FI102453B - Parannettu mittausanturi ja järjestelmä kaasun virtausmittausta varten - Google Patents

Description

102453

PARANNETTU MITTAUSANTURI JA JÄRJESTELMÄ KAASUN VIR-TAUSMITTAUSTA VARTEN

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty mittausanturi kaasun vir-5 tausmittausta varten, erityisesti potilaan hengityksen paine- ja/tai virtausmittausta varten. Edelleen keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 20 johdanto-osassa määritelty järjestelmä potilaan hengityksen paine- ja/tai virtausmittausta varten.

10 Sairaalaoloissa tehohoidossa ja leikkauksen aikana potilaan hengitys joudutaan hoitamaan mekaanisesti hengityskoneella. Kaasujen esteetön kulku potilaan keuhkoihin ja sieltä pois on luonnollisesti elintärkeää. Kaasuteiden toimivuutta voidaan seurata sekä 15 mittaamalla uloshengityskaasujen pitoisuuksia että mittaamalla virtauksia ja painetta. Erityisesti uloshengityskaasun hiilidioksidipitoisuuden monitorointi on laajasti rutiinikäytössä leikkaussaleissa. Virtaus- ja painemittaus ovat kuitenkin olennaisia li-20 säsuureita sekä turvallisuuden kannalta että mahdollistamalla keuhkojen mekaanista toimintaa ja kaasun-vaihtoa kuvaavien suureiden laskemisen.

Periaatteessa soveliaita virtausantureita on monentyyppisiä. Mittauksiin kliinisissä olosuhteissa 25 liittyy kuitenkin runsaasti ongelmia. Virtaus mitataan potilaan henkitorveen työnnetyn ns. intubaatioputken päästä. Anturi on tällöin alttiina sekä kosteudelle että henkitorvesta tuleville limaisille eritteille. On selvää, että likaantuminen vaikuttaa erityisesti ylei-30 sesti käytössä olevan turbiini- ja kuumalanka-anturin toimintaan varsin helposti. Ultraäänianturi sietää li-kaantumista paremmin, mutta on riippuvainen virtaus-profiilin, lämpötilan ja kaasun koostumuksen muutoksista vaatien sofistikoidun kompensoinnin. Painehäviö-35 anturit soveltuvat paremmin kliiniseen käyttöön. Vir taus putkessa voi olla laminaarista tai turbulenttia. Paine-ero virtaukseen asetetun virtausta rajoittavan 2 102453 elimen yli on laminaarisessa tapauksessa suoraan verrannollinen virtaukseen. Turbulentilla virtauksella paine-ero riippuu virtauksen neliöstä. Lisäksi paine-ero riippuu virtausputken poikkipinta-alan neliöstä.

5 Käytössä olevien antureiden materiaalina on usein muovi ja vesi muodostaa kondensoituessaan pieniä pisaroita virtausanturin sisäseinämille, koska veden kontaktikulma muovipintaan on suuri. Ongelmaksi muodostuu, että kondensoitunut vesi ja siihen mahdollisesti ker-10 tyneet eritteet pienentävät anturin poikkipinta-alaa, mistä on seurauksena mitatun paine-eron kasvu. Jos mitattu paine-ero on liian suuri, tarkoittaa se myös, että laskettu virtauksen arvo on liian suuri ja näin ollen siis virheellinen. Anturi, jossa on pieni poik-15 kipinta-ala, on tässä suhteessa herkin. Lyhytaikainen virtausanturin käyttö ei yleensä aiheuta liian suuria virheitä, mutta esimerkiksi yhden tai useamman tunnin jatkuva käyttö kosteissa olosuhteissa aiheuttaa jo huomattavan virheen mittaustuloksiin. Eräs tapa pois-20 taa tämä ongelma on lämmittää anturi niin paljon ettei kondensoitumista pääse tapahtumaan. Menetelmä kuitenkin vaatii lämmityselementin ja sähköliitynnän, joten se on käytännössä hankala käyttää ja myös kallis valmistaa. Lisäksi kuuma elementti voi olla potilaalle 25 vaarallinen.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin hengityskaasun virtausta rajoittava parannettu 30 anturi, joka ei ole herkkä kondensoituneelle vedelle ja potilaan limaisille eritteille ja joka kykenee toi-t' mimaan luotettavasti myös likaisissa olosuhteissa.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin vastaavasti parannettu järjestelmä potilaan hengityksen 35 paine- ja/tai virtausmittausta varten.

Keksinnön mukaiselle mittausanturille on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 3 102453 1. Keksinnön mukaiselle järjestelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 20.

Keksinnön mukaiseen mittausanturiin kuuluu putkimainen virtauskanava mitattavan kaasuvirtauksen 5 ohjaamiseksi, jota virtauskanavaa rajoittaa seinämä; rajoitinelin, joka on järjestetty virtauskanavaan kaasun virtauksen rajoittamiseksi virtauskanavassa; ja mittauskanavia, jotka avautuvat virtauskanavaan rajoi-tinelimen aiheuttaman paine-eron mittaamiseksi.

10 Keksinnön mukaisesti virtauskanavan seinämän ja/tai rajoitinelimen pintaan, joka on suorassa kontaktissa mitattavan kaasuvirtauksen kanssa, on järjestetty vettä sisällään pidättävää ainetta vesipisaran tai vettä sisältävän pisaran poistamiseksi kyseisen 15 aineen pinnalta. Aine voi olla joko kapillaarihuokoi-nen tai kolloidi. Lisäksi se voi olla hygroskooppinen, joskaan tämä ei ole välttämätöntä. Huokoisissa aineissa kapillaarivoima pidättää veden ja jos aine lisäksi on hygroskooppinen, niin vesi on suureksi osaksi fysi-20 kaalisesti sidottu joko aineen tai sen huokosten pintaan (adsorptio) tai aineen sisään (absorptio). Ominaisuutta kutsutaan yleensä veden sorptioksi, koska voi olla vaikeaa todeta onko kyseessä adsorptio vai absorptio. Kolloidisessa aineessa ei varsinaisesti ole 25 huokosia vaan eräänlaisia mikroskooppisia säikeitä, joiden väliin vesi pidättyy. Tyypillisesti vesi on fysikaalisesti sidottu.

Keksinnön mukaiseen järjestelmään kuuluu in-tubaatioputki työnnettäväksi potilaan henkitorveen; 30 mittausanturi, joka on liitetty intubaatioputkeen ja johon kuuluu putkimainen virtauskanava mitattavan kaa-j* suvirtauksen ohjaamiseksi, jota virtauskanavaa rajoit taa seinämä; rajoitinelin, joka on järjestetty virtauskanavaan kaasun virtauksen rajoittamiseksi vir-35 tauskanavassa; mittauslaite rajoitinelimen aiheuttaman paine-eron mittaamiseksi; ja mittauskanavia, jotka avautuvat virtauskanavaan paineen johtamiseksi vir- 4 102453 tauskanavasta mittauslaitteelle.

Keksinnön mukaisesti virtauskanavan seinämän ja/tai rajoitinelimen pintaan, joka on suorassa kontaktissa mitattavan kaasuvirtauksen kanssa, on järjes-5 tetty vettä sisällään pidättävää ainetta vesipisaran tai vettä sisältävän pisaran poistamiseksi kyseisen aineen pinnalta käyttöolosuhteissa. Nämä käyttöolosuhteet ovat sellaisia, jotka virtausmittarille tuottavat ongelmia, eli korkea suhteellinen kosteus ja siitä ai-10 heutuva veden kondensoituminen anturin sisäpinnalle. Hengitysilma potilaan läheisyydessä on tyypillinen tällainen ympäristö.

Keksintö perustuu siihen, että veden käyttäytymiseen anturimateriaalin pinnalla pyritään vaikutta-15 maan vettä sisällään pidättävän aineen avulla siten, että kondensoituneet pisarat imeytyvät ja samalla leviävät pitkin mittausanturin sisäpintaa näin estäen anturin poikkipinta-alan liiallisen pienenemisen. Pienetkin vesipisarat yhdistyvät näin ollen nopeasti yh-20 tenäiseksi kalvoksi, joka pääsee valumaan pois anturista. Virtauslukema pysyy asetetun toleranssirajan sisällä pitkiäkin aikoja, mikä on tärkeää varsinkin tehohoidossa. Ilmiö on samantapainen kuin jos veden ja aineen välinen kontaktikulma olisi pieni. Kuitenkaan 25 vettä sisällään pidättävän aineen kohdalla kyseisen kontaktikulman arvolla ei ole ratkaisevaa merkitystä.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa vettä sisällään pidättävä aine on kapillaa-rihuokoinen mutta ei-hygroskooppinen. Tällöin joudu-30 taan ennen käyttöönottoa kostuttamaan anturia ja huolehtimaan siitä, että se pysyy kosteana käytön aikana. Hiekka ja sen tapainen materiaali on hyvä esimerkki tällaisesta aineesta.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovel-35 lutuksessa vettä sisällään pidättävä aine on kapillaa-rihuokoinen mutta ei-hygroskooppinen ja siihen on lisätty jotakin hygroskooppista ainetta alkukostutuksen 5 102453 nopeuttamiseksi.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa vettä sisällään pidättävä aine on kapillaa-rihuokoinen ja hygroskooppinen. Aine vettyy silloin 5 helposti kosteassa ympäristössä ja kapillaarivoima edistää vettymistä.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa vettä sisällään pidättävä aine on kolloidi. Tyypillisesti tällaiset kolloidit ovat hygroskooppisia 10 ja pystyvät veden kanssa muodostamaan geeliä, esimerkiksi gelatiini ja agar-agar.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa vettä sisällään pidättävä aine on sekoitus aineista, joilla on sekä hygroskooppisia että vettä 15 sisällään pidättäviä ominaisuuksia.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa vettä sisällään pidättävä aine pystyy veden kyllästyspaineessa imemään vettä enemmän kuin 20 % painostaan, edullisesti yli 50 % ja edullisimmin yli 20 100 % painostaan.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa vettä sisällään pidättävä aine on muodostettu kalvomaiseksi pinnoitteeksi ko. pintaan.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovel-25 lutuksessa vettä sisällään pidättävästä aineesta muodostettu pinnoite on immobilisoitu ko. pintaan.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa vettä sisällään pidättävästä aineesta muodostettuun pinnoitteeseen on lisätty ko. pintaan kiin-30 nittymistä edistäviä aineita.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovel-, lutuksessa seinämän ja/tai rajoitinelimen aine on kyl lästetty vaikuttavalla aineella.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovel-35 lutuksessa vettä sisällään pidättävästä aineesta muodostettuun pinnoitteeseen on lisätty säilyvyyttä parantavia aineita.

6 102453

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa ko. pinta on käsitelty huokoiseksi.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa anturi on muodostettu vettä sisälläänpidät-5 tavasta aineesta, esim huokoisesta aineesta.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa mittausanturi on potilaan henkitorveen työnnettävään intubaatioputkeen kytkettävä spirometriantu-ri. Samaan kappaleeseen voi olla järjestetty myös mit-10 tauskanava, joka on järjestetty toimimaan näytteenotti-mena kaasunanalysaattoria varten. Myös mittauskanava voidaan pinnoittaa vettä sisällään pidättävällä aineella.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovel-15 lutuksessa mittausanturiin on yhdistetty mittauskanava, joka on järjestetty toimimaan näytteenottimena kaa-suanalysaattoria varten.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovellutuksessa mittausanturi on patopaineen mittaukseen pe-20 rustuva, Pitot-putki-periaatteella toimiva mittausanturi, jossa virtausta rajoittavana rajoitinelimenä toimii yksi tai useampi siiveke, joka tai jotka on suunnattu virtausta vastaan.

Mittausanturin ja järjestelmän eräässä sovel-25 lutuksessa rajoitinelimeen kuuluu siivekkeitä, jotka on järjestetty säteittäisesti mittauskanavan suuaukon ympärille, ja kuhunkin siivekkeeseen kuuluu ura siivekkeisiin osuvan kaasuvirran johtamiseksi suuaukkoon.

Järjestelmän eräässä sovellutuksessa järjes-30 telmään kuuluu kaasuanalysaattori hengityskaasun koostumuksen määrittämiseksi.

Γ Järjestelmän eräässä sovellutuksessa kaa- suanalysaattorin näytteenottimena toimiva mittauskanava on järjestetty intubaatioputken ja hengityskoneen 35 väliin.

Järjestelmän eräässä sovellutuksessa kaa-suanalysaattorin näytteenottimena toimiva mittauskana- 7 102453 va on järjestetty hengityskoneen ja potilaan väliin.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti sovellutusesimerkkien avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa 5 kuva 1 esittää kaaviomaisesti halkileikattuna keksinnön mukaisen mittausanturin erästä ensimmäistä sovellutusta, kuva 2 esittää kaaviomaisesti halkileikattuna keksinnön mukaisen mittausanturin erästä toista sovel-10 lutusta, kuva 3 esittää kaaviomaisesti halkileikattuna keksinnön mukaisen mittausanturin erästä kolmatta sovellutusta, kuva 4 esittää kaaviomaisesti halkileikattuna 15 keksinnön mukaisen mittausanturin erästä neljättä sovellutusta, kuva 5 esittää kaaviomaisesti halkileikattuna keksinnön mukaisen mittausanturin erästä viidettä sovellutusta, 20 kuva 6 esittää leikkausta VI-VI kuvasta 5, kuva 7 esittää kaaviomaisesti halkileikattuna keksinnön mukaisen mittausanturin erästä kuudetta sovellutusta, kuva 8 esittää pinnoittamattomalla mittausan-25 turilla A ja keksinnön mukaisesti vettä sisällään pidättävällä aineella pinnoitetulla mittäusanturilla B mitattuja signaaleja ajan funktiona, kuva 9 esittää parin vesipisaran muotoa entuudestaan tunnetun mittausanturin seinämän pinnalla, 30 kuva 10 esittää vesipisaroiden muotoa keksin nön mukaisen vettä sisällään pidättävällä aineella pintakäsitellyn anturiseinämän pinnalla, ja kuva 11 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen järjestelmän erästä sovellutusta.

35 Kuvissa 1 - 7 on esitetty erityypisiä kaasun virtausmittaukseen tarkoitettuja kaasun virtausta rajoittavia mittausantureita, jotka ovat parannettavissa 8 102453 keksinnön mukaisella vaikuttavan aineen pinnoitteella. Virtausanturin päätyypit ja toimintaperiaatteet on esitetty esimerkiksi julkaisussa Doebelin: Measurement Systems, McGraw-Hill Kogakusha, 1976, johon tässä myös 5 viitataan.

Kuvien 1-7 mukaisiin mittausantureihin kuuluu putkimainen virtauskanava 1 mitattavan kaasuvirta-uksen ohjaamiseksi. Virtauskanavaa rajoittaa seinämä 2. Virtauskanavaan on järjestetty rajoitinelin 3 kaa-10 sun virtauksen rajoittamiseksi virtauskanavassa 1. Virtauskanavaan 1 avautuu mittauskanavia 4, jotka on yhdistetty mittauslaitteeseen virtauskanavaan rajoiti-nelimen 3 aiheuttaman paine-eron mittaamiseksi. Vir-tauskanavan 1 seinämän 2 ja/tai rajoitinelimen 3 pin-15 taan, joka on suorassa kontaktissa mitattavan kaasu-virtauksen kanssa, on järjestetty vettä sisällään pidättävää ainetta veden pidättämiseksi mainittuun pintaan siten, että vesitippoja ei pääse syntymään ja virtauskanavan halkaisija pysyy lähes muuttumattomana.

20 Vaikutusmekanismi perustuu kyseisen aineen suureen veden pidättämiskykyyn ja aine tai aineseos on yleensä ja edullisesti hygroskooppinen.

Kuvan 1 sovellutuksessa virtauskanavaputkessa 1 on virtausta rajoittavana rajoitinelimenä 3 aukko 6, 25 jonka molemmin puolin on paineenmittauskanavien 4 aukot 7. Näiltä aukoilta johtavat mittauskanavaputket 4 mittauselimelle 8, joka on paine-eroa mittaava elin. Aukko 6 voi muodoltaan olla eri näköinen kuten yllämainitusta julkaisusta käy ilmi, mutta herkkyys kon-30 densoituneelle vedelle on kaikille sovellutuksille sama, rajoitinelinaukon 6 ollessa kriittisin pienimmän halkaisijan takia.

Kuten kuvassa 2 on esitetty, rajoitinelimenä 3 voi olla virtauskanavaputken 1 supistus 9. Kyseessä 35 on ns. venturiputki, jossa on hieman vähemmän häviöitä virtaviivaisen muotoilun takia. Herkkyys kosteudelle on kuitenkin sama kuin kuvan 1 rajoittavalla aukolla 9 102453 varustetussa anturissa.

Kuvassa 3 on esitetty virtausmittausanturi, jossa virtauskanavaputkeen 1 sijoitettu virtausta rajoittava rajoitinelin 3 muodostuu virtaukseen sijoite-5 tuista mittauskanavien 4 aukoista 10. Aukot 10 on sijoitettu symmetrisesti jotta virtaus voitaisiin mitata samalla herkkyydellä putken molempiin suuntiin. Mit-tauskanavaputket 4 johtavat virtauskanavaputken 1 tyypillisesti keskellä sijaitsevista aukoista 10 mittaus-10 laitteelle 8. Aukot 10 ovat muunnos Pitot'in putkesta. Tällaisen anturin virtausvastus on suhteellisen pieni, mutta jos virtausprofiili ei ole tasainen syntyy mittausvirhe. Näin käy esimerkiksi hengitystiemittaukses-sa, kuten julkaisussa US 5.088.332 on todettu. Tällai-15 nen ratkaisu on hieman vähemmän herkkä kondensoituneelle vedelle, mutta periaatteessa käyttäytyminen on samantyyppistä kuin edellä mainituilla antureilla.

Kuvassa 4 esitetty virtausanturi perustuu la-minaariseen virtausvastukseen. Virtausta rajoittava 20 rajoitinelin 3 on konstruoitu jakamalla putken sisätila suureen määrään pieniä putkia 11, joissa kussakin virtaus säilyy laminaarisena kyseeseen tulevalla mittausalueella. Tästä seuraa kuitenkin se, että anturi on herkkä tukkeutumaan. Vesipisaroille se on selvästi 25 herkempi kuin muut esitetyt anturityypit.

Perustuen kuvan 3 periaatteeseen on kuvissa 5 ja 6 esitetty rakenteeltaan julkaisusta US 5.088.332 tunnettu parannettu virtausmittausanturi D, joka mittaa keskiarvon virtausprofiilista. Päästä katsottuna 30 anturi on esitetty kuvassa 5 ja halkaistuna pitkin viivaa VI - VI kuvassa 6. Virtauskanavaputkeen 1 on rajoitinelimenä 3 toimivien aukkojen 12 läheisyyteen ja ympärille järjestetty uralla varustetut siivekkeet 13, joita tässä tapauksessa on kolme. Tämä järjestely 35 kerää patopaineen tasaisesti joka suunnasta eikä virtausprof iilin siirtyminen vaikuta tulokseen. Anturiin on myös mahdollista liittää kaasupitoisuuden mittaa- 10 102453 mistä varten näytteenottoputki 5 ja anturi on näin ollen yhdistetty spirometri ja kaasuanalysaattorin A näytteenottoadapteri.

Kuvassa 7 on esitetty vielä eräs mittausantu-5 rin sovellutus, joka muuten vastaa kuvien 5 ja 6 anturia, mutta jossa mittauskanava 5, joka on kaasuanalysaattorin A näytteenotin, on järjestetty erilliseen liitäntäkappaleeseen 20, joka on liitetty intubaatio-putken I ja mittausanturin väliin vastaten kuvan 11 10 järjestelmää, jota selostetaan tarkemmin edempänä.

Kuvan 6 anturi on herkkä kondensoituneelle kosteudelle varsinkin pitkäkestoisissa mittauksissa. Anturin materiaalina käytetään edullisimmin muovia, esimerkiksi polysulfonia. Vesi muodostaa tämän materi-15 aalin kuten useimpien muiden muovien pinnalle tippoja. Tilanne on näytetty kuvassa 9. Tipan korkeus H vähentää suoraan virtausanturin halkaisijaa noin määrällä 2-H. On siis ymmärrettävää, että kuvan 10 esittämän vettä sisällään pidättävään aineeseen sitoutuneen ve-20 den korkeus HB vaikuttaa paljon vähemmän, koska varsinaisia vesitippoja ei pääse syntymään veden levitessä pitkin aineen pintaa. Kuinka pieneksi korkeus HB muodostuu, riippuu käytetyn aineen paksuudesta ja siitä paljonko se turpoaa märkänä sekä siitä kuinka paksu 25 aineen päällä makaava vesikalvo tai vettä sisältävä kalvo on. Vettä siis kondensoituu edelleen anturin pintaan, mutta pisaroita ei pääse muodostumaan ja ylimääräinen vesi valuu helposti pois anturialueelta. Käytettävän aineen ominaisuudet liittyvät myös siihen, 30 minkälaiseen mittaustoleranssiin pyritään. Tietysti on edullista käyttää mahdollisimman ohutta kalvoa, mutta v toisaalta kalvon pitää olla kestävä eikä saa kulua tai liueta pois liian nopeasti varastointi- tai käyttöolosuhteissa. Ideaalinen aine hengitysilman virtausmitta-35 ukseen on sellainen, joka varastointiajän pysyy kuivana ja aktivoituu nopeasti käyttöolosuhteissa kun lämpötila on lähellä kehon lämpötilaa ja suhteellinen 11 102453 kosteus lähellä 100 %. Aine sopii erityisesti kerta-käyttöön, koska se voi olla halpa ja elimistölle vaaraton. Kolloideista sopivia aineita ovat esimerkiksi gelatiini ja agar-agar, käsiteltynä hygroskooppisella 5 aineella kuten kalsiumkloridilla alkukostutuksen nopeuttamiseksi. Voitaisiin myös ajatella vartavasten tehdyn kostutuksen käyttöä pinta-aineen aktivoimiseen.

Kuvassa 8 on esitetty pari mittausjaksoa ajan funktiona kuvan 6 esittämällä anturilla mitattuna. Ku-10 vassa 8 pystyakselilla on esitetty virtaussignaali S prosenttina lähtöarvosta ja vaaka-akselilla aika tunteina. Käytetty kaasu on ollut täysin kostutettu potilaan lämpötilassa, joten kondensoitumista on päässyt tapahtumaan jopa hyvin runsaasti. Käyrä A on mitattu 15 mittausanturilla, jota ei ole pinnoitettu vettä sitovalla aineella. Anturia ja sen mittausjärjestelyä on selitetty tarkemmin julkaisussa US 5.088.332. Kuvasta 8 nähdään, että virtaussignaali S on kasvanut tunnissa noin 5%. Kohdassa 2 h, 2,6 h ja 3,2 h muutamat pienem-20 mät pisarat ovat yhdistyneet yhdeksi isoksi ja valuneet pois anturista. Suurin mitattu virhe on kahden tunnin aikana kokeen alkamisesta noin 20% ja signaali vaihtelee koko ajan jaksottaisen veden poistumisen takia. Signaali saattaa pahoissa olosuhteissa tasaantua 25 vasta kuuden tunnin jälkeen virheen ollessa yli 50 %. Käyrä B on mitattu anturilla, jonka sisäpinta on käsitelty vettä sisällään pidättävällä aineella. Tilanne on siis kuvan 9 sijasta ollut kuvan 10 mukainen. Käyrän B signaali nousee alussa nopeasti noin 2 % johtuen 30 aineen turpoamisesta ja vettymisestä. Sen jälkeen signaalin virhe vuorokauden aikana ei ylitä arvoa 5 %, l mitä voidaan pitää tarkkuusvaatimuksena. Pienet vaih telut käyrässä johtuvat veden ajoittaisesta valumisesta pois anturista. Kyseinen anturi oli pinnoitettu ai-35 neyhdistelmällä, jossa on agar-agaria, gelatiinia ja kalsiumkloridia. Aineet liotetaan ensin kuumaan veteen suhteessa 0,5/2/2 %, jonka jälkeen pinnoitetaan antu- 12 102453 rin sisäosia ohuella kalvolla ja kuivatetaan anturi. Haluttaessa liuokseen voidaan vielä lisätä säilöntäaineita ja kiinnittymistä parantavia aineosia. Kokeen alkuvaiheessa kalsiumkloridi imee nopeasti kosteutta 5 hengitysilmasta ja edesauttaa geelin muodostumista gelatiinista. Koska gelatiini sellaisenaan liukenee hitaasti veteen kehon lämpötilassa on lisäksi käytetty agar-agaria sitomaan gelatiinin. Näin saadaan pinnoitus, joka on nopeasti käyttövalmis ja pitkäikäinen yh-10 täjaksoisesti käytettynä. Koe osoittaa selvästi, että vettä sisällään pidättävällä pinnoituksella on ratkaiseva merkitys anturin pitkäaikaisessa käytössä.

Vettä sisällään pidättävä pinnoitus pitäisi edullisesti olla koko anturin sisäpinnoilla, mutta 15 kriittisimmät pinnat ovat ne, joissa virtausta rajoittava rajoitinelin 3 sijaitsee ja jossa poikkipinta-ala on pienin. Pinnoitus tai anturiaineen kyllästys vettä sisällään pidättävällä aineella soveltuu kaikkiin kuvien 1-7 antureihin.

20 Vettä sisällään pidättävän aineen pidättämis- kyky riippuu käytetyn aineen rakenteesta. Jos aine on kapillarihuokoinen ja ei-hygroskooppinen, niin vettä voi imeytyä niin paljon kuin huokosiin mahtuu, koska aine itse ei ime vettä. Yläraja tälle vesimäärälle on 25 ilmeisesti kyseisen aineen tilavuus. Turpoamista ei tapahdu, joten signaalivirheen pitäisi pysyä pienenä koko mittauksen aikana. Edellytyksenä aineen toiminnalle on kuitenkin, että kapillaarit täyttyvät vedellä. Se voi joko tapahdua esikostutuksella tai käyttä-30 mällä jotakin hygroskooppista ainetta kuten kal-siumkloridia alkukostutuksen nopeuttamiseksi kosteassa l- mittausympäristössä. Tämäntyyppisellä aineella pääl lystetty anturi voisi helposti olla steriloitavissa, koska se voidaan tehdä kestämään korkeaa lämpötilaa.

35 Veden sorptio ei-hygroskooppisessa pinnoitus- materiaalissa on yleensä hyvin pieni, koska vesi ei sitoudu aineeseen. Sen sijaan hygroskooppiselle ai- r~' s 13 102453 neelle veden sorptio on oleellinen ominaisuus. Kuten aikaisemmin mainittiin, vettä voi absorboitua aineeseen tai se voi adsorboitua sen pintaan tai pintarakenteeseen. Lisäksi materiaalin huokoisuus vaikuttaa 5 kapillaari-ilmiön kautta veden pidättämiseen ja hygroskooppisuus siihen, kuinka hyvin aine pystyy imemään kosteutta ympäröivästä ilmasta. Veden sorptio aineessa mitataan yleensä eri kosteusoloissa sitoutuneen vesimäärän suhteena aineen määrään. Koska käyttöolo-10 suhteissa veden osapaine on hyvin lähellä kyllästys-painetta, jolloin myös kondensoitumista helposti voi tapahtua, on veden sorptio aineessa veden kyllästys-paineessa tärkeä ominaisuus. Kun aine pystyy imemään vettä 20 % omasta painostaan, voidaan katsoa, että ve-15 sipisaroiden kasvu aineen pinnalle on oleellisesti estetty, varsinkin jos samanaikaisesti käytetään jotakin hygroskooppista ainetta nopeuttamaan vettymisen. Tilanne on edullisempi, jos veden sorptio aineessa on yli 50 % vettä, ja edullisin vaihtoehto on sellainen, 20 kun sorptio on yli 100 % vettä aineen painosta, mitattuna kyllästyspaineessa. Tämä pätee esimerkiksi gelatiinille, mutta siitä seuraavasta aineen turpoamisesta ei ole mainittavaa haittaa mittaustarkkuudelle, jos pinnoitus on riittävän ohut kuten kuvasta 8 käy ilmi.

25 Vaikka ainesekoituksessa oleva hygroskooppinen aine eli kalsiumkloridi todennäköisesti ainakin osittain liukenee pois käytön aikana, anturi toimii edelleen hyvin sen jälkeen kun gelatiini ja agar-agar ovat muuttuneet geeliksi. Tällainen anturi voisi esimerkik-30 si toimia muutaman päivän, mikä on useimmissa tapauksissa täysin riittävää kertakäyttöanturille.

Paitsi että vesi pääsee helposti valumaan pois pinnoitetusta anturista niin myös mahdolliset eritteet poistuvat helpommin liukkaamman pinnan takia.

35 Yllä on mainittu vain muutamia tyyppiesimerkkejä virtausta rajoittavaa elintä käyttävistä mittausantureista. On selvää, että myös muunlaiset vastaavalla peri 14 102453 aatteella toimivat anturit hyötyvät tämän keksinnön mukaisesta mittaustarkkuutta parantavasta vettä sisällään pitättävän aineen käytöstä.

Kuva 11 esittää keksinnön mukaista järjestel-5 mää käytössä, jossa on intubaatioputki I, joka on työnnetty potilaan henkitorveen. Mittausanturi D, vastaten esim. kuvan 7 sisäpuolelta vaikuttavalla aineella käsiteltyä spirometrianturia, on liitetty hengitys-piiriin. Myös liitäntäkappale 20, jossa on mittauska-10 nava 5 kaasupitoisuuden mittaamista varten, on kytketty potilaan intubointiputkeen I ja hengitystä ylläpitävän laitteen 22 tulo- ja poistoletkuja 23, 24 yhdistävän Y-kappaleen 25 väliin. Liitäntäkappale 20 on normaalisti kytketty lähimmäksi potilasta, mutta se 15 voisi myös olla yhdistettynä virtausanturiin D kuten kuvassa 6 tai sijaita virtausanturin ja Y-kappaleen 24 välissä. Kaasun näytteenottoputki 5 yhdistettynä letkuun on kytketty potilasmonitoriin eli analysaattoriin A, jossa kaasu mitataan ja signaalia käsitellään niin, 20 että näyttöön saadaan mitattavan kaasun pitoisuuden vaihtelut ajan funktiona eli hengityskäyrä tai pitoi-suuslukemat sisään- ja uloshengityksessä. Myös virtausanturi on mittauslaitteen 8 kautta yhdistetty analysaattoriin A, jossa signaalia käsitellään niin, että 25 näyttöön saadaan sisään- ja uloshengityksen virtaus-ja painelukemat ja niistä mahdollisesti johdetut suureet. Mittauslaite 8 voi myös sijaita analysaattorissa A ja kaasupitoisuuden mittaus voi tapahtua liitäntä-kappaleessa 20.

30 Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet tyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet • < J muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaati musten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (40)

102453

1. Mittausanturi kaasun virtausmittausta varten, erityisesti potilaan hengityskaasun paine- ja/tai virtausmittausta varten, johon mittausanturiin kuuluu 5 putkimainen virtauskanava (1) mitattavan kaasuvirtauk-sen ohjaamiseksi, jota virtauskanavaa rajoittaa seinämä (2); rajoitinelin (3) , joka on järjestetty virtaus-kanavaan kaasun virtauksen rajoittamiseksi virtauska-navassa; ja mittauskanavia (4) , jotka avautuvat vir-10 tauskanavaan rajoitinelimen aiheuttaman paine-eron mittaamiseksi, tunnettu siitä, että virtauskana-van (1) seinämän (2) ja/tai rajoitinelimen (3) pintaan, joka on suorassa kontaktissa mitattavan kaasu-virtauksen kanssa, on järjestetty vettä sisällään pi-15 dättävää ainetta vesipisaran tai vettä sisältävän pisaran poistamiseksi kyseisen aineen pinnalta käyttö-olosuhteissa .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidät- 20 tävä aine on kapillaarihuokoinen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on kolloidi.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen 25 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on hygroskooppinen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on kapillaarihuokoinen ja ei- 3. hygroskooppinen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen mittausantu- « ri, tunnettu siitä, että kapillaarihuokoiseeen ja ei-hygroskooppiseen vettä sisällään pidättävään aineeseen on lisätty hygroskooppista ainetta alkukostutuksen 35 nopeuttamiseksi.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä sisäl 102453 lään pidättävä aine on sekoitus aineista, joilla on hygroskooppisia ja vettä sisällään pidättäviä ominaisuuksia .

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen 5 mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättäväksi aineeksi on valittu aine, joka imee veden kyllästyspaineessa vettä enemmän kuin 20% painostaan, sopivasti yli 50% painostaan, ja edullisesti yli 100% painostaan.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävään aineeseen kuuluu agar-agaria, gelatiinia ja/tai kalsiumkloridia.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukai- 15 nen mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävään aineeseen on lisätty säilyvyyttä parantavia aineita.

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä si- 20 säilään pidättävä aine on muodostettu kalvomaiseksi pinnoitteeksi (P) ko. pintaan.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävästä aineesta muodostettu pinnoite (P) on immo- 25 bilisoitu ko. pintaan.

13. Jonkin patenttivaatimuksista 1-12 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että seinämän (2) ja/tai rajoitinelimen (3) aine on kyllästetty vettä sisällään pidättävällä aineella.

14. Jonkin patenttivaatimuksista 1-13 mu kainen mittausanturi, tunnettu siitä, että ko. pinta on käsitelty huokoiseksi.

15. Jonkin patenttivaatimuksista 1-14 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että anturi 35 on muodostettu vettä sisällään pidättävästä aineesta.

16. Jonkin patenttivaatimuksista 1-15 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että mitta- 102453 usanturi (D) on potilaan henkitorveen työnnettävään intubaatioputkeen (I) kytkettävä spirometrianturi.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että mittausanturiin (D) 5 on yhdistetty mittauskanava (5) , joka on järjestetty toimimaan näytteenottimena kaasunanalysaattoria (A) varten.

18. Jonkin patenttivaatimuksista 1-17 mukainen mittausanturi, tunnettu siitä, että mitta- 10 usanturi (D) on patopaineen mittaukseen perustuva, Pi-tot-putki-periaatteella toimiva mittausanturi, jossa virtausta rajoittavana rajoitinelimenä (3) toimii yksi tai useampi siiveke (13), joka tai jotka on suunnattu virtausta vastaan.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen mittau santuri, tunnettu siitä, että rajoitinelimeen (3) kuuluu siivekkeitä (13), jotka on järjestetty säteit-täisesti mittauskanavan (4) suuaukon (12) ympärille, ja että kuhunkin siivekkeeseen (12) kuuluu ura (14) 20 siivekkeisiin osuvan kaasuvirran johtamiseksi suuaukkoon.

20. Järjestelmä potilaan hengityskaasun paine- ja/tai virtausmittausta varten, johon järjestelmään kuuluu intubaatioputki (I) työnnettäväksi poti-25 laan henkitorveen, mittausanturi (D) , joka on liitetty .... intubaatioputkeen ja johon kuuluu putkimainen virtaus- kanava (1) mitattavan kaasuvirtauksen ohjaamiseksi, jota virtauskanavaa rajoittaa seinämä (2) ; rajoitine-lin (3) , joka on järjestetty virtauskanavaan kaasun 30 virtauksen rajoittamiseksi virtauskanavassa; mittauslaite (8) rajoitinelimen aiheuttaman paine-eron mit- • · : taamiseksi; ja mittauskanavia (4), jotka avautuvat virtauskanavaan paineen johtamiseksi virtauskanavasta mittauslaitteelle, tunnettu siitä, että virtaus-35 kanavan (1) seinämän (2) ja/tai rajoitinelimen (3) pintaan, joka on suorassa kontaktissa mitattavan kaasuvirtauksen kanssa, on järjestetty vettä sisällään 102453 pidättävää ainetta vesipisaran tai vettä sisältävän pisaran poistamiseksi kyseisen aineen pinnalta käyttö-olosuhteissa .

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen järjes-5 telmä, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on kapillaarihuokoinen.

22. Patenttivaatimuksen 20 tai 21 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on kolloidi, kuten gelatiini tai agar- 10 agar.

23. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 22 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on hygroskooppinen.

24. Patenttivaatimuksen 20 mukainen järjestel- 15 mä, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on kapillaarihuokoinen ja ei-hygroskooppinen.

25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kapillaarihuokoiseen ja ei-hygroskooppiseen vettä sisällään pidättävään ainee- 20 seen on lisätty hygroskooppista ainetta alkukostutuksen nopeuttamiseksi.

26. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 25 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on sekoitus aineista, joilla 25 on hygroskooppisia ja vettä sisällään pidättäviä ominaisuuksia.

27. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 26 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on ainetta, joka imee veden 30 kyllästyspaineessa vettä enemmän kuin 20% painostaan, sopivasti yli 50% painostaan, ja edullisesti yli 100% : painostaan.

28. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 27 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vettä 35 sisällään pidättävään aineeseen kuuluu agar-agaria, gelatiinia ja/tai kalsiumkloridia.

29. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 28 mu- 102453 kainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävään aineeseen on lisätty säilyvyyttä parantavia aineita.

30. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 29 mu-5 kainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vettä sisällään pidättävä aine on muodostettu kalvomaiseksi pinnoitteeksi (P) ko. pintaan.

31. Patenttivaatimuksen 30 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vettä sisällään pi- 10 dättävästä aineesta muodostettu pinnoite (P) on immo-bilisoitu ko. pintaan.

32. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 31 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että seinämän (2) ja/tai rajoitinelimen (3) aine on kyllästetty vet- 15 tä sisällään pidättävällä aineella.

33. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 32 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ko. pinta on käsitelty huokoiseksi.

34. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 33 mu- 20 kainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mittausanturi (D) on muodostettu vettä sisälään pidättävästä aineesta.

35. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 34 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mittau- 25 santuri (D) on potilaan henkitorveen työnnettävään in-tubaatioputkeen (I) kytkettävä spirometrianturi.

36. Patenttivaatimuksen 35 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mittausanturiin (D) on yhdistetty mittauskanava (5) , joka on järjestetty 30 toimimaan näytteenottimena kaasunanalysaattoria (A) varten. — «· : 37. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 36 mu kainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mittausanturi (D) on patopaineen mittaukseen perustuva, Pi- 35 tot-putki-periaatteella toimiva mittausanturi, jossa virtausta rajoittavana rajoitinelimenä (3) toimii yksi tai useampi siiveke (13), joka tai jotka on suunnattu • < 102453 virtausta vastaan.

38. Jonkin patenttivaatimuksista 20 - 37 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu kaasuanalysaattori (A) hengityskaasun 5 koostumuksen määrittämiseksi.

39. Patenttivaatimuksen 38 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasuanalysaattorin (A) näytteenottimena toimiva mittauskanava (5) on järjestetty hengityskoneen (22) ja potilaan väliin.

40. Patenttivaatimuksen 38 tai 39 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasuanalysaattorin (A) näytteenottimena toimiva mittauskanava (5) on järjestetty intubaatioputken (I) ja hengityskoneen (22) väliin. 15 102453