NL8503202A

NL8503202A - Met een respirator te verbinden meetinrichting voor stofwisselingsgrootheden.

Info

Publication number: NL8503202A
Application number: NL8503202A
Authority: NL
Original assignee: Instrumentarium Corp
Priority date: 1984-11-21
Filing date: 1985-11-20
Publication date: 1986-06-16
Also published as: FI844562L; SE8505495L; SE8505495D0; NL193015C; DE3533557A1; FI78231B; NL193015B; JPS61128981A; US4856531A; JPH0628652B2; DE3533557C2; FI844562A0; CA1242529A; SE463343B; FI78231C

Description

’ * - ~ -Λ X Sch/gn/4, Instrumentarium -1-

Met een respirator te verbinden meetinrichting voor stofwisselingsgrootheden

Een in de afdeling intensieve verpleging van een ziekenhuis behandelde, kritisch zieke patiënt ontvangt gewoonlijk voeding in parenterale vorm of in vloeibare vorm rechtstreeks in een ader. Aangezien ziekte en verwondingen 5 de stofwisseling en het energieverbruik van een patiënt aanzienlijk kan doen afwijken van standaardverbruik, al naargelang zijn lengte, gewicht, leeftijd en geslacht, zoals normaal wordt toegepast als basis voor het schatten van de voedselbehoefte, is een grote belangstelling ontstaan voor 10 het gebruiken van metingen om de kwantitatieve en de kwalitatieve behoefte aan voeding van een kritisch zieke patiënt te bepalen. Dit is mogelijk door gebruikmaking van indirecte caloriemetrie, waarbij, door het meten van de uitwisseling van ademhalingsgassen, het mogelijk is het energiegebruik te 15 berekenen op basis van zuurstofverbruik in een bepaalde evenwichtstoestand en de kwaliteit van verteerd voedsel vast te stellen op basis van de verhouding tussen de hoeveelheid afgegeven kooldioxyde en het zuurstofverbruik.

De meeste patiënten in de afdeling intensieve verple-20 ging zijn verbonden met een respirator voor het handhaven van de ademhaling en aldus moet het meten van de gasuitwisseling plaatsvinden door middel van een inrichting die kan worden verbonden met een respirator en onafhankelijk van het merk en het werkingsprincipe van een respirator.

25 Met betrekking tot de fabrikanten van respiratoren of ademhalingstoestellen: tenminste de Zweedse firma’s Engström Medical Ab and Siemens-Elema hebben stofwisselingsmeet-instrumenten ontwikkeld die kunnen worden verbonden met de Engström Erica en Siemens Servo Ventilator 900 serie, welke 30 instrumenten echter gedeeltelijk informatie gebruiken die is verkregen van de sensoren van een respirator zelf, waardoor dergelijke instrumenten slechts kunnen worden gebruikt als

Z t X

-2- accessoires bij dergelijke apparatuur.

In termen van meettechniek is een speciaal probleem de stromingsmeting geweest, die behalve het meten van de gas-inhoud noodzakelijk is bij het berekenen van het zuurstof-5 verbruik en de afgifte van kooldioxyde. De nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van stromingssensoren zijn aan een streng onderzoek onder klinische omstandigheden onderworpen, in het bijzonder als gevolg van vocht en het vervuilingseffeet van uitscheidingen van een patiënt. Volgens de onderhavige uit-10 vinding wordt de kooldioxydeproduktie en het zuurstofverbruik zodanig gemeten, dat in het geheel geen rechtstreekse meting vereist is van de stroming ademgas. Een schematisch aanzicht van de inrichting is in fig. 1 weergegeven. De inrichting is verbonden met een respirator 1 door het 15 koppelen van een gasbuis 2 met grote diameter met de uitade-mingsbuis 3 en de bemonsteringsbuis 4 van een gassensor met de inademingsbuis 5 van een respirator. Het uitademingsgas dat de inrichting binnentreedt stroomt eerst een mengkamer 6 binnen, die typisch een volume van 5 liter bezit en derhalve 20 een stationaire inhoud aan kooldioxyde en zuurstof, gemiddeld overeenkomend met ongeveer 10 ademhalingscycli. Gedurende elke uitademingscyclus stroomt een hoeveelheid gas gelijk aan een enkel uitademingsvolume uit de mengkamer, welk gas een kooldioxydegehalte van FECq2 en een zuur-25 stofgëhalte van bezit. Dit gas mengt zich in een T-element 7 met een constante stroom K die wordt opgewekt door een ventilatoreenheid 8, welke stroming typisch een debiet van 20 liter per minuut kan bezitten. Aldus zal het momentane kooldioxydegehalte F*EC02(t), dat een kuis 30 9 wordt gemeten, als gevolg van door het trekken van de lucht veroorzaakte verdunning, voldoen aan 35 F*EC02 ^ = FEC02 X VE(t) VE(t) + K (1) r - -3- waarin VE (t) het debiet is van een uit de mengkamer op een tijdstip t uitstromend gas. Aldus zal de afgifte kool-dioxyde VCQ2 in het tijdinterval to —^ tg + T zijn:

t + T

♦cm = I V*U> dt (2) to waarin de tijd T zo kort wordt verondersteld, dat het gemid-10 delde kooldioxydegehalte FEC02 in de mengkamer niet merkbaar gedurende die tijd verandert.

Uit vergelijking (1) volgt: K X F*EC02(t) 15 VE(t) = ——- (3) FEC02 ' F*EC02(t)

Door in vergelijking (2) de afgifte kooldioxyde in het tijdinterval tg_^tg + T te substitueren verkrijgt men:

20 t +T

o ^C02 f tQ FEC02 X F*EC02(t) dt (4) FEC02 " F*EC02(fc) 25 De afgifte aan kooldioxyde kan aldus worden berekend zonder stromingsmeting door het meten van het kooldioxydegehalte in de mengkamer 6 en de uitvoerbuis 9, in afwisseling met een geschikte frekwentie, of door gelijktijdige toepassing van twee kooldioxydesensoren, hetgeen echter geen 30 praktische oplossing is.

Anderzijds kan het zuurstofverbruik Vg2 worden bepaald door eveneens het zuurstofgehalte F^02 van bet inade-mingsgas en het zuurstofgehalte F van het gemengde uitademingsgas te meten. Door toepassing van een vooraf 35 bekend gebruik, volgens welk het stikstofverbruik 0 is, zal het respiratiequotiënt RQ een bekende uitkomst zijn.

5 *' -4- FEC02

V F - F

_ C02 _ 102 E02 RQ “ 1? ~ (5) 5 02 Λ - ggg; λ V - PI02 J 102 10

Daarna zal het zuurstofverbruik VQ2 eenvoudig worden verkregen: *02 - (6)

15 RQ

Het meten van gasgehaltes op diverse meetpunten wordt intermetterend uitgevoerd door middel van door een microprocessor 16 bestuurde magneetkleppen 10-13. Een typische 20 meetreeks is in bijlage 1 getoond.

Een kooldioxydesensor 14 omvat een analysator die is gebaseerd op de infrarood-absorptie van CO2 en een zuurstof-sensor omvat een snelle paramagnetische zuurstofsensor van het differentiële type, die zo nodig het gebruik mogelijk 25 kan maken van een aanzienlijk snellere meetreeks dan is getoond. De constante-stromingsgenerator omvat een centri-fugaal-ventilator en een stromingsweerstand die daarmee als één geheel is uitgevoerd, welke weerstand aanzienlijk groter is dan de stromingsweerstand vanaf het snijpunt van het 30 T-element 7 naar de uitgang, waarbij de stroomsnelheid uit de mengkamers geen noemenswaardige uitwerking heeft op de stroming K.

De meetkamer en de ventilator zijn zodanig ontworpen, dat het water dat condenseert uit het vochtige uitademings-35 gas uit de mengkamer druppelt en wordt afgevoerd via de afvoerbuis van de inrichting.

* J» -5-

Fig. 2 toont een andere meetconfiguratie. In deze uitvoering onderhoudt de ventilator 8 een constante gemengde stroming K, maar in dit geval moet de stroming K sneller zijn dan het topdebiet van de uitademing, die tot 100 liter 5 per minuut kan bedragen aangezien anders de stromingsrich-ting in de buis 9 kan omdraaien en een zekere hoeveelheid uitademingsgas een meetpunt kan passeren. Een ander nadeel is het feit dat het gecondenseerde vocht via de ventilator moet worden afgevoerd. Het kan echter een voordeel zijn dat 10 de kooldioxyde-afgifte op basis van een eenvoudiger berekening kan worden verkregen dan in het eerst-beschreven alternatief. In dit geval zal de kooldioxyde-afgifte in het tijdinterval t0_^tQ + T bedragen: 15

t + T

o = f ƒ pWt! « 171 t o 20 RQ en ^02 worden op dezelfde wijze als boven verkregen. De inrichting is eveneens in staat om het zuurstofverbruik en de kooldioxyde-afgifte te meten bij een spontaan 25 ademende patiënt of een onder spanning onderzochte persoon, mits een patiënt is uitgerust met een van keerkleppen voorzien, luchtdicht masker.

Het verdunningsprincipe kan ook worden uitgevoerd door het meten van de verdunning van het de mengkamer verlatende 30 zuurstof wanneer het zich mengt met de constante luchtstroming. Aldus zal het momentane zuurstofgehalte in de buis 9 bedragen: W Η -6- * fe02 x + °'21 x K F 2 {t) = -— (8) vE(t) + K 5

Oplossing van een momentaan debiet VE(t) uit bovenstaande uitdrukking zal opleveren: 10 * K x (F (t) - 0,21) v (t) = — - -E?2 „- (9) E F - F (t) E02 E02 K } 15 Het precieze respiratievolume wordt "hieruit door inte gratie verkregen en het is op een bekende wijze aldus mogelijk, het energieverbruik en de kooldioxyde-afgifte te berekenen, indien we, behalve het bovenstaande, het kooldioxyde-gehalte van het gas in de mengkamer en het verschil tussen 20 zijn zuurstofgehalte en dat van het inademingsgas kennen.

Een meetcyclus op basis van de verdunning van zuurstof is echter in de praktijk moeilijker uit te voeren, aangezien de zuurstof op drie punten moet worden gemeten. Bovendien is het in het geval van een inademingsgas met slechts een iets 25 verhoogde zuurstofconcentratie mogelijk, dat het zuurstofgehalte van het uitademingsgas in de mengkamer zo dicht ligt bij dat van de lucht in de kamer, dat het door vergelijking (9) verkregen resultaat zeer onnauwkeurig wordt.

Het meetstelsel kan worden geijkt door bijvoorbeeld 30 gebruikmaking van een ijkingsspuit met een capaciteit van 1 liter om in de mengkamer 6 een gas te pompen, waarvan het zuurstof- of kooldioxydegehalte duidelijk verschilt van die van de lucht in de kamer. Een gemakkelijk onder ziekenhuisomstandigheden beschikbaar gas is zuivere zuurstof dat kan 35 worden verwijderd door middel van een stelsel, omvattende het genoemde T-element en keerkleppen in de richting van de * > . > -7- τ- * spuit en de mengkamer kan worden ingepompt met een typische frekwentie van tienmaal per minuut. Aldus kan het programma van de inrichting een constante-stromingsfactor K ijken op basis van formule (9) onder de veronderstelling dat de gassensoren afzonderlijk zijn geijkt met een precisiegas.

Claims

1. Werkwijze voor het controleren van de kooldioxyde-afgifte, het energieverbruik en het respiratiequotiënt van een aan een respirator aangesloten patiënt, bij welke werkwijze een inrichting wordt toegepast met een O2 (15) 5 en CO2 (14) analysator en een mengkamer (6), waarin via een gasverzamelbuis (2) het van de respirator (1) afkomstige uitademingsgas wordt toegelaten, gekenmerkt door het vormen van een mengsel van gas, dat uit de mengkamer met een constante luchtstroom stroomt, het meten van het kooldioxy-10 degehalte van het mengsel, het meten van het kooldioxyde- en zuurstofgehalte van het gas in de mengkamer (6) en het zuurstofgehalte van het door de respirator aan een patiënt toegevoerde gas en het bepalen van de kooldioxyde-afgifte en het zuurstofverbruik door rechtstreekse berekening uit de 15 gemeten gehaltes.

2. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1 voor het controleren van de kooldioxyde-afgifte, het energieverbruik en het respiratiequotiënt van een aan een respirator aangesloten patiënt, welke inrichting 20 een 02 (15) en CO2 (14) -analysator omvat, een via een gasverzamelbuis (2) met de uitgang van de respirator (1) verbonden mengkamer (6) en magneetkleppen (10, 13) in de bemonsterbuizen die naar de analysatoren leiden, met het kenmerk, dat de uitgang van de mengkamer (6) is verbonden 25 met een kanaal (9) dat is voorzien van een constante- stromingsventilator (8) voor het opwekken van een constante luchtstroming door het kanaal (9), waarbij het de mengkamer (6) uitstromende gas in het kanaal (9) wordt gemengd met een constante luchtstroming, en dat de genoemde C02~analysator 30 (14) en de '02-analysator (15) zijn of kunnen worden verbonden op geschikte intervallen, door middel van de genoemde magneetkleppen (10-13), enerzijds met de mengkamer (6) en anderzijds met een plaats in het kanaal (9), waarop -9- het de mengkamer uitstromende gas is gemengd met de constante luchtstroming/ welke O2—analysator (15) verder is of kan worden verbonden met een inademingskanaal (5) tussen de respirator (1) en een patiënt.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk/ dat de uitgang van de mengkamer (6) in het kanaal (9) stroomafwaarts ten opzichte van de constante-stromings-ventilator (8) is geplaatst/ welke ventilator (8) de constante-luchtstroom toevoegt aan de de mengkamer (6) 10 verlatende gasstroming.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk/ dat de uitgang van de mengkamer (6) aan de bodem daarvan is gepositioneerd en dat het snijpunt van een T-element, dat de uitgang met het kanaal (9) verbindt/ onder de uitgang is 15 gelegen, zodanig dat het in de mengkamer (6) gecondenseerde water automatisch wordt afgevoerd door de werking van de zwaartekracht en de door de ventilator (8) opgewekte stroming.

5. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, 20 dat de uitgang van de mengkamer (6) in het kanaal (9) stroomopwaarts is geplaatst ten opzichte van de constante-stromingsventilator (8), welke ventilator (8) zodanig wordt bedreven, dat hij het in de mengkamer (6) en de in het kanaal (9) stromende lucht zodanig aanzuigt, dat de totale 25 som van deze stromingen constant is.

6. Werkwijze voor het ijken van de inrichting volgens één der conclusies 2 t/m 5, met het kenmerk, dat de werking van een gasmengeenheid (6-9) wordt geijkt door berekening, door met gebruikmaking van een spuit met constant volume in 30 de inrichting zuurstof of een ander van de lucht in de kamer afwijkend gas met constante druk te pompen. ▼ w - 10- Bijlage 1 Meetvolgorde Cyclus Toestand van 02- C02~ Typische de magneet- hoeveel- hoeveel- duur kleppen heid heid I 1001 FI02 fEC02 10 3 II 1100 Fio2 _ Feo2 F*eco2 30 s III 0 111 02 naar 0 CO 2 naar 0 10 s De meting vindt plaats met een ononderbroken afwisseling van de cyclus I en II. De cyclus III vindt met intervallen van 30 minuten plaats.