluss (26) zum Anschließen einer Abzweigungsleitung (14) zum Abzweigen des Messgases aus einer Hauptleitung (15) des Medizingerätes (12) durch das HME-Filter (16). 23. Exhalation valve (25) according to claim 22, characterized by a valve connection (26) for connecting a branch line (14) for branching off the measurement gas from a main line (15) of the medical device (12) through the HME filter (16).
24. Exspirationsventil (25) nach einem der Ansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte HME-Filter (16, 17) einen mikroporösen Kunststoffschaum aufweist. 24. Exhalation valve (25) according to one of claims 22 to 23, characterized in that the integrated HME filter (16, 17) has a microporous plastic foam.
25. Verfahren zum Ermitteln einer Kohlenstoffdioxidkonzentration in einem Messgas unter Verwendung einer Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, eines Medizingerätes (12) nach einem der Ansprüche 15 bis 21 und/oder eines Exspirationsventils (25) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Kohlenstoffdioxidkonzentration durch Messen der Wärmeleitfähigkeit des Exspirationsgases ermittelt wird. 25. A method for determining a carbon dioxide concentration in a measurement gas using a sensor arrangement (10) according to one of claims 1 to 14, a medical device (12) according to one of claims 15 to 21 and / or an expiration valve (25) according to one of claims 22 to 24, wherein the carbon dioxide concentration is determined by measuring the thermal conductivity of the expiratory gas.
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