EP4240516A1 - Verfahren und eine vorrichtung zur abtrennung von kohlendioxid aus einem atemgasgemisch - Google Patents

Verfahren und eine vorrichtung zur abtrennung von kohlendioxid aus einem atemgasgemisch

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EP4240516A1
EP4240516A1 EP21806149.7A EP21806149A EP4240516A1 EP 4240516 A1 EP4240516 A1 EP 4240516A1 EP 21806149 A EP21806149 A EP 21806149A EP 4240516 A1 EP4240516 A1 EP 4240516A1
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EP
European Patent Office
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separating material
breathing gas
flow
carbon dioxide
oxygen
Prior art date
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Pending
Application number
EP21806149.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter KREMEIER
Andreas Schober
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Loewenstein Medical Technology SA
Original Assignee
Loewenstein Medical Technology SA
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Filing date
Publication date
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    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for separating at least carbon dioxide (CO2) from a breathing gas mixture.
  • the separation is carried out, for example, with the aid of a membrane acting as a molecular filter.
  • the amount of carbon dioxide that needs to be removed depends on the individual application. Exhaled air contains about 5% carbon dioxide. This concentration should be reduced to 0.5% or less in the breathing circuit.
  • CO2 is usually bound to soda lime and thus withdrawn from the cycle.
  • soda lime cannot be reused and must be disposed of.
  • the object of the invention is therefore to offer a cost-effective and practicable way of separating certain respiratory gases.
  • the object of the invention is also to offer a regulation of the proportions of specific respiratory gas concentrations in a respiratory gas mixture.
  • the invention includes a method for separating a breathing gas mixture which contains at least O2 and CO2 and at least one volatile anesthetic and flows in a breathing gas path in which the breathing gas mixture is guided under a first flow to a first separating material, the first separating material containing at least oxygen O2 and carbon dioxide CO2, separates from the at least one volatile anesthetic and wherein the at least one volatile anesthetic is returned to the respiratory gas path or remains in the respiratory gas system, the separated remaining respiratory gas mixture with at least oxygen O2 and carbon dioxide CO2 being guided under a second flow to a second separating material is, wherein at least carbon dioxide CO2 is separated from the respiratory gas mixture by the second separating material and wherein the separated carbon dioxide CO2 is at least temporarily separated or released into the environment or into a respiratory gas scavenging system and the remaining part of the respiratory gas is released Mix namely essentially oxygen O2 is fed back to the first separating material.
  • the method is additionally characterized in that the first separating material selectively allows the smaller molecules of oxygen O
  • the method is additionally characterized in that the first separating material is a diffusion filter.
  • the method is additionally characterized in that the second separating material is a diffusion filter.
  • the invention relates to a method (or a device) in which the second separating material selectively allows the smaller molecules of nitrogen N2 and/or oxygen O2 to pass through and at least largely retains at least carbon dioxide CO2.
  • the method is additionally characterized in that the second separating material is a diffusion filter which has a permeability ratio of N2 and/or O2 to CO2 of at least 50:1.
  • the method is additionally characterized in that the second separating material is a diffusion filter which has a permeability ratio of N2 and/or O2 to CO2 of at least 100:1.
  • the method is also characterized in that the first flow is 4 to 25 l/min.
  • the method is also characterized in that the first flow is 3 to 18 l/min.
  • the method is additionally characterized in that the first flow is generated by a blower or a pressurized gas source or a pump.
  • the method is also characterized in that the first flow contains, at least in phases, breathing gas with 10 to 30% oxygen.
  • the method is further characterized in that the second flow is 4 to 25 l/min.
  • the method is additionally characterized in that the second flow is 6 to 18 l/min.
  • the method is also characterized in that the second separating material is a diffusion filter which has a permeability ratio of O2 to CO2 which is preferably so large that the flow of CO2 released into the environment or into a breathing gas scavenging system is smaller than the purge flow of the first parting material.
  • the method is also characterized in that the second flow is generated by a blower or a pressurized gas source or a pump.
  • the method is additionally characterized in that the breathing gas mixture is at least partially or completely taken from the expiratory breathing gas path.
  • the method is also characterized in that the first separating material is connected to an inspiratory respiratory gas path with a first outlet for breathing gas, a respiratory gas source being arranged downstream of the first separating material and upstream of the inspiratory patient connection.
  • the method is additionally characterized in that a fresh gas supply (of oxygen) and an anesthetic gas supply are arranged downstream of the first separating material and upstream of the respiratory gas source.
  • the method is also characterized in that an oxygen sensor and/or a flow sensor and/or a CO2 sensor is arranged downstream of the respiratory gas source.
  • the method is also characterized in that the respiratory gas mixture contains at least nitrogen N2, oxygen O2, carbon dioxide CO2 and at least one volatile anesthetic.
  • the method also makes it possible to regulate the proportions of certain breathing gases in a breathing gas mixture.
  • a supply or supply line of breathing gases in particular of O2, CO2 and/or anesthetic gas—is provided.
  • the separation or removal of at least portions of specific breathing gases from a breathing gas mixture is also provided.
  • the regulations required for this, in particular the control of the necessary actuators, are carried out by a control unit, which can also be divided into a number of sub-control units.
  • the invention also relates to a device for separating a respiratory gas mixture which contains at least O2 and CO2 and at least one volatile anesthetic and flows in a respiratory gas path in which the respiratory gas mixture is guided under a first flow to a first separating material, the first separating material containing at least Oxygen O2 and carbon dioxide CO2 separates from the at least one volatile anesthetic and wherein the at least one volatile anesthetic is fed back into the respiratory gas path or remains in the respiratory gas system, with the separated remaining respiratory gas mixture with at least oxygen O2 and carbon dioxide CO2 being guided under a second flow to a second separating material, with at least carbon dioxide CO2 being separated from the respiratory gas mixture by the second separating material and wherein the separated carbon dioxide CO2 is at least temporarily separated or released into the environment or into a respiratory gas scavenging system and the remaining part of the respiratory gas mixture namely essentially oxygen O2 is fed back to the first separation material.
  • the first separating material containing at least Oxygen O2 and carbon dioxide CO2 separate
  • the device is optionally also characterized in that the breathing gas mixture is passed directly or forced through the patient or by means of a pump or turbine to the separating material, the first separating material being set up and designed to contain at least oxygen O2 and/or carbon dioxide CO2 from at least one volatile to separate anesthetic, wherein the at least one volatile anesthetic is fed back into the respiratory gas path or remains in the respiratory gas path, the respiratory gas path having a respiratory gas pump (which can be a valve or a turbine or a respiratory gas source) and the respiratory gas being routed to the patient via a patient interface .
  • a respiratory gas pump which can be a valve or a turbine or a respiratory gas source
  • the device is optionally also characterized in that the first separating material can be designed as a diffusion filter in a branch of a breathing gas hose or as a filter housing with an inlet for breathing gas, an upper chamber, an outlet for breathing gas to the patient, a diffusion filter, a lower chamber and a Outflow for breathing gas from the lower chamber, to the breathing gas path in the direction of the second separating material, and an inlet into the lower chamber, coming from the line from the second separating material.
  • the first separating material can be designed as a diffusion filter in a branch of a breathing gas hose or as a filter housing with an inlet for breathing gas, an upper chamber, an outlet for breathing gas to the patient, a diffusion filter, a lower chamber and a Outflow for breathing gas from the lower chamber, to the breathing gas path in the direction of the second separating material, and an inlet into the lower chamber, coming from the line from the second separating material.
  • the device is also characterized in that the separated remaining breathing gas mixture (with at least nitrogen N2 and oxygen O2 and carbon dioxide CO2) is conducted under a second flow via a line to a second separating material and at least carbon dioxide CO2 is separated from the breathing gas mixture by the second separating material wherein the separated carbon dioxide CO2 is at least temporarily captured or released into the environment or into a breathing gas scavenging system, there being means to regulate the flow of the separated carbon dioxide.
  • the device is also characterized in that the remaining part of the breathing gas mixture is essentially (nitrogen N2 and) oxygen O2 fed back to the first separating material via the line, with a breathing gas pump/turbine being arranged in the line or connected to the line in a gas-conducting manner which generates the necessary flushing flow (which can also simply be a volume shift) of the respiratory gas.
  • a non-return valve is arranged in the line between the first separating material and the second separating material, which check valve selectively prevents a flow of breathing gas in one direction.
  • the separating material 1 and 2 are designed identically or differently. This applies in particular to the choice of filters.
  • the filters are differentially selective for oxygen and carbon dioxide and/or anesthetics.
  • the device is additionally characterized in that the second separating material is designed as a filter with an upper part and a lower part, with a diffusion filter being arranged between the parts, with the upper part providing an inflow for the breathing gas mixture (which comes from the first separating material). and an outflow to the environment, the lower part having an outflow to the breathing gas path in the direction of the first separating material, wherein a pump/turbine is arranged between the outflow and the inflow in the breathing gas path and generates the flushing flow for the breathing gas.
  • the second separating material is designed as a filter with an upper part and a lower part, with a diffusion filter being arranged between the parts, with the upper part providing an inflow for the breathing gas mixture (which comes from the first separating material). and an outflow to the environment, the lower part having an outflow to the breathing gas path in the direction of the first separating material, wherein a pump/turbine is arranged between the outflow and the inflow in the breathing gas path and generates the flushing flow for the breathing gas.
  • the device is optionally also characterized in that the diffusion filter can be steam sterilized, i.e. is thermally stable up to 134°C.
  • the device is optionally also characterized in that the ratio of the permeability of the diffusion filter from N2 and/or O2 to CO2 is designed in such a way that CO2 is essentially retained, the ratio of the permeability preferably being so large that the into the environment or flow of CO2 released into a breathing gas scavenging system is less than the purge flow in the first stage of the separation material.
  • the device is also characterized in that the first flow into the separating material is 4 to 30 l/min and the second flow into the separating material is 1 to 35 l/min.
  • the device is optionally also characterized in that the flushing flow between the first chamber and the following chamber can be regulated according to requirements, so that the CO2 content leaving the first stage can be adjusted.
  • the device is also characterized in that a respiratory gas pump is arranged downstream of the first separating material and upstream of the patient inspiratory port.
  • a respiratory gas pump is arranged downstream of the first separating material and upstream of the patient inspiratory port.
  • the device is optionally also characterized in that a fresh gas supply (of oxygen) and/or an anesthetic gas supply is arranged downstream of the first separating material and upstream of the breathing gas pump.
  • the device is also characterized in that an oxygen sensor and/or flow sensor and/or CO2 sensor is arranged downstream of the respiratory gas pump.
  • the device is optionally also characterized in that a cascaded flushing flow treatment through the separating material is provided, in which the second separating material is designed as a double or multiple diffusion filter.
  • the device is also characterized in that the second separating material separates at least carbon dioxide CO2 from the breathing gas mixture and separates it from the upper chamber via the outlet into the breathing gas scavenging system, with a pump leading the separated carbon dioxide CO2 back to the inlet of the second separating material via a line.
  • the device is also characterized in that the remaining part of the breathing gas mixture that has diffused through the diffusion filter is essentially nitrogen N2 and oxygen O2, which still has e.g. 6% CO2 here, is conducted from the lower chamber through the opening to the second separating material and through here entering the enema.
  • the device is also characterized in that the inlet of the second filter is fed with the outlet of the first filter, with a further reduced CO2 content thus predominating in the lower part of the second separating material and with the respiratory gas thus processed being fed back to the first separating material .
  • the invention also includes a hose system having a device according to the invention.
  • the invention also includes a ventilator having a device according to the invention.
  • the invention also includes a ventilator set up and configured to carry out the steps of the method.
  • the invention also includes a ventilator comprising a device for separating a respiratory gas mixture which contains at least O2 and CO2 and flows in a respiratory gas path
  • the first separating material separates at least oxygen O2 and carbon dioxide CO2 and - whereby oxygen and a reduced proportion of CO2 are fed back into the breathing gas path or remain in the breathing gas system
  • the separated carbon dioxide CO2 is at least temporarily separated or released into the environment or into a breathing gas scavenging system
  • the invention consists alternatively or additionally of a method and a device for separating CO2 from a breathing gas mixture, in which the breathing gas mixture is guided along one side of a special semi-permeable membrane through which the components of the gas mixture can be transported, the membrane being selected in such a way is that the transport of CO2 and/or at least one volatile anesthetic through the membrane is significantly less effective than the transport of the other gas components of the breathing gas mixture, where two membranes are used.
  • a breathing gas mixture is any breathable gas mixture that contains oxygen O2 and carbon dioxide (CO2) and/or at least nitrogen N2 and/or at least one anesthetic gas (e.g. servoflurane, desflurane, nitrous oxide, xenon).
  • CO2 oxygen
  • N2 nitrogen
  • anesthetic gas e.g. servoflurane, desflurane, nitrous oxide, xenon.
  • the filters used according to the invention are chemically resistant to the gases and vapors used.
  • the filter module as a whole is set up and designed in such a way that it can be cleaned and/or sterilized.
  • the filters or the filter module therefore have the necessary temperature resistance of at least 134°C.
  • a major advantage of the membranes used is that they are highly resistant to halogenated hydrocarbons. For this reason, they are particularly suitable for long-term applications in anesthesia or ventilation systems in which significant exposure to these substances is to be expected.
  • sensors can be used to provide information about the respiratory gas values or parameters, for example about carbon dioxide.
  • ventilators are non-invasive devices for home use or invasive clinical ventilators or anesthetic ventilators and thus each device or application in which carbon dioxide can be an important guiding parameter for the success of the ventilation or the condition of the patient.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention and the method for separating a breathing gas mixture 3.
  • the breathing gas mixture 3 contains at least oxygen O2 and carbon dioxide CO2 and optionally nitrogen N2 and/or at least one volatile anesthetic.
  • the breathing gas mixture 3 flows through a breathing gas path 4 and is guided to a first separating material 1 under a first flow.
  • the respiratory gas mixture 3 flows through the respiratory gas path 4 at least in sections through at least one line 8.
  • the line 8 can at least be divided into a line 8a and a line 8b.
  • the breathing gas mixture 3 is brought to the separating material 1 directly or forced (by the patient or by means of a pump or turbine).
  • the first separating material 1 is set up and designed to separate at least oxygen O2 and/or carbon dioxide CO2 from at least one volatile anesthetic (A).
  • the at least one volatile anesthetic is fed back to the respiratory gas path 4 or remains in the respiratory gas path 4.
  • the respiratory gas path 4 has a respiratory gas pump 5 (which can be a valve or a turbine or a respiratory gas source), which can be designed as a turbine.
  • the breathing gas is routed to the patient 7 via a patient interface 6 .
  • the first separating material 1 can merely represent a diffusion filter in one (for example the expiratory) branch of a respiratory gas hose or the separating material 1 can designed as a filter housing with an inlet 111 for breathing gas, an upper chamber 11, an outlet 112 for breathing gas to the patient, a diffusion filter 12, a lower chamber 13 and an outlet 132 for breathing gas from the lower chamber 13 and an inlet into the lower chamber 131 be.
  • the separated remaining breathing gas mixture (with at least nitrogen N2 and oxygen O2 and carbon dioxide CO2) is conducted under a second flow via the line 8a to a second separating material 2.
  • At least carbon dioxide CO2 is separated from the breathing gas mixture by the second separating material 2 .
  • the separated carbon dioxide CO2 is at least temporarily separated or released into the environment 25 or into a breathing gas scavenging system 25 .
  • the remaining part of the breathing gas mixture namely essentially (nitrogen N2 and) oxygen O2 is fed back to the first separating material 1 via the line 8b.
  • a respiratory gas pump/turbine 10 is arranged in the line 8b or connected to the line 8a and/or 8b in a gas-conducting manner, which generates the necessary flushing flow (which can also simply be a volume shift) of the respiratory gas.
  • a check valve 9 can be arranged in the line 8a between the first separating material 1 and the second separating material 2, which valve selectively prevents a flow of respiratory gas in one direction, namely in particular a flow from the second separating material 2 to the first separating material 1.
  • the first separating material 1 is set up and designed to selectively allow the smaller molecules nitrogen N2, oxygen O2, carbon dioxide CO2 to pass through and to hold back larger molecules such as a volatile anesthetic.
  • the first separating material 1 is designed here as a filter with an upper part 11 and a lower part 13, with a diffusion filter 12 being arranged between the parts.
  • the upper part 11 has an inflow 111 for the breathing gas mixture 3 and an outflow 112 to the breathing gas path 4 in the direction of a patient 7.
  • the lower part 13 has an inflow 131 and an outflow 132 to the respiratory gas path 8a in the direction of the second separating material 2 .
  • the second separating material is designed to selectively allow the smaller molecules of nitrogen N2 and oxygen O2 to pass through and at least to a large extent to retain at least carbon dioxide CO2.
  • the second separating material 2 can include a diffusion filter 22 .
  • the second separating material 2 is designed here as a filter with an upper part 21 and a lower part 23, with a diffusion filter 22 being arranged between the parts.
  • the upper part 21 has an inflow 211 for the breathing gas mixture 3 (which comes from the first separating material) and an outflow 212 to the environment 25.
  • the lower part 23 has an outflow 231 to the breathing gas path 8b in the direction of the first separating material 1 .
  • a pump/turbine 10 is arranged in the breathing gas path, which generates the flushing flow for the breathing gas.
  • a stenosis 24 is arranged between the outlet 212 and the environment, which restricts the flow of CO2 breathing gas regulated.
  • the respiratory gases are separated via the diffusion filter 12, 22 due to a concentration gradient.
  • the first separating material 1 comprises, for example, a diffusion filter 12.
  • the diffusion filter 12 is contaminated with patient gases (at least the upper chamber 11) and should therefore be reprocessable (sterilizable, washable).
  • the diffusion filter 12 should be steam sterilizable, i.e. thermally stable up to 134°C.
  • Today's chemical absorbers are used up after a relatively short time (e.g. a work shift of 4 - 10 hours) and then become hazardous waste because they then contain chlorofluorocarbons (volatile anesthetics).
  • a diffusion filter would therefore have to withstand around 50 autoclave cycles if used for one year and processed weekly.
  • Both diffusion filters 12 and 22 are designed as foil filters/surface filters or as tubes (hollow fibers).
  • Diffusion filters 12, 22 can be made from various plastics, ceramics, pressed glass beads, or sintered or rolled metals (or combinations thereof).
  • PAN polyethylene
  • PE polypropylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • TF membranes often from a backing (e.g., cellulose acetate) and a coating (e.g., polyamide).
  • a backing e.g., cellulose acetate
  • a coating e.g., polyamide
  • the second separating material 22 is set up to selectively allow the smaller molecules of nitrogen N2 and oxygen O2 to pass through and to at least largely retain at least carbon dioxide CO2.
  • the second separation material 2 comprises a diffusion filter 22.
  • the ratio of the permeability of the diffusion filter 22 of N2 and O2 to CO2 is at least 50:1.
  • the ratio of the permeability of N2 and O2 to CO2 can also be at least 100:1.
  • the ratio of the permeability should preferably be so large that after the 2nd stage the flow of CO2 released into the environment or into a breathing gas scavenging system 25 is smaller than the flushing flow in the first stage (separation material 1).
  • the first flow into the separating material 1 is, for example, 4 to 25 l/min or 6 to 18 l/min.
  • the discharged flow should be as small as possible.
  • the discharged flow should be as small as possible than the typical mean expiratory patient flow.
  • the first flow is generated by a blower or pressurized gas source or pump 5, or the patient breathes directly into the separating material 1, for example when the separating material 1 is in the expiratory tube.
  • the breathing gas path 4 is the expiratory breathing gas path 4e.
  • the second flow into the separating material 2 is 1 to 25 l/min or 6 to 18 l/min.
  • the flushing flow between chamber 13 and the upper chamber 21 and the lower chamber 23 can be regulated as required. This would allow one to adjust the level of CO2 leaving the first stage at 132. A higher level of CO2 at the first stage output (at 132), while not ideal for the patient, could conserve power and increase run time when operating on battery power.
  • the second flow is generated by a blower or source of pressurized gas or pump 10 .
  • the respiratory gas mixture 3 is taken at least partially or completely from the expiratory respiratory gas path 4e.
  • the first separating material 1 is connected with a first outlet 112 for breathing gas to an inspiratory breathing gas path 4 i , a breathing gas pump 5 being arranged downstream of the first separating material 1 and upstream in front of the inspiratory patient connection 6 .
  • a fresh gas supply (of oxygen) and an anesthetic gas supply are optionally arranged downstream of the first separating material 1 and upstream of the breathing gas pump 5 .
  • a sensor in particular an oxygen sensor and/or anesthetic gas sensor, is optionally arranged downstream of the respiratory gas pump 5 .
  • a flow sensor is optionally arranged downstream of the breathing gas pump 5 .
  • a CO2 sensor (capnometry) is optionally arranged downstream of the respiratory gas pump 5 .
  • Sensors can also be arranged in the respiratory gas path before the first separating material 1 and/or after the first separating material 1 .
  • Sensors can also be arranged in the respiratory gas path before the second separating material 2 and/or after the second separating material 2 .
  • the method and the device also enable the proportions of specific breathing gases in a breathing gas mixture to be regulated/controlled.
  • a supply or supply line of breathing gases in particular of O2, CO2 and/or anesthetic gas—is provided.
  • the separation or removal of at least portions of specific breathing gases from a breathing gas mixture is also provided.
  • the regulations required for this, in particular the control of the necessary actuators, are carried out by a control unit, which can also be divided into a number of sub-control units.
  • the actuators namely in particular the pump/turbine 5, 10, 26 for controlling the flows, the means 24 for removing breathing gas (parts), check valves 9, the fresh gas supply (of oxygen) and the anesthetic gas supply are controlled/regulated.
  • the control unit takes account of user specifications and/or stored instructions and/or the sensor signals. In particular by at least one flow sensor and/or CO2 sensor and/or O2 sensor and/or anesthetic gas sensor.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention and the method for separating a breathing gas mixture 3.
  • the breathing gas mixture contains at least oxygen O2 and carbon dioxide CO2 and optionally nitrogen N2 and/or at least one volatile anesthetic (A).
  • FIG. 2 shows the device according to FIG. 1, but with a cascaded flushing flow processing through the separating material 2. This could be used if the diffusion coefficient were significantly less than 100 or if the gas loss is to be reduced even further.
  • any number of stages can be cascaded.
  • a pump is required for each stage. However, since the rivers are very small, the pumps can also be set up and designed to be small and inexpensive. As a result, via a cascaded purge flow treatment, it is possible to release a small amount of gas enriched with high concentrations of CO2.
  • the remaining breathing gas mixture separated after passing through the first diffusion filter 12 with at least oxygen O2 and carbon dioxide CO2, which here has 60% CO2 for example, is conducted under a second flow via a line 8a to a second separating material 2.
  • the second separating material is designed to selectively allow the smaller molecules of nitrogen N2 and oxygen O2 to pass through and at least to a large extent to retain at least carbon dioxide CO2.
  • the second separating material 2 is designed as a double or multiple diffusion filter 2 .
  • At least carbon dioxide CO2 is separated from the breathing gas mixture by the second separating material 2 and separated out of the upper chamber 21 via the outlet 212 .
  • the separated carbon dioxide CO2 is at least temporarily separated or released into the environment 25 or into a breathing gas scavenging system 25 .
  • the respiratory gas scavenging system 25 optionally has a pump 26 which feeds the separated carbon dioxide CO2 back to the input 211 of the second separating material 2 via a line 27 .
  • the first filter is designed with an upper part 21 and a lower part 23, with a diffusion filter 22 being arranged between the parts.
  • the upper part 21 has an inflow 211 for the breathing gas mixture 3 and an outflow 212 to the environment 25 .
  • a stenosis 24 is arranged between the outflow 212 and the environment, which stenosis regulates the flow of respiratory gas containing CO2.
  • the lower part 23 has a drain 231 towards the second filter 2'.
  • the inlet 211 ′ of the second filter 2 ′ is fed with the outlet of the first filter 231 .
  • the upper part 21' has an outlet 212' to a pump 26, which conducts breathing gas containing CO2 (with 6% CO2) via a line 27 to the inlet 211 of the first filter 2.
  • the proportion of CO2 is thus reduced to 0.6% in this example.
  • the breathing gas prepared in this way is fed back to the first separation material 1 .
  • a breathing gas pump 10 is arranged in the breathing gas path, which generates the flushing flow for the breathing gas.
  • a breathing gas pump 5 can also be arranged in the embodiment according to FIG.
  • a fresh gas supply (of oxygen) and an anesthetic gas supply are optionally arranged downstream of the first separating material 1 and upstream of the breathing gas pump 5 .
  • a sensor in particular an oxygen sensor and/or anesthetic gas sensor, is optionally arranged downstream of the respiratory gas pump 5 .
  • a flow sensor is optionally arranged downstream of the breathing gas pump 5 .
  • a CO2 sensor capnometry
  • Sensors can also be arranged in the respiratory gas path before the first separating material 1 and/or after the first separating material 1 .
  • Sensors can also be arranged in the respiratory gas path before the second separating material 2 and/or after the second separating material 2 or also in the line 27.
  • the method and the device also enable the proportions of specific breathing gases in a breathing gas mixture to be regulated/controlled.
  • a supply or supply line of breathing gases in particular of O2, CO2 and/or anesthetic gas—is provided.
  • the separation or removal of at least portions of specific breathing gases from a breathing gas mixture is also provided.
  • the regulations required for this, in particular the control of the necessary actuators, are carried out by a control unit, which can also be divided into a number of sub-control units.
  • the actuators namely in particular the pump/turbine 5, 10, 26 for controlling the flows, the means 24 for removing breathing gas (parts), check valves 9, the fresh gas supply (of oxygen) and the anesthetic gas supply are controlled/regulated.
  • the control unit takes account of user specifications and/or stored instructions and/or the sensor signals.
  • the sensor signals In particular by at least one flow sensor and/or CO2 sensor and/or O2 sensor and/or anesthetic gas sensor.
  • FIG. 3 shows the application of the teaching according to the invention (device and method) in a ventilator according to the invention and the implications of the teaching.
  • FIG. 3 shows the importance of the alveolar ventilation VA in the elimination of CO2 in a hemodynamically stable, anesthetized patient.
  • FIG. 3 shows the course of different patient-specific physiological parameters during monitoring of alveolar ventilation using volumetric capnography. Shown in (B) is the change in alveolar ventilation (VA) in a hemodynamically stable patient by (A) reducing the respiratory rate (RR) from 15 to 10 breaths per minute (i), by increasing (ii) and reducing (iii) of tidal volume (VT) under controlled ventilation.
  • VA alveolar ventilation
  • VCO2 carbon dioxide
  • PEO2 alveolar CO2 partial pressures
  • PETCO2 is also used as a quantitative measure for adjusting ventilation - with stable hemodynamics and constant metabolism, a high PETCO2 indicator is hypoventilation, and a low PETCO2 indicator is hyperventilation.
  • VE respiratory minute volume
  • VT low tidal volumes
  • VA alveolar ventilation
  • VD dead space ventilation
  • VA and its proportion of VE is a measure of the efficiency of respiration
  • VA and VD are important parameters for optimizing ventilation settings, particularly in the case of people with respiratory restrictions. Accordingly, VA is calculated as:
  • VA VE - VD
  • FIG. 3 shows the importance of VA in the elimination of CO2 in a hemodynamically stable, anesthetized patient.
  • the larger VCO2 with increased VA reduces the partial pressures on both sides of the alveolocapillary membrane, resulting in hypocapnia.
  • the lower VA entails less CO2 elimination and thus hypercapnia.
  • Capnography is a suitable means of determining and graphically displaying the amount or proportion of expiratory carbon dioxide, or expiratory CO2 for short.
  • the CO2 kinetics of mechanically ventilated patients are displayed in a non-invasive way and in real time.
  • volumetric capnography is a suitable tool for clinical monitoring of mechanically ventilated patients.
  • the CO2 concentration in breathing gases during the breathing cycle can be measured by means of capnography.
  • the CO2 concentration is regularly calculated from the absorption of infrared light according to the Lambert-Beer law and is usually expressed as a partial pressure in the unit mmHg.
  • the graphical representation of CO2 elimination during respiration is called a capnogram and the corresponding measuring device is called a capnograph.
  • the patient-specific physiological parameter of the amount of CO2, or specifically the volume of CO2 that is eliminated in a single patient breath can be determined non-invasively by volumetric capnography by integrating the expiratory CO2 over the expiratory tidal volume.
  • the diffusion of the CO2 can be used as a patient-specific physiological parameter representing the success of the artificial ventilation, in order to then automatically draw conclusions for the adjustment of the at least one technical ventilation parameter.
  • a physiologically successful artificial respiration that is also gentle on the patient can thus be ensured.
  • a ventilator for the artificial ventilation of a patient comprises: a measuring device (sensor) which is set up to detect at least one patient-specific physiological parameter (such as O2 or CO2); a control device that is set up to define at least one technical ventilation parameter, the patient being ventilated on the basis of the technical ventilation parameter, the at least one technical ventilation parameter being at least one of the ventilation parameters respiratory gas pressure, respiratory minute volume, tidal volume, respiratory rate, positive end-expiratory pressure, and /or corresponds to the ventilator-provided inspiratory oxygen concentration and/or the ventilator-provided CO2 fraction or partial pressure; and a control unit in communication with the measuring device and with the control device is.
  • a measuring device sensor
  • a control device that is set up to define at least one technical ventilation parameter, the patient being ventilated on the basis of the technical ventilation parameter, the at least one technical ventilation parameter being at least one of the ventilation parameters respiratory gas pressure, respiratory minute volume, tidal volume, respiratory rate, positive end-expiratory pressure, and /
  • the measuring device is set up in such a way that it repeatedly measures the at least one patient-specific physiological parameter at time intervals.
  • the control unit is set up in such a way that it carries out an adjustment of the at least one technical respiration parameter on the basis of the repetitive measurement of the patient-specific physiological parameter.
  • the proposed ventilator for artificially ventilating a patient is preferably set up to be operated by means of a method described above and/or using the device.
  • the ventilator it is essential to realize that the functional state of the ventilated lungs, which changes from one breath to the next breath of the artificially ventilated patient, is included in the regulation of the ventilation settings.
  • a new dimension of ventilation therapy is achieved through the simultaneous inclusion of both technical and physiological parameters in the form of technical ventilation parameters on the one hand and patient-specific physiological parameters on the other in the control of the ventilation device. This procedure enables the ventilation therapy to be controlled safely, even under the more stringent conditions to which modern intensive care medicine is exposed today, namely decreasing patient stays despite increasingly seriously ill patients.
  • the proposed ventilator can automatically monitor the patient's condition via the patient-specific physiological parameters and automatically adjust the technical ventilation parameters at regular intervals via the proposed regulation/control such that successful and gentle artificial ventilation of the patient takes place.
  • the measuring device is designed as a capnopgraph and is set up in such a way that it repeatedly measures the at least one patient-specific physiological parameter by means of, preferably volumetric, capnography, and that the at least one patient-specific physiological parameter corresponds to at least one parameter directly representing the CO2 gas exchange in the patient's lungs, preferably at least one of the end-expiratory CO2 partial pressure in the exhaled gas mixture, alveolar CO2 partial pressure, or the volume of CO2 eliminated in a single breath of the patient.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Atemgasgemisch. Die Trennung wird mit Hilfe einer Membran, die als ein Molekülfilter wirkt, durchgeführt.

Description

Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Atemgasgemisch
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von zumindest Kohlendioxid (CO2) aus einem Atemgasgemisch. Die Trennung wird beispielsweise mit Hilfe einer Membran, die als ein Molekülfilter wirkt, durchgeführt.
Die Abtrennung von CO2 aus kohlendioxidhaltigen Gasgemischen, wie sie in der Beatmung oder Anästhesie vorkommen, ist eine anspruchsvolle Aufgabe.
Es ist bekannt, dass die verabreichten Atemgase aus Gründen der Sparsamkeit und Sicherheit in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren, wobei Sauerstoff und/oder CO2 und/oder Anästhesiegase verbrauchsabhängig nachgeführt werden und Kohlendioxid dem Kreislauf entzogen wird. Generell ist zu vermeiden, dass in Beatmungssystemen eine Anreicherung von Kohlendioxid erfolgt. Ein Konzentrationswert von 0,5% stellt üblicherweise einen Grenzwert dar, der nicht überschritten werden sollte.
Die Menge an Kohlendioxid, die entfernt werden muss hängt von der individuellen Anwendung ab. Exspiratorische Atemluft enthält etwa 5% Kohlendioxid. Diese Konzentration sollte in dem Atemkreislauf auf einen Wert von 0,5 % oder weniger reduziert werden.
Üblicherweise wird CO2 an Atemkalk gebunden und so dem Kreislauf entzogen. Atemkalk ist jedoch nicht wieder verwendbar und muss entsorgt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstige und praktikable Möglichkeit zur Abtrennung bestimmter Atemgase anzubieten. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine Regelung der Anteile bestimmter Atemgasekonzentrationen in einem Atemgasgemisch anzubieten.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Auftrennen von einem Atemgasgemisch, welches zumindest O2 und CO2 und zumindest ein volatiles Anästhetikum enthält, und in einem Atemgasweg strömt bei dem das Atemgasgemisch unter einem ersten Fluss zu einem ersten Trennmaterial geführt wird, wobei das erste Trennmaterial zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2, von dem zumindest einen volatilen Anästhetikum trennt und wobei das zumindest eine volatile Anästhetikum wieder dem Atemgasweg zugeführt wird oder in dem Atemgassystem verbleibt, wobei das abgetrennte restliche Atemgasgemisch mit zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 unter einem zweiten Fluss zu einem zweiten Trennmaterial geführt wird, wobei durch das zweite Trennmaterial zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt wird und wobei das abgetrennte Kohlendioxid CO2 zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungs- system entlassen wird und wobei der restliche Teil des Atemgasgemisches nämlich im Wesentlichen Sauerstoff O2 wieder dem ersten Trennmaterial zugeführt wird. Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennmaterial selektiv die kleineren Moleküle Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 passieren lässt und zumindest ein volatiles Anästhetikum zurückhält.
Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennmaterial ein Diffusionsfilter ist.
Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass die Atemgase aufgrund eines Konzentrationsgefälles über den Diffusionsfilter aufgetrennt werden
Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial ein Diffusionsfilter ist.
Die Erfindung betrifft alternativ oder ergänzend ein Verfahren (oder eine Vorrichtung), bei dem das zweite Trennmaterial selektiv die kleineren Moleküle Sickstoff N2 und/oder Sauerstoff O2 passieren lässt und zumindest Kohlendioxid CO2 zumindest weitgehend zurückhält.
Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial ein Diffusionsfilter ist, der ein Verhältnis der Durchlässigkeit von N2 und/oder O2 zu CO2 von wenigstens 50 : 1 aufweist.
Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial ein Diffusionsfilter ist, der ein Verhältnis der Durchlässigkeit von N2 und/oder O2 zu CO2 von wenigstens 100 : 1 aufweist.
Das Verfahren ist zudem auch dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluss 4 bis 25 l/min beträgt.
Das Verfahren ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluss 3 bis 18 l/min beträgt.
Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluss durch ein Gebläse oder eine Druckgasquelle oder eine Pumpe erzeugt wird.
Das Verfahren ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluss zumindest phasenweise Atemgas mit 10 bis 30% Sauerstoff enthält.
Das Verfahren ist außerdem dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluss 4 bis 25 l/min beträgt.
Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluss 6 bis 18 l/min beträgt. Das Verfahren ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial ein Diffusionsfilter ist, der ein Verhältnis der Durchlässigkeit von O2 zu CO2 aufweist, welches bevorzugt so groß ist, so dass der in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem entlassene Fluss von CO2, kleiner ist, als der Spülfluss des ersten Trennmaterials.
Das Verfahren zeichnet sich auch dadurch aus, dass der zweite Fluss durch ein Gebläse oder eine Druckgasquelle oder eine Pumpe erzeugt wird.
Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass das Atemgasgemisch zumindest teilweise oder vollständig dem exspiratorischen Atemgasweg entnommen wird.
Das Verfahren ist auch dadurch gekennzeichnet, dass erste Trennmaterial mit einem ersten Ausgang atemgasleitend mit einem inspiratorischen Atemgasweg verbunden ist, wobei stromabwärts von dem ersten Trennmaterial und stromaufwärts vor dem inspiratorischen Patientenanschluss eine Atemgasquelle angeordnet ist.
Das Verfahren ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von dem ersten Trennmaterial und stromaufwärts vor der Atemgasquelle eine Frischgaszufuhr (von Sauerstoff) und eine Anästhesiegaszufuhr angeordnet ist.
Das Verfahren ist zudem auch dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von der Atemgasquelle ein Sauerstoffsensor und/oder ein Flusssensor und/oder ein CO2-Sensor angeordnet ist.
Das Verfahren ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Atemgasgemisch zumindest Sickstoff N2, Sauerstoff O2, Kohlendioxid CO2 und zumindest ein volatiles Anästhetikum aufweist.
Das Verfahren ermöglicht auch eine Regelung der Anteile bestimmter Atemgase in einem Atemgasgemisch. Dazu wird erfindungsgemäß eine Einspeisung oder Zuleitung von Atemgasen - insbesondere von O2, CO2 und/oder Anästhesiegas - vorgesehen. Ebenso ist die Abtrennung oder Entfernung zumindest von Anteilen bestimmter Atemgase aus einem Atemgasgemisch vorgesehen. Die dafür notwendigen Regelungen, insbesondere die Steuerung der notwendigen Aktoren, werden von einer Steuereinheit, die auch in mehrere Teilsteuereinheiten unterteilt sein kann, vorgenommen.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Auftrennen von einem Atemgasgemisch, welches zumindest O2 und CO2 und zumindest ein volatiles Anästhetikum enthält, und in einem Atemgasweg strömt, bei dem das Atemgasgemisch unter einem ersten Fluss zu einem ersten Trennmaterial geführt wird, wobei das erste Trennmaterial zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 von dem zumindest einen volatilen Anästhetikum trennt und wobei das zumindest eine volatile Anästhetikum wieder dem Atemgasweg zugeführt wird oder in dem Atemgassystem verbleibt, wobei das abgetrennte restliche Atemgasgemisch mit zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 unter einem zweiten Fluss zu einem zweiten Trennmaterial geführt wird, wobei durch das zweite Trennmaterial zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt wird und wobei das abgetrennte Kohlendioxid CO2 zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungs- system entlassen wird und wobei der restliche Teil des Atemgasgemisches nämlich im Wesentlichen Sauerstoff O2 wieder dem ersten Trennmaterial zugeführt wird.
Die Vorrichtung ist optional auch dadurch gekennzeichnet, dass das Atemgasgemisch dabei direkt oder forciert durch den Patienten oder mittels Pumpe oder Turbine zu dem Trennmaterial geleitet wird, wobei das erste Trennmaterial eingerichtet und ausgebildet ist, zumindest Sauerstoff O2 und/oder Kohlendioxid CO2 von zumindest einen volatilen Anästhetikum zu trennen, wobei das zumindest eine volatile Anästhetikum wieder dem Atemgasweg zugeführt wird oder im Atemgasweg verbleibt, wobei der Atemgasweg eine Atemgaspumpe (die ein Ventil oder eine Turbine oder eine Atemgasquelle sein kann) aufweist und wobei das Atemgas über eine Patientenschnittstelle zum Patienten geleitet wird.
Die Vorrichtung ist optional auch dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennmaterial als Diffusionsfilter in einem Zweig eines Atemgasschlauches ausgebildet sein kann oder als Filtergehäuse mit einem Zulauf für Atemgas, einer oberen Kammer, einem Ablauf für Atemgas zum Patienten, einem Diffusionsfilter, einer unteren Kammer und einem Ablauf für Atemgas aus der unteren Kammer, zum Atemgasweg in Richtung zu dem zweiten Trennmaterial, und einem Zulauf in die untere Kammer, aus der Leitung von dem zweiten Trennmaterial kommend, ausgeführt sein.
Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das abgetrennte restliche Atemgasgemisch (mit zumindest Stickstoff N2 und Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2) unter einem zweiten Fluss über eine Leitung zu einem zweiten Trennmaterial geführt wird und durch das zweite Trennmaterial zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt wird, wobei das abgetrennte Kohlendioxid CO2 zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem entlassen wird, wobei Mittel vorhanden sind, die den Fluss des abgetrennten Kohlendioxids regulieren.
Die Vorrichtung ist zudem auch dadurch gekennzeichnet, dass der restliche Teil des Atemgasgemisches nämlich im Wesentlichen (Stickstoff N2 und) Sauerstoff O2 über die Leitung wieder dem ersten Trennmaterial zugeführt wird, wobei dazu in der Leitung oder gasleitend mit der Leitung verbunden eine Atemgaspumpe / Turbine angeordnet ist, die den notwendigen Spülfluss (der auch einfach eine Volumenverschiebung sein kann) des Atemgases generiert. Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung zwischen dem ersten Trennmaterial und dem zweiten Trennmaterial ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches einen Fluss von Atemgas selektiv in einer Richtung verhindert.
Erfindungsgemäß sind das Trennmaterial 1 und 2 identisch oder unterschiedlich ausgeführt. Das gilt insbesondere hinsichtlich der Wahl der Filter. Beispielsweise sind die Filter unterschiedlich selektiv für Sauerstoff und Kohlendioxid und/oder Anästhetika.
Die Vorrichtung ist ergänzend auch dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial als Filter mit einem oberen Teil und einem unteren Teil ausgeführt ist, wobei zwischen den Teilen ein Diffusionsfilter angeordnet ist, wobei der obere Teil einen Zufluss für das Atemgasgemisch (welches vom ersten Trennmaterial kommt) aufweist und einen Abfluss zur Umgebung, wobei der untere Teil einen Abfluss zum Atemgasweg in Richtung zu dem ersten Trennmaterial aufweist, wobei zwischen dem Abfluss und dem Zufluss im Atemgasweg eine Pumpe / Turbine angeordnet ist, die den Spülfluss für das Atemgas erzeugt.
Die Vorrichtung ist optional auch dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionsfilter dampfsterilisierbar ist, d.h. thermisch stabil bis 134°C ist.
Die Vorrichtung ist optional auch dadurch gekennzeichnet, dass beide Diffusionsfilter und als Folienfilter / Flächenfilter oder als Rohre (Hohlfasern) ausgebildet sind, wobei die Größe der Flächen und der Durchgangs-Querschnitte dabei so ausgebildet sind, dass ein Fluss von 60 l/min in Flussrichtung möglich ist und in Fluss- und/oder Diffusionsrichtung ein maximaler Druckabfall von 2 cmH2O (==mbar, == hPa) nicht überschritten wird.
Die Vorrichtung ist optional auch dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Durchlässigkeit des Diffusionsfilters von N2 und/oder O2 zu CO2 so ausgebildet ist, dass CO2 im Wesentlichen zurückgehalten wird, wobei das Verhältnis der Durchlässigkeit bevorzugt so groß ist, dass der in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem entlassene Fluss von CO2 kleiner ist, als der Spülfluss in der ersten Stufe beim Trennmaterial.
Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluss in das Trennmaterial hinein 4 bis 30 l/min beträgt und der zweite Fluss in das Trennmaterial hinein 1 bis 35 l/min beträgt.
Die Vorrichtung ist optional auch dadurch gekennzeichnet, dass der Spülfluss zwischen erster Kammer und nachfolgender Kammer nach den Erfordernissen geregelt werden kann, sodass der CO2-Gehalt, der die erste Stufe verlässt, einstellbar ist.
Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von dem ersten Trennmaterial und stromaufwärts vor dem inspiratorischen Patientenanschluss eine Atemgaspumpe angeordnet ist. Die Vorrichtung ist optional auch dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von dem ersten Trennmaterial und stromaufwärts vor der Atemgaspumpe eine Frischgaszufuhr (von Sauerstoff) und/oder eine Anästhesiegaszufuhr angeordnet ist.
Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von der Atemgaspumpe ein Sauerstoffsensor und/oder Flusssensor und/oder CO2-Sensor angeordnet ist.
Die Vorrichtung ist optional auch dadurch gekennzeichnet, dass eine kaskadierte Spülfluss- Aufbereitung durch das Trennmaterial vorgesehen ist, bei der das zweite Trennmaterial als ein zweifacher oder vielfacher Diffusionsfilter ausgeführt ist.
Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt und aus der oberen Kammer über den Ausgang in das Atemgasfortleitungssystem abscheidet, wobei eine Pumpe, das abgeschiedene Kohlendioxid CO2 über eine Leitung wieder zum Eingang des zweiten Trennmaterials führt.
Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Diffusionsfilter diffundierte restliche Teil des Atemgasgemisches nämlich im wesentlichen Stickstoff N2 und Sauerstoff O2, welcher hier noch z.B. 6 % CO2 aufweist, aus der unteren Kammer durch die Öffnung zum zweiten Trennmaterial geleitet wird und hier durch den Einlauf eintritt.
Die Vorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf des zweiten Filters mit dem Ablauf des ersten Filters gespeist wird, wobei in dem unteren Teil des zweiten Trennmaterials somit ein weiter reduzierter CO2-Anteil vorherrscht und wobei das so aufbereitete Atemgas wieder dem ersten Trennmaterial zugeführt wird.
Die Erfindung umfasst auch ein Schlauchsystem aufweisend eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die Erfindung umfasst auch ein Beatmungsgerät aufweisend eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die Erfindung umfasst auch ein Beatmungsgerät eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der Schritte des Verfahrens.
Die Erfindung umfasst auch ein Beatmungsgerät umfassend eine Vorrichtung zum Auftrennen von einem Atemgasgemisch, welches zumindest O2 und CO2 enthält, und in einem Atemgasweg strömt
-bei dem das Atemgasgemisch unter einem ersten Fluss zu einem ersten Trennmaterial geführt wird,
-wobei das erste Trennmaterial zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 trennt und -wobei Sauerstoff und zu einem reduzierten Anteil CO2 wieder dem Atemgasweg zugeführt wird oder in dem Atemgassystem verbleibt
-wobei das abgetrennte restliche Atemgasgemisch mit zumindest Sauerstoff und einem erhöhten Anteil Kohlendioxid CO2 unter einem zweiten Fluss zu einem zweiten Trennmaterial geführt wird,
-wobei durch das zweite Trennmaterial zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt wird und
-wobei das abgetrennte Kohlendioxid CO2 zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem entlassen wird und
-wobei der restliche Teil des Atemgasgemisches nämlich im Wesentlichen Sauerstoff O2 und ein reduzierter Anteil CO2 wieder dem ersten Trennmaterial zugeführt wird.
Die Erfindung besteht alternativ oder ergänzend aus einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Separation von CO2 aus einem Atemgasgemisch, bei dem das Atemgasgemisch an einer Seite einer speziellen semipermeablen Membran entlanggeführt wird, durch die ein Transport der Komponenten des Gasgemisches erfolgen kann, wobei die Membran so gewählt ist, dass derTransport von CO2 und/oder zumindest einen volatilen Anästhetikum durch die Membran wesentlich weniger effektiv erfolgt, als der Transport der anderen Gaskomponenten des Atemgasgemisches, wobei zwei Membranen verwendet werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder" stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Die Unteransprüche betreffen verschiedene voneinander unabhängige, vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, deren Merkmale vom Fachmann im Rahmen des technisch Sinnvollen frei miteinander kombiniert werden können. Dies gilt insbesondere auch über die Grenzen der verschiedenen Anspruchskategorien hinaus.
Ein Atemgasgemisch ist im Sinne der Erfindung jedes atembare Gasgemisch, welches Sauerstoff O2 und Kohlendioxid (CO2) und/oder zumindest Sickstoff N2 und/oder zumindest ein Anästhesiegas (beispielsweise Servofluran, Desfluran, Lachgas, Xenon ...) enthält. Die erfindungsgemäß genutzten Filter sind chemisch beständig gegen die eingesetzten Gase und Dämpfe. Das Filtermodul insgesamt ist so eingerichtet und ausgebildet, dass es gereinigt und/oder sterilisiert werden kann. Die Filter oder das Filtermodul weisen daher die notwendige Temperaturbeständigkeit von zumindest 134°C auf.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere Methoden zur Reduzierung des CO2- Partialdruckes oder des CO2-Anteils miteinander kombiniert werden, also die Einstellung des CO2-Partialdruckes durch eine Gasspülung auf der dem Atemgasgemisch abgewandten Seite der Membran und durch eine Absenkung des Gesamtdruckes auf der dem Atemgasgemisch abgewandten Seite der Membran vorgenommen wird.
Ein wesentlicher Vorteil der verwendeten Membranen besteht insbesondere darin, dass sie gegenüber halogenierten Kohlenwasserstoffen eine hohe Beständigkeit aufweisen. Aus diesem Grund sind sie besonders für Langzeitanwendungen in Anästhesie- oder Beatmungssystemen geeignet, in denen mit einer nennenswerten Beaufschlagung mit diesen Substanzen zu rechnen ist.
Erfindungsgemäß können Sensoren genutzt werden, um die Informationen über die Atemgaswerte oder -Parameter zu liefern beispielsweise über Kohlendioxid.
Erfindungsgemäß sind Beatmungsgeräte nicht-invasive Geräte für Heimanwendungen oder invasive klinische Beatmungsgeräte oder Anästhesie-Beatmungsgeräte und somit jeweils Geräte oder Anwendungen, bei denen Kohlendioxid für den Erfolg der Beatmung oder den Zustand des Patienten ein wichtiger Leitparameter sein kann.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren zum Auftrennen von einem Atemgasgemisch 3. Das Atemgasgemisch 3 enthält zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 und optional Sickstoff N2 und/oder zumindest ein volatiles Anästhetikum.
Das Atemgasgemisch 3 durchströmt einen Atemgasweg 4 und wird unter einem ersten Fluss zu einem ersten Trennmaterial 1 geführt. Das Atemgasgemisch 3 durchströmt den Atemgasweg 4 zumindest abschnittsweise durch mindestens eine Leitung 8. Die Leitung 8 kann zumindest unterteilt sein in eine Leitung 8a und eine Leitung 8b. Das Atemgasgemisch 3 wird dabei direkt oder forciert (durch den Patienten oder mittels Pumpe oderTurbine) zu dem Trennmaterial 1 gebracht.
Das erste Trennmaterial 1 ist eingerichtet und ausgebildet, zumindest Sauerstoff O2 und/oder Kohlendioxid CO2 von zumindest einem volatilen Anästhetikum (A) zu trennen.
Das zumindest eine volatile Anästhetikum wird wieder dem Atemgasweg 4 zugeführt oder verbleibt im Atemgasweg 4. Der Atemgasweg 4 weist eine Atemgaspumpe 5 (die ein Ventil oder eine Turbine oder eine Atemgasquelle sein kann) auf, die als Turbine ausgeführt sein kann. Über eine Patientenschnittstelle 6 wird das Atemgas zum Patienten 7 geleitet.
Das erste Trennmaterial 1 kann lediglich einen Diffusionsfilter in einem (beispielsweise dem exspiratorischen) Zweig eines Atemgasschlauches darstellen oder das Trennmaterial 1 kann als Filtergehäuse mit einem Zulauf 111 für Atemgas, einer oberen Kammer 11, einem Ablauf 112 für Atemgas zum Patienten, einem Diffusionsfilter 12, einer unteren Kammer 13 und einem Ablauf 132 für Atemgas aus der unteren Kammer 13 und einem Zulauf in die untere Kammer 131 ausgeführt sein.
Das abgetrennte restliche Atemgasgemisch (mit zumindest Sickstoff N2 und Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2) wird unter einem zweiten Fluss über die Leitung 8a zu einem zweiten Trennmaterial 2 geführt. Durch das zweite Trennmaterial 2 wird zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt. Das abgetrennte Kohlendioxid CO2 wird zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung 25 oder in ein Atemgasfortleitungssystem 25 entlassen.
Dabei sind Mittel 24 vorhanden, die den Fluss des abgetrennten Kohlendioxids regulieren.
Der restliche Teil des Atemgasgemisches, nämlich im Wesentlichen (Stickstoff N2 und) Sauerstoff O2, wird über die Leitung 8b wieder dem ersten Trennmaterial 1 zugeführt. Dazu ist in der Leitung 8b oder gasleitend mit der Leitung 8a und/oder 8b verbunden eine Atemgaspumpe / Turbine 10 angeordnet, die den notwendigen Spülfluss (der auch einfach eine Volumenverschiebung sein kann) des Atemgases generiert. In der Leitung 8a kann zwischen dem ersten Trennmaterial 1 und dem zweiten Trennmaterial 2 ein Rückschlagventil 9 angeordnet sein, welches einen Fluss von Atemgas selektiv in einer Richtung verhindert, nämlich insbesondere eine Strömung vom zweiten Trennmaterial 2 zum ersten Trennmaterial 1.
Das erste Trennmaterial 1 ist eingerichtet und ausgebildet, selektiv die kleineren Moleküle Sickstoff N2, Sauerstoff O2, Kohlendioxid CO2 passieren zu lassen und größere Moleküle wie beispielsweise ein volatiles Anästhetikum, zurückzuhalten. Das erste Trennmaterial 1 ist hier als Filter mit einem oberen Teil 11 und einem unteren Teil 13 ausgeführt, wobei zwischen den Teilen ein Diffusionsfilter 12 angeordnet ist. Der obere Teil 11 weist einen Zufluss 111 für das Atemgasgemisch 3 auf und einen Abfluss 112 zum Atemgasweg 4 in Richtung zu einem Patienten 7.
Der untere Teil 13 weist einen Zufluss 131 und einen Abfluss 132 zum Atemgasweg 8a in Richtung zu dem zweiten Trennmaterial 2 auf. Das zweite Trennmaterial ist eingerichtet, selektiv die kleineren Moleküle Sickstoff N2, Sauerstoff O2 passieren zu lassen und zumindest Kohlendioxid CO2 zumindest weitgehend zurückzuhalten. Das zweite Trennmaterial 2 kann einen Diffusionsfilter 22 umfassen.
Das zweite Trennmaterial 2 ist hier als Filter mit einem oberen Teil 21 und einem unteren Teil 23 ausgeführt, wobei zwischen den Teilen ein Diffusionsfilter 22 angeordnet ist. Der obere Teil 21 weist einen Zufluss 211 für das Atemgasgemisch 3 (welches vom ersten Trennmaterial kommt) auf und einen Abfluss 212 zur Umgebung 25.
Der untere Teil 23 weist einen Abfluss 231 zum Atemgasweg 8b in Richtung zu dem ersten Trennmaterial 1 auf. Zwischen dem Abfluss 231 und dem Zufluss 131 ist im Atemgasweg eine Pumpe / Turbine 10 angeordnet, die den Spülfluss für das Atemgas erzeugt. Zwischen dem Abfluss 212 und der Umgebung ist eine Stenose 24 angeordnet, die den Strom von CO2- haltigem Atemgas reguliert. Die Atemgase werden aufgrund eines Konzentrationsgefälles über den Diffusionsfilter 12, 22 aufgetrennt.
Das erste Trennmaterial 1 umfasst beispielsweise einen Diffusionsfilter 12. Der Diffusionsfilter 12 wird mit Patientengasen kontaminiert (mindestens die obere Kammer 11) und sollte daher aufbereitbar (sterilisierbar, waschbar) sein. Der Diffusionsfilter 12 sollte dampfsterilisierbar, d.h. thermisch stabil bis 134°C sein. Heutige chemische Absorber sind nach relativ kurzer Zeit (z.B. eine Arbeitsschicht von 4 - 10 Stunden) verbraucht und danach Sondermüll, weil sie danach Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (volatilen Anästhetika) enthalten. Ein Diffusionsfilter müsste also bei einer Nutzungszeit von einem Jahr und bei wöchentlicher Aufbereitung etwa 50 Autoklavierzyklen überstehen.
Beide Diffusionsfilter 12 und 22 sind als Folienfilter / Flächenfilter oder als Rohre (Hohlfasern) ausgebildet. Die Größe der Flächen und der Durchgangs-Querschnitte sind dabei so ausgebildet, dass ein Fluss von 60 l/min in Flussrichtung möglich ist und in Fluss- und/oder Diffusionsrichtung ein maximaler Druckabfall von 2 cmH20 (= mbar, = hPa) nicht überschritten wird. Gegebenenfalls können viele Folien oder viele Hohlfasern parallelisiert werden.
Diffusionsfilter 12, 22 können aus diversen Kunststoffen, Keramiken, gepressten Glasperlen oder gesinterten oder gewalzten Metallen (oder Kombinationen daraus) hergestellt werden. Häufig verwendet werden Polysulfone, Polyethersulfon (PES) Cellulose, Celluloseester (Celluloseacetat, Cellulosenitrat), Regenerierte Cellulose (RC), Silikone, Polyamide ("Nylon", genauer: PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 11, PA 12), Polyamidimid, Polyamid Harnstoff, Polycarbonate, Keramik, Edelstahl, Silber, Silizium, Zeolithe (Alumosilicate), Polyacrylnitril (PAN), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylchlorid (PVC), Polypiperazinamid.
Kombinationen aus diesen Werkstoffen werden verwendet, um Dünnschichtmembranen ("TF", englisch "thin film"), häufig aus einer Stützschicht (z. B. Celluloseacetat) und einem Überzug (z. B. Polyamid) herzustellen.
Das zweite Trennmaterial 22 ist eingerichtet, selektiv die kleineren Moleküle Sickstoff N2 und Sauerstoff O2 passieren zu lassen und zumindest Kohlendioxid CO2 zumindest weitgehend zurückzuhalten. Das zweite Trennmaterial 2 umfasst einen Diffusionsfilter 22. Das Verhältnis der Durchlässigkeit des Diffusionsfilters 22 von N2 und O2 zu CO2 ist wenigstens 50 : 1. Das Verhältnis der Durchlässigkeit von N2 und O2 zu CO2 kann auch wenigstens 100 : 1 sein. Das Verhältnis der Durchlässigkeit soll bevorzugt so groß sein, dass nach der 2. Stufe der in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem 25 entlassene Fluss von CO2 kleiner ist, als der Spülfluss in der ersten Stufe (Trennmaterial 1).
Der erste Fluss in das Trennmaterial 1 hinein beträgt beispielsweise 4 bis 25 l/min oder 6 bis 18 l/min. Der entlassene Fluss soll möglichst klein sein. Der entlassene Fluss soll möglichst kleiner sein, als der typische mittlere exspiratorische Patientenfluss.
Ein erwachsener Patient atmet im Mittel in der Minute weniger als 8 I Atemgas aus, welches im Durchschnitt <= 5% CO2 enthält. Wenn das Gas im Diffusionsfilter 2 um den Faktor 10 bis 12 angereichert werden kann, ergibt sich eine Flussrate von 0,6 bis 0,8 l/min für den entlassenen Fluss (durch 212), was akzeptabel ist.
Der erste Fluss wird durch ein Gebläse oder eine Druckgasquelle oder eine Pumpe 5 erzeugt, oder der der Patient atmet direkt in das Trennmaterial 1 hinein, z.B. wenn das Trennmaterial 1 im Exspirationsschlauch ist. In diesem Beispiel ist der Atemgasweg 4 der exspiratorische Atemgasweg 4e.
Der zweite Fluss in das Trennmaterial 2 hinein beträgt 1 bis 25 l/min oder 6 bis 18 l/min. Der Spülfluss zwischen Kammer 13 und der oberen Kammer 21 und der unteren Kammer 23 kann nach den Erfordernissen geregelt werden. Dadurch könnte man den CO2-Gehalt, der die erste Stufe bei 132 verlässt, einstellen. Ein höherer CO2 Gehalt am Ausgang der ersten Stufe (bei 132) ist zwar für den Patienten nicht ideal, könnte jedoch bei Akkubetrieb Energie sparen und die Betriebszeit verlängern.
Der zweite Fluss wird durch ein Gebläse oder eine Druckgasquelle oder eine Pumpe 10 erzeugt. Das Atemgasgemisch 3 wird zumindest teilweise oder vollständig dem exspiratorischen Atemgasweg 4e entnommen. Das erste Trennmaterial 1 ist mit einem ersten Ausgang 112 atemgasleitend mit einem inspiratorischen Atemgasweg 4i verbunden, wobei stromabwärts von dem ersten Trennmaterial 1 und stromaufwärts vor dem inspiratorischen Patientenanschluss 6 eine Atemgaspumpe 5 angeordnet ist. Stromabwärts von dem ersten Trennmaterial 1 und stromaufwärts vor der Atemgaspumpe 5 ist optional eine Frischgaszufuhr (von Sauerstoff) und eine Anästhesiegaszufuhr angeordnet. Stromabwärts von der Atemgaspumpe 5 ist optional ein Sensor, insbesondere ein Sauerstoffsensor und/oder Anästhesiegassensor angeordnet. Stromabwärts von der Atemgaspumpe 5 ist optional ein Flusssensor angeordnet. Stromabwärts von der Atemgaspumpe 5 ist optional ein CO2-Sensor (Kapnometrie) angeordnet. Sensoren können zudem in dem Atemgasweg vor dem ersten Trennmaterial 1 und/oder nach dem ersten Trennmaterial 1 angeordnet sein. Sensoren können auch in dem Atemgasweg vor dem zweiten Trennmaterial 2 und/oder nach dem zweiten Trennmaterial 2 angeordnet sein.
Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen auch eine Regelung/Steuerung der Anteile bestimmter Atemgase in einem Atemgasgemisch. Dazu wird erfindungsgemäß eine Einspeisung oder Zuleitung von Atemgasen - insbesondere von O2, CO2 und/oder Anästhesiegas - vorgesehen. Ebenso ist die Abtrennung oder Entfernung zumindest von Anteilen bestimmter Atemgase aus einem Atemgasgemisch vorgesehen. Die dafür notwendigen Regelungen, insbesondere die Steuerung der notwendigen Aktoren, werden von einer Steuereinheit, die auch in mehrere Teilsteuereinheiten unterteilt sein kann, vorgenommen.
Insbesondere werden die Aktoren, nämlich insbesondere die Pumpe / Turbine 5, 10, 26 zur Steuerung der Flüsse, die Mittel 24 zur Entfernung von Atemgas(-Anteilen), Rückschlagventile 9, die Frischgaszufuhr (von Sauerstoff) und die Anästhesiegaszufuhr gesteuert/geregelt. Für die Regelung/Steuerung der Anteile bestimmter Atemgase in einem Atemgasgemisch berücksichtigt die Steuereinheit Anwendervorgaben und/oder hinterlegte Anweisungen und/oder die Sensorsignale. Insbesondere von zumindest einem Flusssensor und/oder CO2- Sensor und/oder O2-Sensor und/oder Anästhesiegassensor.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren zum Auftrennen von einem Atemgasgemisch 3. Das Atemgasgemisch enthält zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 und optional Sickstoff N2 und/oder zumindest ein volatiles Anästhetikum (A). Figur 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1, allerdings mit einer kaskadierten Spülfluss- Aufbereitung durch das Trennmaterial 2. Diese könnte zum Einsatz kommen, wenn der Diffusionskoeffizient deutlich kleiner als 100 wäre oder der Gasverlust noch weiter reduziert werden soll. Theoretisch können beliebig viele Stufen kaskadieren. Für jede Stufe wird eine Pumpe benötigt. Da die Flüsse jedoch sehr klein sind, können auch die Pumpen klein und kostengünstig eingerichtet und ausgebildet werden. Im Ergebnis ist es über eine kaskadierte Spülfluss-Aufbereitung möglich, eine geringe Menge Gas zu entlassen, das mit hohen Konzentrationen von CO2 angereichert ist.
Das nach Passage des ersten Diffusionsfilters 12 abgetrennte restliche Atemgasgemisch mit zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2, welches hier beispielsweise 60% CO2 aufweist, wird unter einem zweiten Fluss über eine Leitung 8a zu einem zweiten Trennmaterial 2 geführt. Das zweite Trennmaterial ist eingerichtet, selektiv die kleineren Moleküle Sickstoff N2, Sauerstoff O2 passieren zu lassen und zumindest Kohlendioxid CO2 zumindest weitgehend zurückzuhalten. Das zweite Trennmaterial 2 ist als ein zweifacher oder vielfacher Diffusionsfilter 2 ausgeführt.
Durch das zweite Trennmaterial 2 wird zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt und aus der oberen Kammer 21 über den Ausgang 212 abgeschieden. Das abgetrennte Kohlendioxid CO2 wird zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung 25 oder in ein Atemgasfortleitungssystem 25entlassen. Das Atemgasfortleitungssystem 25 weist optional eine Pumpe 26 auf, die das abgetrennte Kohlendioxid CO2 über eine Leitung 27 wieder zum Eingang 211 des zweiten Trennmaterials 2 führt.
Der durch den Diffusionsfilter 22 diffundierte restliche Teil des Atemgasgemisches, nämlich im wesentlichen Stickstoff N2 und Sauerstoff O2, welcher hier noch z.B. 6 % CO2 aufweist, wird aus der unteren Kammer 23 durch die Öffnung 231 zum zweiten Trennmaterial 2'geleitet und tritt hier durch den Einlauf 211' ein.
Der erste Filter ist mit einem oberen Teil 21 und einem unteren Teil 23 ausgeführt, wobei zwischen den Teilen ein Diffusionsfilter 22 angeordnet ist. Der obere Teil 21 weist einen Zufluss 211 für das Atemgasgemisch 3 und einen Abfluss 212 zur Umgebung 25 auf. Zwischen dem Abfluss 212 und der Umgebung ist eine Stenose 24 angeordnet, die den Strom von CO2- haltigem Atemgas reguliert.
Der untere Teil 23 weist einen Abfluss 231 in Richtung zu dem zweiten Filter 2' auf. Der Zulauf 211' des zweiten Filters 2' wird mit dem Ablauf des ersten Filters 231 gespeist. Der obere Teil 21' weist einen Abfluss 212' zu einer Pumpe 26 auf, die CO2-haltiges Atemgas (mit 6% CO2) über eine Leitung 27 zu dem Zulauf 211 des ersten Filters 2 leitet. In dem unteren Teil 23' des zweiten Trennmaterials 2' ist somit in diesem Beispiel der CO2-Anteil auf 0,6 % reduziert. Das so aufbereitete Atemgas wird wieder dem ersten Trennmatrial 1 zugeführt. Zwischen dem Abfluss 231' des zweiten Filters und dem Zufluss 131 des ersten Filters ist im Atemgasweg eine Atemgaspumpe 10 angeordnet, die den Spülfluss für das Atemgas erzeugt.
Entsprechend der Ausführung von Fig. 1 kann auch bei der Ausführung entsprechend Fig. 2 stromabwärts von dem ersten Trennmaterial 1 und stromaufwärts vor dem inspiratorischenPatientenanschluss 6 eine Atemgaspumpe 5 angeordnet sein. Stromabwärts von dem ersten Trennmaterial 1 und stromaufwärts vor der Atemgaspumpe 5 ist optional eine Frischgaszufuhr (von Sauerstoff) und eine Anästhesiegaszufuhr angeordnet. Stromabwärts von der Atemgaspumpe 5 ist optional ein Sensor, insbesondere ein Sauerstoffsensor und/oder Anästhesiegassensor angeordnet. Stromabwärts von der Atemgaspumpe 5 ist optional ein Flusssensor angeordnet. Stromabwärts von der Atemgaspumpe 5 ist optional ein CO2-Sensor (Kapnometrie) angeordnet. Sensoren können zudem in dem Atemgasweg vor dem ersten Trennmaterial 1 und/oder nach dem ersten Trennmaterial 1 angeordnet sein. Sensoren können auch in dem Atemgasweg vor dem zweiten Trennmaterial 2 und/oder nach dem zweiten Trennmaterial 2 angeordnet sein oder auch in der Leitung 27.
Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen auch eine Regelung/Steuerung der Anteile bestimmter Atemgase in einem Atemgasgemisch. Dazu wird erfindungsgemäß eine Einspeisung oder Zuleitung von Atemgasen - insbesondere von O2, CO2 und/oder Anästhesiegas - vorgesehen. Ebenso ist die Abtrennung oder Entfernung zumindest von Anteilen bestimmter Atemgase aus einem Atemgasgemisch vorgesehen. Die dafür notwendigen Regelungen, insbesondere die Steuerung der notwendigen Aktoren, werden von einer Steuereinheit, die auch in mehrere Teilsteuereinheiten unterteilt sein kann, vorgenommen.
Insbesondere werden die Aktoren, nämlich insbesondere die Pumpe / Turbine 5, 10, 26 zur Steuerung der Flüsse, die Mittel 24 zur Entfernung von Atemgas(-Anteilen), Rückschlagventile 9, die Frischgaszufuhr (von Sauerstoff) und die Anästhesiegaszufuhr gesteuert/geregelt.
Für die Regelung/Steuerung der Anteile bestimmter Atemgase in einem Atemgasgemisch berücksichtigt die Steuereinheit Anwendervorgaben und/oder hinterlegte Anweisungen und/oder die Sensorsignale. Insbesondere von zumindest einem Flusssensor und/oder CO2- Sensor und/oder O2-Sensor und/oder Anästhesiegassensor.
Figur 3 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre (Vorrichtung und Verfahren) in einem erfindungsgemäßen Beatmungsgerät und die Implikationen aus der Lehre. Figur 3 zeigt an einem hämodynamisch stabilen, anästhetisierten Patienten die Bedeutung der alveolären Ventilation VA bei der Eliminierung von CO2. Figur 3 zeigt den Verlauf unterschiedlicher patientenspezifischer physiologischer Parameter beim Monitoring der alveolären Ventilation anhand der volumetrischen Kapnographie. Dargestellt ist in (B) die Veränderung der alveolären Ventilation (VA) bei einem hämodynamisch stabilen Patienten durch (A) Verringerung der Atemfrequenz (RR) von 15 auf 10 Atemzüge pro Minute (i), durch Erhöhung (ii) sowie Reduktion (iii) des Tidalvolumens (VT) unter kontrollierter Beatmung.
Die Elimination von Kohlendioxid (VCO2) (in D dargestellt) und die alveolären CO2- Partialdrücke (PACO2) (in C dargestellt) verhalten sich gegenläufig. Der arterielle CO2- Partialdruck (PaCO2) ist in (C) über dem alveolären PACO2 (obere Linie in C) dargestellt.
Nicht alle Teile des Atemweges - von Mund- und Nasenöffnung bis Alveolen - nehmen tatsächlich am Gasaustausch teil. Um die „Effektivität" der Beatmung zu beurteilen und ggf. optimieren zu können, sind Informationen über den Anteil der „effektiven" alveolären Ventilation sehr hilfreich. CO2 ist aufgrund seiner hohen Löslichkeit und der daraus resultierenden sehr schnellen Kinetik ein idealer Indikator für die alveoläre Ventilation (VA), Daher bietet sich die Messung und grafische Darstellung des im Ausatmungsgasgemisch gemessenen CO2 Partialdrucks (PETCO2) in Form der Kapnographiekurve zur kontinuierlichen Überwachung der Ventilation an. Beispiele für die qualitative Beurteilung der Ventilation mittels Kapnographie sind: Diskonnektion, Apnoe, Ausschluss der Fehlintubation, Obstruktion, Ausschluss einer Patient-Ventilator Asynchronie und vieles mehr. Weiter wird PETCO2 als quantitatives Maß zur Adjustierung der Ventilation verwendet - bei stabiler Hämodynamik und konstantem Stoffwechsel ist ein hoher PETCO2 Indikator einer Hypo-, bzw. ein niedriger PETCO2 Indiz für eine Hyperventilation. Beides zieht in der Praxis eine Anpassung des Atemminutenvolumens (VE) am Beatmungsgerät nach sich. Nachdem VE das Produkt aus Tidalvolumen und Atemfrequenz ist, bietet sich die Modulation dieser beiden Komponenten hierfür an. Prinzipiell werden heute niedrige Tidalvolumina (VT) angestrebt, um mittels lungenprotektiver Beatmung Volu-, Bio- und Barotraumata zu vermeiden. Was dabei jedoch besonders zu berücksichtigen ist, ist die Tatsache, dass bei jedem Atemzug neben den am Gasaustausch teilnehmenden Alveolen auch Toträume belüftet werden. Der Anteil dieser Totraumbelüftung beeinflusst die Effizienz der Beatmung maßgeblich. Für Atemminutenvolumen, alveoläre Ventilation (VA) und Totraumventilation (VD) gilt folgende einfache Formel:
VE = VA + VD
VE setzt sich also zusammen aus einem effektiven Teil, bei dem das Gas im Kontakt mit den Lungenkapillaren steht und damit am Gasaustausch teilnimmt (alveoläre Ventilation = VA) und einem ineffektiven Teil, der nicht am Gasaustausch teilnimmt (Totraum = VD). Somit ist VA und sein Anteil an VE ein Maß für die Effizienz der Atmung und insbesondere beim respiratorisch Eingeschränkten sind VA und VD wichtige Kenngrößen zur Optimierung der Beatmungseinstellung. Demnach wird VA berechnet als:
VA = VE - VD
Figur 3 zeigt an einem hämodynamisch stabilen, anästhetisierten Patienten die Bedeutung von VA bei der Eliminierung von CO2. Änderungen von Atemfrequenz und VT induzierten Veränderungen von VA, die die CO2-Partialdrücke und CO2-Elimination (VCO2) in entgegengesetztem Sinn beeinflussen. Die größere VCO2 bei erhöhter VA reduziert die Partialdrücke auf beiden Seiten der alveolokapillären Membran, was zu einer Hypokapnie führt. Umgekehrt bringt die niedrigere VA eine geringere CO2-Elimination und damit eine Hyperkapnie mit sich.
Die Kapnographie ist ein geeignetes Mittel, um die Menge bzw. den Anteil des exspiratorischen Kohlenstoffdioxids, kurz exspiratorischer CO2 genannt, zu bestimmen und auch graphisch darzustellen. Dabei wird die CO2-Kinetik maschinell beatmeter Patienten auf nichtinvasive Art und in Echtzeit dargestellt. Insbesondere die volumetrische Kapnographie stellt ein geeignetes Mittel für das klinische Monitoring maschinell beatmeter Patienten dar.
Mittels Kapnographie kann dabei die CO2-Konzentration in Atemgasen während des Atemzyklus gemessen werden. Die CO2-Konzentration wird dabei regelmäßig durch die Absorption von Infrarotlicht gemäß dem Lambert-Beer'schen Gesetz berechnet und üblicherweise als Partialdruck in der Einheit mmHg ausgedrückt. Die graphische Darstellung der CO2-Elimination während der Atmung wird als Kapnogramm bezeichnet und das entsprechende Messgerät als Kapnograph.
Der patientenspezifische physiologische Parameter der Menge des CO2, bzw. konkret des Volumens an CO2, das bei einem einzelnen Atemzug des Patienten eliminiert wird, kann nichtinvasiv durch die volumetrische Kapnographie mittels Integration des exspiratorischen CO2 über das exspiratorische Tidalvolumen bestimmt werden.
Im Zuge des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann also die Diffusion des CO2 als den Erfolg der künstlichen Beatmung repräsentierender, patientenspezifischer physiologische Parameter herangezogen werden, um sodann automatisiert Rückschlüsse für die Anpassung des wenigstens eines technischen Beatmungsparameters zu ziehen. Eine physiologisch erfolgreiche aber auch den Patienten schonende künstliche Beatmung kann somit sichergestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Lehre wird ein Beatmungsgerät zur künstlichen Beatmung eines Patienten vorgeschlagen. Das vorschlagsgemäße Beatmungsgerät umfasst: eine Messeinrichtung (Sensor), die zum Erfassen wenigstens eines patientenspezifischen physiologischen Parameters (wie beispielsweise O2 oder CO2) eingerichtet ist; eine Steuereinrichtung, die zum Festlegen wenigstens eines technischen Beatmungsparameters eingerichtet ist, wobei auf Grundlage des technischen Beatmungsparameters das Beatmen des Patienten erfolgt, wobei der wenigstens eine technische Beatmungsparameter wenigstens einem der Beatmungparameter Atemgasdruck, Atemminutenvolumen, Tidalvolumen, Atemfrequenz, positiver end-exspiratorischer Druck, und/oder durch das Beatmungsgerät bereitgestellte, inspiratorische Sauerstoffkonzentration und/oder dem durch das Beatmungsgerät bereitgestellten CO2-Anteil oder -Partialdruck entspricht; sowie eine Regelungseinheit, die in Kommunikation mit der Messeinrichtung und mit der Steuereinrichtung ist. Die Messeinrichtung ist dabei derart eingerichtet, dass sie eine sich wiederholende Messung des wenigstens eines patientenspezifischen physiologischen Parameters in Zeitabständen durchführt. Die Regelungseinheit ist derart eingerichtet, dass sie eine Anpassung des wenigstens eines technischen Beatmungsparameters auf Grundlage der sich wiederholenden Messung des patientenspezifischen physiologischen Parameters durchführt.
Das vorschlagsgemäße Beatmungsgerät zur künstlichen Beatmung eines Patienten ist vorzugsweise dazu eingerichtet, mittels eines vorbeschriebenen Verfahrens und/oder unter Nutzung der Vorrichtung betrieben zu werden.
Insbesondere ist im Hinblick auf das Beatmungsgerät die Erkenntnis wesentlich, dass der von einem Atemzug zum nächsten Atemzug des künstlich beatmeten Patienten veränderliche Funktionszustand der beatmeten Lungen in die Regelung der Beatmungseinstellungen mit einbezogen wird. Durch die gleichzeitige Einbeziehung sowohl technischer als auch physiologischer Kenngrößen einerseits in Form der technischen Beatmungsparameter andererseits in Form der patientenspezifischen physiologischen Parameter in die Regelung des Beatmungsgerätes wird eine neue Dimension der Beatmungstherapie erreicht. Dieses Vorgehen ermöglicht eine sichere Steuerung der Beatmungstherapie, selbst unter den verschärften Bedingungen, denen die moderne Intensivmedizin heute ausgesetzt ist, nämlich abnehmender Liegezeiten der Patienten trotz zunehmend schwerer erkrankter Patienten.
Das vorschlagsgemäße Beatmungsgerät kann automatisiert den Zustand des Patienten über die patientenspezifischen physiologischen Parameter beobachten und in regelmäßig Zeitabständen über die vorgeschlagene Regelung/Steuerung automatisch die technischen Beatmungsparameter derart anpassen, dass eine erfolgreiche und auch schonende künstliche Beatmung des Patienten erfolgt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Beatmungsgeräts ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung als Kapnopgraph ausgebildet ist und derart eingerichtet ist, dass sie die sich wiederholende Messung des wenigstens eines patientenspezifischen physiologischen Parameters mittels, vorzugsweise volumetrischer, Kapnographie durchführt, und dass der wenigstens eine patientenspezifische physiologische Parameter wenigstens einem unmittelbar den CO2-Gasaustausch in der Lunge des Patienten repräsentierenden Parameter, vorzugsweise wenigstens einem der Parameter end-exspiratorischer CO2-Partialdruck im ausgeatmeten Gasgemisch, alveolärer CO2-Partialdruck, oder bei einem einzelnen Atemzug des Patienten eliminiertes Volumen an CO2 entspricht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Auftrennen von einem Atemgasgemisch 3, welches zumindest O2 und CO2 und zumindest ein volatiles Anästhetikum enthält, und in einem Atemgasweg 4 strömt bei dem das Atemgasgemisch 3 unter einem ersten Fluss zu einem ersten Trennmaterial 1 geführt wird, wobei das erste Trennmaterial 1 zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2, von dem zumindest einen volatilen Anästhetikum trennt und wobei das zumindest eine volatile Anästhetikum wieder dem Atemgasweg 4 zugeführt wird oder in dem Atemgassystem verbleibt, wobei das abgetrennte restliche Atemgasgemisch mit zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 unter einem zweiten Fluss zu einem zweiten Trennmaterial 2 geführt wird, wobei durch das zweite Trennmaterial 2 zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt wird und wobei das abgetrennte Kohlendioxid CO2 zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem entlassen wird und wobei der restliche Teil des Atemgasgemisches nämlich im Wesentlichen Sauerstoff O2 wieder dem ersten Trennmaterial 1 zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennmaterial 1 selektiv die kleineren Moleküle Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 passieren lässt und zumindest ein volatiles Anästhetikum zurückhält.
3. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial 2 selektiv die kleineren Moleküle Sickstoff N2 und/oder Sauerstoff O2 passieren lässt und zumindest Kohlendioxid CO2 zumindest weitgehend zurückhält.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennmaterial 1 und/oder das zweite Trennmaterial 2 ein Diffusionsfilter 2 ist.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial 2 ein Diffusionsfilter ist, der ein Verhältnis der Durchlässigkeit von N2 und/oder O2 zu CO2 von wenigstens 50 : 1 aufweist.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial 2 ein Diffusionsfilter ist, der ein Verhältnis der Durchlässigkeit von N2 und/oder O2 zu CO2 von wenigstens 100 : 1 aufweist. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluss 4 bis 25 l/min beträgt. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluss durch ein Gebläse oder eine Druckgasquelle oder eine Pumpe erzeugt wird. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluss zumindest phasenweise Atemgas mit 10 bis 30% Sauerstoff enthält. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluss 4 bis 25 l/min beträgt. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial 2 ein Diffusionsfilter ist, der ein Verhältnis der Durchlässigkeit von O2 zu CO2 aufweist, welches bevorzugt so groß ist, dass der in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem 25 entlassene Fluss von CO2 kleiner ist, als der Spülfluss des ersten Trennmaterials 1. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluss durch ein Gebläse oder eine Druckgasquelle oder eine Pumpe 10 erzeugt wird. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Atemgasgemisch zumindest teilweise oder vollständig dem exspiratorischen Atemgasweg entnommen wird. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Trennmaterial 1 mit einem ersten Ausgang atemgasleitend mit einem inspiratorischen Atemgasweg 4 verbunden ist, wobei stromabwärts von dem ersten Trennmaterial 1 und stromaufwärts vor dem inspiratorischen Patientenanschluss eine Atemgasquelle 5 angeordnet ist. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wobei stromabwärts von dem ersten Trennmaterial 1 und stromaufwärts vor der Atemgasquelle 5 eine Frischgaszufuhr, insbesondere in Form von Sauerstoff, und eine Anästhesiegaszufuhr angeordnet ist. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von der Atemgasquelle 5 ein Sauerstoffsensor und/oder ein Flusssensor und/oder ein CO2-Sensor angeordnet ist. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Atemgasgemisch zumindest Sickstoff N2, Sauerstoff O2, Kohlendioxid CO2 und zumindest ein volatiles Anästhetikum aufweist. Vorrichtung zum Auftrennen von einem Atemgasgemisch 3, welches zumindest O2 und CO2 und zumindest ein volatiles Anästhetikum enthält, und in einem Atemgasweg 4 strömt bei dem das Atemgasgemisch 3 unter einem ersten Fluss zu einem ersten Trennmaterial 1 geführt wird, wobei das erste Trennmaterial 1 zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 von dem zumindest einen volatilen Anästhetikum trennt und wobei das zumindest eine volatile Anästhetikum wieder dem Atemgasweg 4 zugeführt wird oder in dem Atemgassystem verbleibt wobei das abgetrennte restliche Atemgasgemisch mit zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 unter einem zweiten Fluss zu einem zweiten Trennmaterial 2 geführt wird, wobei durch das zweite Trennmaterial 2 zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt wird und wobei das abgetrennte Kohlendioxid CO2 zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem entlassen wird und wobei der restliche Teil des Atemgasgemisches nämlich im Wesentlichen Sauerstoff O2 wieder dem ersten Trennmaterial 1 zugeführt wird. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Atemgasgemisch direkt oder forciert durch den Patienten oder mittels Pumpe oder Turbine zu dem ersten Trennmaterial 1 geleitet wird, wobei das erste Trennmaterial 1 eingerichtet und ausgebildet ist, zumindest Sauerstoff O2 und/oder Kohlendioxid CO2 von zumindest einen volatilen Anästhetikum zu trennen, wobei das zumindest eine volatile Anästhetikum wieder dem Atemgasweg 4 zugeführt wird oder im Atemgasweg verbleibt, wobei der Atemgasweg eine Atemgaspumpe 5 aufweist, die ein Ventil oder eine Turbine oder eine Atemgasquelle ist, und wobei das Atemgas über eine Patientenschnittstelle 6 zum Patienten 7 geleitet wird. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennmaterial 1 als Diffusionsfilter in einem Zweig eines Atemgasschlauches oder als Filtergehäuse mit einem Zulauf 111 für Atemgas, einer oberen Kammer 11, einem Ablauf 112 für Atemgas zum Patienten, einem Diffusionsfilter 12, einer unteren Kammer 13 und einem Ablauf 132 für Atemgas aus der unteren Kammer 13, zum Atemgasweg 8a in Richtung zu dem zweiten Trennmaterial 2, und einem Zulauf in die untere Kammer 131, aus der Leitung 8b von dem zweiten Trennmaterial kommend, ausgebildet ist. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgetrennte restliche Atemgasgemisch mit zumindest Sickstoff N2 und Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 unter einem zweiten Fluss über eine Leitung 8a zu einem zweiten Trennmaterial 2 geführt wird und durch das zweite Trennmaterial 2 zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt wird, wobei das abgetrennte Kohlendioxid CO2 zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung 25 oder in ein Atemgasfortleitungssystem 25 entlassen wird, wobei Mittel 24 vorhanden, die den Fluss des abgetrennten Kohlendioxids regulieren. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der restliche Teil des Atemgasgemisches, nämlich im Wesentlichen Stickstoff N2 und Sauerstoff O2, über die Leitung 8b wieder dem ersten Trennmaterial 1 zugeführt wird, wobei dazu in der Leitung oder gasleitend mit der Leitung verbunden eine Atemgaspumpe oder Turbine 10 angeordnet ist, die den notwendigen Spülfluss oder eine Volumenverschiebung des Atemgases generiert. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung 8 zwischen dem ersten Trennmaterial 1 und dem zweiten Trennmaterial 2 ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches einen Fluss von Atemgas selektiv in einer Richtung verhindert. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial 2 als Filter mit einem oberen Teil 21 und einem unteren Teil 23 ausgeführt ist, wobei zwischen den Teilen ein Diffusionsfilter 22 angeordnet ist, wobei der obere Teil 21 einen Zufluss 211 für das Atemgasgemisch 3, welches vom ersten Trennmaterial 1 kommt, aufweist und einen Abfluss 212 zur Umgebung 25, wobei der untere Teil 23 einen Abfluss 231 zum Atemgasweg 8b in Richtung zu dem ersten Trennmaterial 1 aufweist, wobei zwischen dem Abfluss 231 und dem Zufluss 131 im Atemgasweg eine Pumpe oder Turbine 10 angeordnet ist, die den Spülfluss für das Atemgas erzeugt. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionsfilter 12 / 22 dampfsterilisierbar ist, nämlich thermisch stabil bis 134°C ist. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Diffusionsfilter 12 und 22 als Folienfilter und/oder Flächenfilter oder als Rohre und/oder Hohlfasern ausgebildet sind, wobei die Größe der Flächen und der Durchgangs-Querschnitte so ausgebildet sind, dass ein Fluss von 60 l/min in Flussrichtung möglich ist und in Diffusionsrichtung ein maximaler Druckabfall von 2 cmH2O (= mbar, = hPa) nicht überschritten wird. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Durchlässigkeit des Diffusionsfilters 22 von N2 und/oder O2 zu CO2 so ausgebildet ist, dass CO2 im Wesentlichen zurückgehalten wird, wobei das Verhältnis der Durchlässigkeit bevorzugt so groß ist, dass der in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem 25 entlassene Fluss von CO2 kleiner ist, als der Spülfluss in der ersten Stufe beim Trennmaterial 1. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluss in das Trennmaterial 1 hinein 4 bis 30 l/min beträgt und der zweite Fluss 4 in das Trennmaterial 2 hinein 1 bis 35 l/min beträgt. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülfluss zwischen Kammer 13 und Kammer 21 nach den Erfordernissen derart geregelt wird, dass der CO2-Gehalt, der die erste Stufe bei 132 verlässt, einstellbar ist. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von dem ersten Trennmaterial 1 und stromaufwärts vor dem inspiratorischen Patientenanschluss 6 eine Atemgaspumpe 5 angeordnet ist. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von dem ersten Trennmaterial 1 und stromaufwärts vor der Atemgaspumpe 5 eine Frischgaszufuhr, insbesondere in Form von Sauerstoff, und eine Anästhesiegaszufuhr angeordnet ist. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts von der Atemgaspumpe 5 ein Sauerstoffsensor und/oder Flusssensor und/oder CO2-Sensor angeordnet ist. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kaskadierte Spülfluss-Aufbereitung durch das Trennmaterial 2 vorgesehen ist, bei der das zweite Trennmaterial 2 als ein zweifacher oder vielfacher Diffusionsfilter 2 ausgeführt ist. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennmaterial 22 zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt und aus der oberen Kammer 21 über den Ausgang 212 in das Atemgasfortleitungssystem 25 abscheidet, wobei eine Pumpe 26, das abgeschiedene Kohlendioxid CO2 über eine Leitung 27 wieder zum Eingang 211 des zweiten Trennmaterials 2 führt. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Diffusionsfilter 22 diffundierte restliche Teil des Atemgasgemisches, nämlich im wesentlichen Stickstoff N2 und Sauerstoff O2, welcher hier noch beispielsweise 6 % CO2 aufweist, aus der unteren Kammer 23 durch die Öffnung 231 zum zweiten Trennmaterial 2'geleitet wird und hier durch den Einlauf 211' eintritt. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf 211' des zweiten Filters mit dem Ablauf des ersten Filters 231 gespeist wird, wobei in dem unteren Teil 23' des zweiten Trennmaterials 2' somit weiter reduzierter CO2-Anteil vorherrscht und wobei das so aufbereitete Atemgas wieder dem ersten Trennmaterial 1 zugeführt wird. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Trennmaterial 1 und 2 unterschiedlich sind. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Trennmaterial 1 und 2 identisch sind. Schlauchsystem aufweisend eine Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche. Beatmungsgerät aufweisend eine Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche. Beatmungsgerät eingerichtet und ausgebildet zur Ausführung der Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1. Beatmungsgerät umfassend eine Vorrichtung zum Auftrennen von einem Atemgasgemisch 3, welches zumindest O2 und CO2 enthält, und in einem Atemgasweg 4 strömt bei dem das Atemgasgemisch 3 unter einem ersten Fluss zu einem ersten Trennmaterial 1 geführt wird, wobei das erste Trennmaterial 1 zumindest Sauerstoff O2 und Kohlendioxid CO2 trennt und wobei Sauerstoff und zu einem reduzierten Anteil CO2 wieder dem Atemgasweg 4 zugeführt wird oder in dem Atemgassystem verbleibt, wobei das abgetrennte restliche Atemgasgemisch mit zumindest Sauerstoff und einem erhöhten Anteil Kohlendioxid CO2 unter einem zweiten Fluss zu einem zweiten Trennmaterial 2 geführt wird, wobei durch das zweite Trennmaterial 2 zumindest Kohlendioxid CO2 von dem Atemgasgemisch getrennt wird und wobei das abgetrennte Kohlendioxid CO2 zumindest zeitweise abgeschieden oder in die Umgebung oder in ein Atemgasfortleitungssystem entlassen wird und wobei der restliche Teil des Atemgasgemisches nämlich im Wesentlichen Sauerstoff O2 und ein reduzierter Anteil CO2 wieder dem ersten Trennmaterial 1 zugeführt wird.
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