FI78609C

FI78609C - Gasuppsamlingsenhet foer maetning av aemnesomsaettningsstorheter hos patienter, som andas sjaelv.

Info

Publication number: FI78609C
Application number: FI861289A
Authority: FI
Inventors: Pekka Merilaeinen
Original assignee: Instrumentarium Oy
Priority date: 1986-03-26
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1989-09-11
Also published as: GB8707173D0; GB2188236B; FI861289A0; DE3708165A1; US4763664A; FI78609B; FI861289A; GB2188236A

Description

1 78609

Kaasunkeräysyksikkö itse hengittävien potilaitten aineenvaihduntasuureitten mittaamista varten. Gasuppsamlingsenhet för mätning av ämnesomsättnings-storheter hos patienter, som andas själv.

Ihmisen aineenvaihduntaa voidaan seurata ns. epäsuoran kalori-metrian avulla, jossa hengityskaasujen pitoisuuksia ja virtausta mittaamalla voidaan määrätä hapenkulutus (Vq^) ja hiilidiok-sidintuotto (VC02)* Näistä voidaan edelleen laskea arvio energiankulutukselle vuorokaudessa sekä hengitysosamäärä (SO Vco2/^02^ 3°ka kertoo kehossa palavan ravinnon laadun. Hiilihydraatteja poltettaessa syntyy hiilidioksidia yhtä paljon kuin happea kuluu, jolloin RQ * 1, kun taas rasvalla vastaava suhde RQ = 0,7.

Epäsuoraa kalorimetriaa käytetään erityisesti sairaalan teho-osastoilla suonensisäisesti ruokittavien kriittisesti sairait-ten potilaitten ravinnontarpeen määrälliseen ja laadulliseen arviointiin. Suuri osa näistä potilaista on hengityskoneessa eli respiraattorissa, jolloin uloshengityskaasun kerääminen mittausta varten on yksinkertaista. Mittaukseen tosin liittyy Y‘. lukuisia mittausteknisiä vaikeuksia, jotka ovat hidastaneet menetelmän leviämistä rutiininomaisessa kliinisessä käytössä. Tieteellinen ja myös käytännön kliininen kiinnostus soveltaa epäsuoraa kalorimetriaa myös vaikeasti sairaisiin, mutta itse hengittämään kykeneviin potilaisiin on kasvanut viime aikoina ; voimakkaasti. Kyseeseen tulevat mm. syöpää ja erilaisia aineenvaihduntatauteja sairastavat potilaat.

2 73609

Eräs respiraattoriin kytkettyjen potilaitten mittaamiseen tarkoitettu laite on esitetty suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 844562. Mainittu laite voidaan muuntaa sen sisältämän vakiovirtausimurin ansiosta helposti myös itse hengittävien potilaitteen mittaukseen soveltuvaksi, kunhan hengityskaasujen kerääminen voidaan hoitaa häiritsemättä potilasta olennaisesti.

Hengityskaasujen kerääminen suoritetaan yleensä nenän ja suun peittävän tiiviin maskin avulla taikka suuhun sijoitettavalla putkella, jolloin nenä suljetaan erillisellä puristimella. Näiden käytön on todettu (viite 1 selityksen lopussa) kuitenkin häiritsevän siinä määrin potilasta, että hengitys muuttuu ratkaisevasti, eikä aineenvaihduntasuureitten luotettavan mittauksen edellytyksenä olevaa tasapainotilaa voida saavuttaa siinä ajassa, jonka potilas yleensä sietää mainittuja varusteita kasvoillaan.

Tähän ongelmaan on kehitetty erityyppisiä ratkaisuja, -jossa potilaan pää sijoitetaan suljettuun tai puoliavoimeen laatikkoon, jonka läpi johdetaan jatkuva ilmavirtaus.

Erityisen tunnettu on prof. John M. Kinneyn, New Yorkin Columbia-yliopistossa kehittämä "kanopi" (viite 2), joka on akryylista valmistettu läpinäkyvä saranoitu suorakulmainen laatikko, johon liittyy potilaan kaulan ympärille tiivistettävä erillinen osa. Tällaiselle ratkaisulle on tyypillistä, että laatikon tilavuus on niin suuri ja muoto sellainen, että uloshengityskaasu sekoittuu tilaan tasaisesti ennen poistumistaan siitä.

Tällöin potilas joutuu hengittämään takaisin korkeahkoja hiilidioksidipitoisuuksia. Jos laatikon läpi johdetaan ilmavirtaus 50 l/min ja potilaan Vq02 s ^50 ml/min, niin C02~pitoisuus on 0.5 %. Koska näin pienten kaasupitoisuuksien mittaaminen suurella tarkkuudella on vaikeaa, pyritään ilmavirtaus pitämään mahdollisimman pienenä, jotta päästäisiin mittaamaan korkeampia CC^-pitoisuuksia.

3 78609

Prof. Kinneyn mukaan sallittu CC>2:n maksimipitoisuue on 1 %. Tämän jälkeen hiilidioksidi alkaa stimuloida hengitystä ja tulokset aineenvaihduntamittausten kannalta muuttuvat. Toisaalta potilaitten subjektiivisen kokemuksen mukaan huomattavasti matalammat C02~pitoisuudet voivat aiheuttaa ahdistavan tunteen ja muuttaa hengitystä.

Tässä keksinnössä esitetään potilaan pään peittävä kevyt ja tarvittaessa kertakäyttöinen kaasunkeräysyksikkö, joka on mitoitettu ja muotoiltu siten, että hiilidioksidin takaisin-hengitys on pieni, mutta toisaalta hyvään mittaustarkkuuteen vaadittava kaasusignaalin amplitudi pysyy suurena koska päästään mittaamaan vaihtomuotoista signaalia tasamuotoieen asemasta.

Keksinnön tunnusmerkit on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Kuvassa 1 on esitetty kaaviokuva yksiköstä, jota seuraa-vassa nimitetään kanopiksi.

Kuvassa 2 on esitetty potilaan pään sijainti kanopissa.

Kanopin yläosa 1 on puristettu kirkkaasta optisesti hyvälaatuisesta muovista ja on muodoltaan lähellä puoli-ellipsoidia. Yläosan päädyissä oleviin reikiin kiinnite-tän letkuliittimet 2 ja 3, joihin liitetään ilman sisään-tuloletku 4 ja poistoletku 5. Letkuliitimissä on levymäiset virtauksenhajoittajät 6 ja 7, joiden synnyttämät pyörteet vähentävät potilaan kasvoillaan havaitsemaa vedon tunnetta. Yläosan alareunaan on saumattu ilmatii-V viisti muovikalvo 8, joka jatkuu umpinaisena sylinterinä ohi yläosan poistoletkun puoleisen pään. Kanopi pujotetaan kokonaisuutena potilaan päähän, jolloin sylinteri-mäisen kalvon suu 10 voidaan tiivistää kevyesti potilaan kaulan ympärille. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää 4 73609 avointa rakennetta, jolloin kanopi lasketaan suoraan potilaan päälle ja sen reunaan saumattu muovikalvo taitetaan potilaan pään tai tyynyn alle ja kaulan ympärille.

Potilas on kanopissa mittauksen aikana normaalisti makuuasennossa. Kanopin yläosan reuna on muotoiltu puoliympyrän muotoiseksi poistoletkuliittimen alapuolella olevasta kohdasta 9, johon potilaan kaula sijoittuu.

Kuvassa 2 on esitetty potilaan pään sijainti kanopissa.

Kanopin muoto ja mitoitus on valittu siten, että ilman virtausnopeus potilaan nenän ja suun yli säilyy riittävän suurena· Tarkka laskennollinen analyysi on vaikeaa koska pään koot ja asento kanopin sisällä vaihtelevat. Mitoitus on määräytynytkin sen takia osittain kokemusperäisesti mittaamalla kanopissa olevan ihmisen sisäänhengitysilman CC>2-pitoisuut-ta nenäadapterillä varustetulla C02~analysaattorilla. Tavoitteena on ollut saada C02~pitoisuus tasolle 0,1...0,2 % CO2·

Keskeiset tekijät, joilla C02-pitoisuus sisäänhengitysvaiheen aikana saadaan pieneksi ovat, että kanopin virtausta vastaan kohtisuora vapaa poikkipinta-ala kasvojen kohdalla on riittävän pieni, että kanopin kokonaistilavuus ilmavirtaan suhteutettuna on pieni ja että virtauksen suunta kanopin sisällä on sellainen, että uloshengitys nenästä suuntautuu kohti ilman poistoaukkoa. Aikuisille mitoitetun kanopin vapaaksi tilavuudeksi pään ollessa sisällä tulee 15...20 1 ja poikkipinta-alaksi n. 200 cm^, jolloin ilma liikkuu noin 4 cm/s virtauksella 50 1/min ja kaasu vaihtuu kanopissa noin 3 kertaa minuutissa.

Kanopin tiiviysvaatimus huoneilmaa hengittävillä potilailla ei ole ehdoton, koska kanopin sisällä vallitsee normaalisti pieni alipaine ja vuodot suuntautuvat sisäänpäin eivätkä vaikuta mittaustulokseen. Tilanne muuttuu tosin voimakkaan huokauksen-tapaisen uloshengityksen aikana, jolloin mikäli hetkellinen uloshengitysvirtaus ylittää imurin virtauksen, virtaus kanopin 5 73609 sisääntulossa kääntyy. Tämän tilanteen hoitaa kanopin ' sisääntuloletkun sisältämä varatilavuus, mutta mikäli vuotoja on muualla, näistä voi päästä hieman hiilidioksidia karkuun.

Mikäli kanopiin imetään huoneilmaa korkeamman happipitoisuuden omaavaa kaasua, on tiiveysvaatimus täysin ehdoton.

Vaikka valtaosa kliinisestä mielenkiinnosta kohdistuu levossa makuuasennossa olevan potilaan mittaamiseen, on tämä kanopi konstruoitu siten, että se pysyy päässä myös pystyasennossa.

Tällöin sitä voidaan periaatteessa käyttää myös fysiologisiin raeitustestimittauksiin ainakin polkupyöräergometria käytettäessä. Näissä mittauksissa joudutaan luonnollisesti käyttämään huomattavasti suurempia ilmavirtauksia kanopin läpi lepomittauksiin verrattuna.

. VIITTEET

1. j Askanazi et ai., Effects of respiratory apparatus on breathing patterns, Journal of Applied Physiology, 48, 577-580, 1980. 1 J M Kinney, The application of indirect calorimetry to clinical studies. In: Assessment of Energy Metabolism in Health and Disease: Report of the First Ross Conference on Medical Research, pp 42-48. J M Ross Labs, Columbus, 1980

Claims

6 73609

1. Potilaan päähän hapenkulutuksen, hiilidioksidin tuoton ja hengitysosamäärän mittaamista varten asetettava kaasunkeräysyksikkö, joka koostuu kirkkaasta olennaisesti puoliellipsoidin muotoisesta muovikuvusta (1), sen reunoihin ilmatiiviisti saumatusta muovikalvohelmasta (8), jonka avulla muovikuvun (1) reunat voidaan tiivistää potilaan pään ja kaulan ympärille sekä letkuliitti-mistä (2 ja 3) ja niihin kuuluvista virtaushajottajista (6 ja 7), tunnettu siitä, että kuvun vapaa tilavuus pään ollessa sen sisällä on pienempi kuin kolmasosa kuvun läpi minuutissa virtaavasta ilmamäärästä ja että kuvun vapaa virtausta vastaan kohtisuora poikkipinta-ala on mitoitettu siten, että ilmavirtauksen keskimääräinen nopeus kasvojen yli on suurempi kuin 4 cm/s ja sisäänhengitysilman C02“Pitoisuus on pienempi kuin 0,2 %.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasunkeräysyksikkö, tunnettu siitä, että muovikalvohelma (8) on sy-linterimäinen ja sen suuaukko (10) voidaan kiristää tiiviisti potilaan kaulan ympärille.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kaasunkeräysyksikkö, tunnettu siitä, että muovikuvun (1) reunoihin on saumattu avoin muovikalvohelma, joka on taitettavissa potilaan pään tai tyynyn alle ja kaulan ympärille.

4. Vaatimuksen 1, 2 tai 3 mukaisen kaasunkeräysyksikön käyttö aineenvaihduntasuureitten mittaukseen tarkoitetun laitteen yhteydessä, tunnettu siitä, että kaa-sumittaukset on järjestetty suoritettavaksi vakiovir-tauksen laimentamista, hengityksen mukana vaihtomuotoi-sesti vaihtelevista kaasusignaaleista.