RU2804504C1 - Способ и устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к средствам для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе и для вентиляции легких. Представлено устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе, имеющее по меньшей мере одно устройство для определения текущей фазы дыхания в дыхательном цикле, соединенное с присоединительным устройством, которое соединено с линией забора для подачи пробы выдыхаемого воздуха к датчику фазы дыхания. Устройство содержит клапан пациента, соединенный со шлангом дыхательного воздуха линии дыхательного воздуха, по меньшей мере один управляемый клапан, к выходам которого подсоединены датчик газа и выпуск газа, и/или насосное устройство для подачи пробы газа на вход управляемого клапана и откачки пробы газа из потока дыхательного воздуха в область присоединительного устройства. Также оно включает по меньшей мере один блок управления, с помощью которого управляемый клапан и/или насосное устройство может управляться в зависимости от обнаруженной фазы дыхания при пропускании пробы поступающего в зависимости от фазы дыхания к пациенту или от пациента дыхательного воздуха через датчик газа или изоляции пробы в области датчика газа, с определением содержание газа в выдыхаемом воздухе на заданном отрезке дыхательного цикла. Также описаны способ измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе и устройство для вентиляции легких. Достигается повышение информативности и надежности определения при высоком временном разрешении, а также – улучшение вентиляции. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к устройству для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе, в частности для использования с аппаратом вентиляции легких.

Далее изобретение относится к способу измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе.

Наконец, изобретение относится к устройству для вентиляции легких в смысле аппарата вентиляции легких, в частности аварийного аппарата вентиляции легких, имеющего устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе.

В процессе по меньшей мере частично ручной или машинной вентиляции легких пациентов воздухом представляет интерес определение содержания различных газов как в поданном пациенту воздухе, так и в выдыхаемом воздухе.

Например, имеет место определение содержания углекислого газа (CO₂) или содержания кислорода (O₂) с использованием подходящих датчиков.

В зависимости от случая применения необходимо при этом измерение соответствующего газа с высоким временным разрешением.

Дыхательный цикл человека и других соответственно дышащих живых организмов состоит из вдоха (инспирации) и выдоха (экспирации). Если вдыхается окружающий воздух, то концентрация инспираторного кислорода (FiO₂) составляет примерно 20,9 объемных процентов. В конце выдоха остается после газового обмена между легким и сердечно-сосудистой системой концентрация конечно-экспираторного кислорода (etO₂) примерно 16 объемных процентов в выдыхаемом воздухе. При вдохе содержание CO₂ (FiCO₂) дыхательного воздуха составляет примерно 0 объемных процентов (0,04 объемного процента CO₂ в окружающем воздухе), в то время как при выдохе оно существенно увеличивается, так что концентрация конечно-экспираторного CO₂ (etCO₂) может измеряться примерно в 4,5 объемных процента.

В медицине, например, принято определять ход содержания CO₂ в выдыхаемом воздухе во время дыхания пациента. В конце выдоха содержание конечно-экспираторного CO₂ (etCO₂) может определяться, если используется соответствующая быстрая сенсорная техника для определения CO₂, которая обладает тем самым соответственно высоким временным разрешением. Таким образом, может определяться плато концентрации в конце выдоха.

Для измерения содержания CO₂ в дыхательном воздухе существуют согласно уровню техники принципиально два способа, которые используются в связи с вентиляцией легких пациентов. Дыхательный газ поступает в зависимости от фазы дыхания через шланговую систему устройства для вентиляции легких к пациенту или от него. В способе основного потока весь дыхательный газ пациента анализируется непосредственно в или на этой шланговой системе и таким образом в основном потоке дыхательного газа, в то время как в способе побочного потока газ пробы вытягивается из основного потока и анализируется. При этом вытяжка газа пробы осуществляется, как правило, рядом с пациентом, чтобы мог анализироваться как газ вдоха, так и выдоха.

Для измерения содержания CO₂ в дыхательном воздухе в аппарате вентиляции легких, как правило, находится измерительная кювета, в которой газ пробы просвечивается светом ближней инфракрасной области спектра. CO₂ в газе пробы абсорбирует часть света, так что на основе оставшейся интенсивности света может определяться содержание CO₂ в дыхательном воздухе. Эта сенсорная технология сравнительно быстра, так что концентрация CO₂ в дыхательном воздухе может точно определяться в течение всего дыхательного цикла (время t установления (10%-90%) подобных датчиков CO₂ составляет примерно 90 мс).

Для измерения содержания O₂ в дыхательном воздухе существуют принципиально различные сенсорные технологии, как например парамагнитные датчики, гальванические ячейки, датчики на основе диоксида циркония, флуоресцентные датчики и лазерная спектроскопия. Разные датчики различаются далее своими размерами, временем отклика, точностью измерений, доступностью, сроком службы и ценой, причем более быстрые датчики в большинстве случаев дороже, чем более медленные датчики.

Относительно небольшими и недорогими датчиками для измерения содержания O₂ являются, например, гальванические датчики кислорода, в которых газ попадает через тонкую мембрану на катод, на котором происходит первая реакция. Через жидкий электролит датчика возникшие носители заряда попадают на катод, где происходит дальнейшая реакция. При этом покрытие анода изнашивается с каждой реакцией, вследствие чего речь идет также о расходуемом датчике. Возникший ток пропорционален концентрации O₂ в газе пробы, однако зависит также от давления и температуры. Подобные гальванические датчики O₂ не требуют внешнего источника энергии, однако - в зависимости от употребления и времени отклика датчика - могут использоваться лишь в течение одного двух лет. Время t отклика (10%-90%) таких датчиков составляет, как правило, примерно 2 с, так что его использование для измерения с высоким временным разрешением содержания O₂ невозможно.

Для измерения содержания O₂ в дыхательном воздухе применение быстрых датчиков O₂, в частности для экстренной вентиляции легких, не принято по причинам свободного пространства и/или стоимости. Тем не менее для медицинского персонала представляет большой интерес определение концентрации конечно-экспираторного кислорода (etO₂), для того чтобы была возможность делать выводы о количестве кислорода, поглощенного пациентом при вентиляции его легких, или кислорода, не поглощенного им и таким образом выдохнутого.

В частности, при преоксигенации, процессе, при котором азот вымывается из легкого пациента и заменяется кислородом, значение etO₂ играет важную роль. При помощи значения etO₂ может при этом определяться на основе измеренных данных конечный момент времени процесса, так что он не должен выводиться из эмпирических значений, что при определенных условиях может быть неточным для отдельного пациента.

Также определение содержания других газов в дыхательном воздухе, как например ЛОС (летучих органических соединений), водорода или анестезиологических газов, представляет интерес в определенных случаях применения.

Исходя из этого, задача изобретения создать улучшенное устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе.

Эта задача решается в соответствии с изобретением с помощью устройства для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе согласно пункту 1 формулы изобретения.

Дальнейшая задача изобретения - создать устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе, которое достаточным для соответствующего случая применения образом делает возможным определение содержания этого газа также при помощи датчика с медленным временем отклика.

Эта задача решается в соответствии с изобретением с помощью устройства для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе согласно пункту 1 формулы изобретения.

Дальнейшая задача изобретения - создать улучшенное устройство для вентиляции легких.

Эта задача решается в соответствии с изобретением с помощью устройства для вентиляции легких согласно пункту 10 формулы изобретения.

Дальнейшая задача изобретения - создать способ измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе, который достаточным для соответствующего случая применения образом делает возможным определение содержания этого газа также при помощи датчика с медленным временем отклика.

Эта задача решается в соответствии с изобретением с помощью способа измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе согласно пункту 11 формулы изобретения.

Раскрытые в дальнейшем признаки устройства для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе являются частью изобретения как по отдельности, так и во всех выполнимых комбинациях.

Соответствующее изобретению устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе имеет по меньшей мере одно устройство для определения фазы дыхания и дополнительно по меньшей мере один датчик газа, а также по меньшей мере один блок управления и по меньшей мере один управляемый клапан и/или насосное устройство.

Устройство для определения фазы дыхания выполнено в предпочтительном варианте осуществления изобретения для определения текущей фазы дыхания, а в наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения для распознавания определенной области в дыхательном цикле пациента. Для этого устройство для определения фазы дыхания имеет по меньшей мере один подходящий датчик фазы дыхания.

В варианте осуществления изобретения устройство для определения фазы дыхания имеет по меньшей мере один датчик фазы дыхания, выполненный в виде датчика CO₂, датчика O₂, датчика влажности, датчика температуры, датчика давления или датчика потока.

По меньшей мере один датчик фазы дыхания устройства для определения фазы дыхания расположен при этом для измерения согласно способу побочного потока или основного потока в отношении основного потока дыхательного воздуха.

При использовании датчика давления или потока в устройстве для определения фазы дыхания соответствующий датчик фазы дыхания расположен в предпочтительном варианте осуществления изобретения для измерения согласно способу основного потока. Равным образом использование датчиков CO₂, температуры или влажности возможно для измерения в основном потоке.

Объемный поток дыхательного воздуха к пациенту находится в порядке величин примерно от 0 до 100 л/мин. Вытяжка газа пробы для измерения согласно способу побочного потока составляет в варианте осуществления изобретения примерно 100 мл/мин.

При использовании датчика CO₂, O₂, влажности или температуры в качестве датчика фазы дыхания в устройстве для определения фазы дыхания соответствующий датчик фазы дыхания расположен в предпочтительном варианте осуществления изобретения для измерения согласно способу побочного потока.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе имеет по меньшей мере один водяной фильтр или иное устройство для осушения газа пробы, так что конденсация водяного пара, как правило, содержащегося, в частности в выдыхаемом воздухе, в области измерительного устройства и связанное с этим ухудшение измерений предотвращаются. В частности, применение по меньшей мере одного водяного фильтра или устройства для осушения газа пробы предпочтительно при измерении в побочном потоке. Измерение влажности после осушения газа пробы, само собой разумеется, малополезно для определения фазы дыхания.

Концентрация CO₂ и O₂ изменяется, как уже было описано выше, в ходе дыхательного цикла. Также влажность, температура, а также давление и поток дыхательного воздуха зависят от дыхательного цикла. Так выдыхаемый воздух, как правило, более влажный и более горячий, чем поданный пациенту воздух, кроме того он поступает в противоположном направлении.

При помощи устройства для определения фазы дыхания согласно настоящему изобретению по меньшей мере одно из вышеуказанных измеряемых значений может регистрироваться соответствующим датчиком фазы дыхания с высоким временным разрешением (быстрым датчиком), и ход измеряемого значения может оцениваться в отношении того, на какой фазе дыхания дыхательного цикла находится в текущий момент дыхание или вентиляция легких пациента.

Наряду с фазой инспирации и экспирации как таковых интерес представляет при этом, в частности распознавание конечно-экспираторной области в конце фазы экспирации.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для определения фазы дыхания выполнено поэтому для распознавания конечно-экспираторной области.

При помощи блока управления по меньшей мере один управляемый клапан и/или насосное устройство может управляться в зависимости от обнаруженной фазы дыхания.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один управляемый клапан имеет по меньшей мере один открываемый и закрываемый ход клапана, по которому измеряемый газ может подаваться по меньшей мере к одному датчику газа.

Альтернативно или дополнительно насосное устройство может управляться блоком управления таким образом, что измеряемый газ может подаваться по меньшей мере к одному датчику газа.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для определения фазы дыхания выполнено для определения конечно-экспираторной области, и управляемый клапан может управляться блоком управления таким образом, что по меньшей мере один ход управляемого клапана открыт на время конечно-экспираторной области фазы экспирации и с началом фазы инспирации закрыт, так что поданная в область по меньшей мере одного датчика газа проба газа дыхательного воздуха происходит из конечно-экспираторной области фазы экспирации.

Соответственно вышеописанная логика открытия или закрытия одного или нескольких ходов управляемого клапана возможна согласно изобретению в зависимости от любой области (фазы дыхания) в дыхательном цикле.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для определения фазы дыхания выполнено для определения конечно-экспираторной области, и насосное устройство может управляться блоком управления таким образом, что насосное устройство подает на время конечно-экспираторной области фазы экспирации газ пробы в область датчика газа и с началом фазы инспирации отключается, так что поданная в область по меньшей мере одного датчика газа проба газа дыхательного воздуха происходит из конечно-экспираторной области фазы экспирации.

Вышеописанная конструкция соответствующего изобретению устройства для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе создает таким образом условия для целевой подачи пробы дыхательного воздуха из определенной фазы дыхания и помимо этого для более длительного промежутка времени, в течение которого проба дыхательного воздуха может измеряться по меньшей мере одним датчиком газа для определения содержания по меньшей мере одного газа в дыхательном воздухе. Вследствие этого возможно использование датчиков газа с более длительным временем установления и/или более высокой точностью (медленный датчик).

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один датчик газа выполнен в виде датчика O₂, так что может определяться конечно-экспираторное содержание O₂ дыхательного воздуха (значение etO₂).

Частота дыхательных циклов составляет, как правило, у взрослых 10 в минуту, у детей 40 в минуту и в рамках сердечно-легочной реанимации (СЛР) может составлять до 110 в минуту. Соответственно период дыхательного цикла находится примерно между 540 мс (СЛР) и 6 с (обычный дыхательный цикл взрослого).

Количество необходимых для достоверного определения фазы дыхания измеренных значений зависит от длины интересующей области. В зависимости от частоты или периода необходимого режима вентиляции легких (например, взрослый, ребенок, СЛР) может таким образом определяться максимально допустимое для датчика газа время установления.

Максимально допустимое для быстрого датчика распознавания фазы дыхания время установления может определяться в варианте осуществления изобретения как t_10-90=60/(10⋅f_max), причем исходят из 10 измеренных значений за один вдох, и f_max максимальную частоту ожидаемого дыхания или вентиляции легких задают в единицах измерения - количество дыхательных циклов в минуту. Для вентиляции легких “гиганта” с ожидаемой частотой f_max 5 в минуту максимальное время t_10-90 установления получается таким образом 1200 мс, для взрослого с ожидаемой частотой f_max 10 в минуту максимальное время t_10-90 установления 600 мс, для ребенка с ожидаемой частотой f_max 20 в минуту максимальное время t_10-90 установления 300 мс, для младенца с ожидаемой частотой f_max 50 в минуту максимальное время t_10-90 установления 120 мс, для реанимации с непрямым массажем сердца с ожидаемой частотой f_max 100 в минуту максимальное время t_10-90 установления 60 мс и при более быстром непрямом массаже сердца с ожидаемой частотой f_max 110 в минуту максимальное время t_10-90 установления 54,5 мс.

Датчик с высоким временным разрешением или быстрый датчик, соответствующий этой заявке, является таким образом в отношении дыхания или вентиляции легких взрослого датчиком со временем установления в диапазоне примерно менее 500 мс, и датчик с более длительным временем установления или медленный датчик, который соответствует этой заявке, имеет время установления примерно более 500 мс.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, для распознавания фазы дыхания используется быстрый датчик со временем установления максимум 90 мс.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения, для распознавания фазы дыхания используется быстрый датчик со временем установления максимум 60 мс.

Если соответствующее изобретению устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе выполнено для измерения по меньшей мере одного из регистрируемых устройством для определения фазы дыхания или дополнительным датчиком газа измеренных значений согласно способу побочного потока, то оно имеет предпочтительно насосное устройство, при помощи которого проба газа может вытягиваться из основного потока и транспортироваться в область соответствующего датчика.

В варианте осуществления изобретения насосное устройство выполнено в виде отсасывающего насоса.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе дополнительно выполнено для измерения содержания по меньшей мере одного газа во вдыхаемом воздухе.

Для этого устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе имеет дополнительный управляемый клапан, или первый управляемый клапан выполнен в виде многоходового клапана, причем ходы клапана могут при помощи устройства для определения фазы дыхания и блока управления открываться или закрываться в соответствии с определенными фазами дыхания.

В варианте осуществления изобретения устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе выполнено при этом для измерения инспираторного кислорода.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения, для определения содержания инспираторного кислорода используется тот же датчик, который используется также для определения содержания конечно-экспираторного кислорода.

Так как состав используемого для вентиляции легких воздуха подвержен обычно лишь незначительным колебаниям, содержание кислорода (или содержание другого интересующего газа) поданного пациенту воздуха может подаваться во время дыхательного цикла на датчик O₂ (или другой измеряющий содержание интересующего газа датчик газа), который не требуется для определения значения etO₂ (или содержания другого интересующего газа на интересующей фазе дыхания), так что датчиком газа может попеременно определяться содержание соответствующего газа в поданном пациенту дыхательном воздухе и в выдыхаемом воздухе.

Соответствующее изобретению устройство для вентиляции легких имеет по меньшей мере одно соответствующее изобретению устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе согласно вышеприведенному описанию.

Раскрытые далее признаки способа измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе являются частью изобретения как по отдельности, так и во всех выполнимых комбинациях.

Соответствующий изобретению способ измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе включает в себя по меньшей мере следующие этапы способа:

1. определение фазы дыхания,

2. распознавание, имеется ли заданная фаза дыхания в дыхательном цикле,

3. подача пробы газа по меньшей мере к одному датчику газа,

4. изоляция пробы газа в области по меньшей мере одного датчика газа,

5. измерение поданной пробы газа при помощи по меньшей мере одного датчика газа,

6. снятие изоляции пробы газа.

В предпочтительных вариантах осуществления вышеуказанные этапы способа происходят последовательно и непрерывно в цикле до окончания измерения.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению способа определение фазы дыхания происходит непрерывно и параллельно с остальными этапами способа.

Подача пробы газа по меньшей мере к одному датчику газа происходит в соответствующих изобретению вариантах осуществления способа до изоляции пробы газа при необходимости непрерывно и независимо от фазы дыхания, то есть этот этап может также происходить перед распознаванием по меньшей мере одной заданной фазы дыхания и при необходимости также перед (первоначальным) определением фазы дыхания.

Определение фазы дыхания происходит в предпочтительном варианте осуществления изобретения посредством непрерывной оценки зарегистрированных последовательно во времени измеренных значений по меньшей мере одного датчика устройства для определения фазы дыхания, причем по меньшей мере один датчик используется для измерения с высоким временным разрешением содержания CO₂, содержания O₂, влажности, температуры, давления и/или потока дыхательного газа, в частности выдыхаемого воздуха.

Определение фазы дыхания происходит в вариантах осуществления способа посредством измерений согласно принципу основного потока.

В других вариантах осуществления соответствующего изобретению способа определение фазы дыхания происходит посредством измерений согласно принципу побочного потока.

При этом соответствующая фаза дыхания распознается в вариантах осуществления способа за счет нахождения измеренных значений выше или ниже заданного порогового значения или нескольких заданных пороговых значений.

Для различных измеренных значений указаны далее в качестве примера пороговые значения для распознавания фазы дыхания.

Если для определения фазы дыхания используется датчик CO₂, то в варианте осуществления изобретения значение CO₂ ˃ 2,5 объемных процентов указывает на фазу экспирации. Это значение составляет во время экспирации обычно 5 объемных процентов. Если значение затем снова падает ниже 0,5 объемных процентов CO₂, распознается фаза инспирации.

В другом варианте осуществления изобретения пороговое значение содержания CO₂ в дыхательном воздухе установлено для определения фазы инспирации примерно в 0,8 CO₂max и тем самым примерно в 3,6 объемных процентов CO₂. Это создает условия для более быстрого обнаружения фазы инспирации, чем пороговое значение в 0,5 объемных процентов CO₂, однако в зависимости от фактически достигнутых во время вентиляции легких пациента содержаний CO₂ дыхательного воздуха это создает при определенных условиях проблемы с надежностью распознавания фазы дыхания.

Если для распознавания фазы дыхания используется датчик O₂, то при вентиляции легких пациента окружающим воздухом значение O₂ ˃ 20 объемных процентов указывает в варианте осуществления изобретения на фазу инспирации, а значение O₂ ˂ 19 объемных процентов на фазу экспирации.

Если для распознавания фазы дыхания используется датчик O₂, то при вентиляции легких пациента чистым кислородом значение O₂ ˃ 98 объемных процентов указывает в варианте осуществления изобретения на фазу инспирации, а значение O₂ ˂ 98 объемных процентов на фазу экспирации.

Если для распознавания фазы дыхания используется датчик потока в основном потоке, то значение потока ˃ 0,5 л/мин (в направлении пациента) указывает в варианте осуществления изобретения на фазу инспирации, а значение потока ˂ -0,5 л/мин (поступающего от пациента) на фазу экспирации.

Если для распознавания фазы дыхания используется датчик температуры газа в основном потоке, то значение температуры T ˃ 32°C указывает в варианте осуществления изобретения на фазу экспирации, а значение температуры T ˂ 28°C на фазу инспирации.

Если для распознавания фазы дыхания используется датчик влажности для измерения относительной влажности (rH), то значение rH ˃ 90% указывает в варианте осуществления изобретения на фазу экспирации, так как выдыхается влажный газ, а значение rH ˂ 85% на фазу инспирации.

В других вариантах осуществления изобретения распознавание фазы дыхания осуществляется посредством сравнения с ранее зарегистрированными измеренными значениями по меньшей мере одного дыхательного цикла, предпочтительно нескольких дыхательных циклов.

В вариантах осуществления изобретения распознавание фазы дыхания осуществляется при помощи динамически адаптируемых пороговых значений, причем адаптация пороговых значений происходит на основе по меньшей мере одного зарегистрированного параметра.

Также использование алгоритмов, например, нечеткой логики, возможно в соответствующих изобретению вариантах осуществления для распознавания фазы дыхания. Другие варианты осуществления используют для распознавания фазы дыхания первую или вторую производную рассмотренных в каждом случае сигналов измеренных значений.

В любом случае изоляция пробы газа в области по меньшей мере одного датчика газа осуществляется в зависимости от фазы дыхания только в том случае, если была распознана определенная фаза дыхания (например, конечно-экспираторная область).

Распознавание конечно-экспираторной области происходит в предпочтительных вариантах осуществления за счет использования задержки после обнаружения конца фазы экспирации или начала фазы инспирации. Конечно-экспираторная область - это область примерно от 200 мс до 50 мс перед концом фазы экспирации, так что за счет соответствующего управления управляемым клапаном и/или насосным устройством дыхательный газ из конечно-экспираторной области на фазе экспирации изолируется в области датчика газа.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения газ пробы из последних 30% фазы экспирации направляется для изоляции в область датчика газа.

Снятие изоляции пробы газа в области по меньшей мере одного датчика газа происходит, как только измерение содержания интересующего газа в пробе газа завершено, и/или как только прошло заданное время, и/или как только это предписывает внешний сигнал.

В варианте осуществления соответствующего изобретению способа изоляция пробы газа в области по меньшей мере одного датчика газа осуществляется посредством закрытия по меньшей мере одного хода управляемого клапана и/или посредством выключения насосного устройства. Снятие изоляции пробы газа в области по меньшей мере одного датчика газа осуществляется в этом варианте осуществления посредством открытия по меньшей мере одного хода управляемого клапана и/или посредством включения насосного устройства.

Подача анализируемого дыхательного газа в область датчика газа происходит в вариантах осуществления изобретения, исключая фазу изоляции, непрерывно или целенаправленно непосредственно перед фазой изоляции, так что обеспечено, что во время фазы изоляции в области по меньшей мере одного датчика газа имеется дыхательный газ из интересующей фазы дыхания.

Имеющийся при определенных условиях в системе каналов мертвый объем должен учитываться при целенаправленной подаче дыхательного газа непосредственно перед фазой изоляции и в таких вариантах осуществления способа отводится соответственно перед фазой изоляции из области по меньшей мере одного датчика газа. Это реализуется, например, за счет ожидания заданного времени (задержки) после распознавания соответствующей фазы дыхания, которое должно выбираться в зависимости от скорости потока газа пробы или мощности насосного устройства и объема канала, проводящего газ пробы, и геометрии измерительного устройства.

В вариантах осуществления соответствующего изобретению способа обнаружение фазы дыхания и изоляция пробы газа имеют место не в каждом дыхательном цикле, а систематически, например, в каждом дыхательном цикле x (x ∈ Ν, x ≠ 1).

При этом в предпочтительных вариантах осуществления способа изолированная в каждом случае проба газа измеряется, и образуется скользящее среднее по измеренным значениям отдельных зарегистрированных дыхательных движений.

В предпочтительных вариантах осуществления соответствующий изобретению способ выполнен для определения содержания конечно-экспираторного O₂ (значения etO₂) в дыхательном воздухе.

При помощи соответствующего изобретению устройства для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе, а также соответствующего изобретению способа измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе и соответствующего изобретению устройства для вентиляции легких созданы таким образом благодаря комбинации быстрого датчика фазы дыхания с управляемым в зависимости от обнаруженной фазы дыхания клапаном условия для использования более медленного датчика газа для измерения содержания определенного газа в дыхательном воздухе во время определенного промежутка времени в дыхательном цикле, так что создаются условия для использования более экономичных и/или меньших и/или более точных датчиков газа.

На описанном ниже чертеже изображены примерные варианты осуществления изобретения. На чертеже показаны:

фиг. 1 - схематичная блок-схема соответствующего изобретению устройства для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе;

фиг. 2 - дальнейшая схематичная блок-схема варианта осуществления соответствующего изобретению устройства для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе с дальнейшими подробностями;

фиг. 3 - вид в перспективе в разобранном виде части устройства для вентиляции легких с устройством для взятия пробы газа из потока дыхательного воздуха;

фиг. 4 - схематичная блок-схема варианта осуществления соответствующего изобретению способа измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе; и

фиг. 5 - диаграмма для иллюстрирования хода различных измеряемых величин в течение дыхательного цикла.

На фиг. 1 изображена схематичная блок-схема соответствующего изобретению варианта осуществления устройства 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе в области показанного частично устройства 20 для вентиляции легких.

Устройство 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе пневматически соединено при помощи присоединительного устройства 2 с потоком дыхательного воздуха устройства 20 для вентиляции легких.

Присоединительное устройство 2 выполнено в изображенном варианте осуществления при этом в виде части линии 22 дыхательного воздуха и расположено между клапаном 21 пациента и маской 23 устройства 20 для вентиляции легких, так что на фазе инспирации направленный к маске 23 или к пациенту дыхательный воздух так же, как и направленный на фазе экспирации от маски 23 или от пациента к клапану 21 пациента дыхательный воздух протекает через присоединительное устройство 2.

Дыхательный воздух, направленный устройством 20 для вентиляции легких через линию 22 дыхательного воздуха для вентиляции легких пациента, обозначен на изображении как O₂ и включает в себя как использование окружающего воздуха для вентиляции легких, так и использование обогащенного кислородом воздуха.

Устройство 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе имеет далее устройство 3 для определения фазы дыхания, которое соединено с присоединительным устройством 2. При этом и системы, которые реализуют измерение согласно способу основного потока, и системы, которые реализуют измерение в способе побочного потока, являются соответствующими изобретению вариантами изобретения.

Далее показанный вариант осуществления устройства 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе имеет устройство 4 управления, насосное устройство 5 и управляемый клапан 6, датчик 7 газа и выпуск 8.

При помощи насосного устройства 5 может откачиваться в области присоединительного устройства 2 проба газа из потока дыхательного воздуха.

При помощи устройства 4 управления может в зависимости от фазы дыхания, определенной устройством 3 для определения фазы дыхания, управляться по меньшей мере управляемый клапан 6, так что поданная насосным устройством 5 проба газа может направляться через открытый ход клапана к датчику 7 газа или непосредственно к выпуску 8. Пунктирные стрелки показывают опциональные конфигурации соответствующего изобретению устройства 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе, которые будут разъясняться ниже.

В первой соответствующей изобретению модификации показанного на фиг. 1 варианта осуществления устройства 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе насосное устройство 5 соединено с устройством 3 для определения фазы дыхания и присоединительным устройством 2 таким образом, что поданные насосным устройством 5 пробы газа всегда также протекают через устройство 3 для определения фазы дыхания.

При этом насосное устройство 5 расположено в направлении потока проб газа либо до (направление потока вдоль стрелок B, D, F), либо после (направление потока вдоль стрелок A, C, E) устройства 3 для определения фазы дыхания.

Также расположение насосного устройства 5 между управляемым клапаном 6 и датчиком 7 газа или между датчиком 7 газа и выпуском 8 возможно в соответствующих изобретению модификациях.

В соответствующем изобретению варианте осуществления также насосное устройство 5 может управляться устройством 4 управления в зависимости от фазы дыхания.

В дальнейшем соответствующем изобретению варианте осуществления устройство 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе не имеет управляемого клапана 6, а имеет лишь по меньшей мере одно управляемое устройством 4 управления в зависимости от фазы дыхания насосное устройство 5, при помощи которого проба газа может в зависимости от фазы дыхания направляться в область датчика 7 газа и изолироваться в области датчика 7 газа.

Фиг. 2 показывает блок-схему дальнейшего соответствующего изобретению варианта осуществления устройства 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе и соответственно соответствующего изобретению устройства 20 для вентиляции легких.

Устройство 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе по меньшей мере частично интегрировано в корпус устройства 20 для вентиляции легких.

В области клапана 21 пациента присоединительное устройство 2 (не изображено) расположено и соединено линией 10 забора с выполненным в виде датчика CO₂ датчиком 9 фазы дыхания с высоким временным разрешением устройства 3 для определения фазы дыхания. За датчиком 9 фазы дыхания расположено насосное устройство 5, так что пробы дыхательного газа всегда проводятся через датчик 9 фазы дыхания. За насосным устройством 5 расположен управляемый клапан 6, который выполнен в виде многоходового клапана и в показанном варианте осуществления имеет два входа и три выхода. С первым входом соединено насосное устройство 5, так что при помощи него проба газа может подаваться через первый вход в управляемый клапан 6. Со вторым входом соединено ответвление 11 линии 22 дыхательного воздуха, которое расположено в направлении потока дыхательного воздуха к пациенту перед клапаном 21 пациента, так что оно проводит всегда только используемый для вентиляции легких дыхательный воздух и не выдыхаемый воздух. Первый выход управляемого клапана 6 является тупиком (плотно закрыт), ко второму выходу присоединен датчик 7 газа, и к третьему выходу примыкает выпуск 8.

При помощи устройства 4 управления управляемый клапан 6 может переключаться в зависимости от фазы дыхания таким образом, что последовательно пробы газа из области присоединительного устройства 2 и из ответвления 11 линии 22 дыхательного воздуха могут направляться к датчику 7 газа или непосредственно к выпуску 8.

Датчик 7 газа выполнен в изображенном варианте осуществления изобретения в виде датчика O₂, так что в зависимости от состояния управляемого клапана 6 может измеряться содержание O₂ поданного к пациенту дыхательного воздуха или содержание O₂ выдыхаемого воздуха пациента.

Устройство 20 для вентиляции легких имеет далее источник 24 дыхательного воздуха, который при необходимости имеет источник кислорода для обогащения дыхательного воздуха кислородом, и нагнетатель или клапан 25, при помощи которого дыхательный воздух может активно подаваться (нагнетателем), или поток дыхательного воздуха может регулироваться (клапаном).

Далее устройство 20 для вентиляции легких имеет маску 23, которая для вентиляции легких пациента может надеваться на лицо пациента.

На фиг. 3, которая служит в том числе для наглядного отображения положения присоединительного устройства 2 в системе, изображен вид в перспективе в разобранном виде части соответствующего изобретению устройства 20 для вентиляции легких в области клапана 21 пациента.

Клапан 21 пациента соединен со шлангом дыхательного воздуха линии 22 дыхательного воздуха. Клапан 21 пациента имеет обратный клапан, управляющую линию и шланг измерения давления.

К клапану 21 пациента примыкает в направлении маски 23 датчик 27 потока, который соединительной линией 28 соединен с блоком управления или блоком оценки (не изображены) устройства 20 для вентиляции легких.

К датчику 27 потока примыкает присоединительное устройство 2, которое соединено с линией 10 забора. По линии 10 забора пробы дыхательного газа могут направляться из области присоединительного устройства 2 к не изображенному здесь устройству 1 для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе.

Присоединительное устройство 2 соединено соединительным патрубком с изгибов в 90° с маской 23 или расположенной на маске 23 клавишей 26, причем клавиша 26 может использоваться для запуска дыхательных движений устройства 20 для вентиляции легких. Альтернативно клавише 26 соответствующие изобретению варианты осуществления могут также иметь пульт дистанционного управления, при помощи которого можно управлять соответствующей функцией.

Изображенная конфигурация шланговой системы для пациента выполнена в виде одношланговой системы. В отличие от этого изобретение может также использоваться в двухшланговых системах, в случае которых дыхательный газ сначала подается от пациента к аппарату вентиляции легких и там выпускается через выдыхательный клапан.

Фиг. 4 показывает ход выполнения соответствующего изобретению варианта осуществления способа измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе.

При этом на основе газа пробы, взятого из дыхательного воздуха пациента, устройством 3 для определения фазы дыхания распознается фаза дыхания. В данном примере осуществления при этом определяется содержание CO₂ газа пробы датчиком 9 фазы дыхания, выполненным в виде датчика CO₂, и при помощи пороговых значений определяется, какая фаза дыхания имеется в текущий момент. Первое пороговое значение, которое служит для обнаружения фазы экспирации, составляет в этом варианте осуществления способа 3 объемных процента содержания CO₂, которые должны превышаться.

Затем выдерживается заданный промежуток времени (задержка), прежде чем управляемый клапан 6 переключается. Вместе с переключением управляемого клапана 6 газ пробы дыхательного газа проступает в датчик 7 газа, который выполнен в этом варианте осуществления в виде датчика O₂.

После этого датчиком 7 газа измеряется содержание O₂ пробы дыхательного газа. Распознавание фазы дыхания продолжается в это время непрерывно, причем обнаружение фазы инспирации имеет место, если содержание CO₂ находится ниже второго порогового значения, которое составляет в этом варианте осуществления способа 0,5 объемных процентов содержания CO₂, ниже которых должно находиться содержание CO₂.

Если обнаруживается фаза инспирации, выжидается заданное время (задержка), и затем управляемый клапан 6 переключается, так что газ пробы дыхательного газа не протекает через датчик 7 газа и соответственно протекает мимо датчика 7 газа.

Вышеуказанная фаза инспирации является при этом временем, в течение которого новый газ пробы не поступает к датчику 7 газа, то есть временем между переключением управляемого клапана 6 после обнаружения фазы инспирации и переключением управляемого клапана 6 после обнаружения следующей за ней фазы экспирации.

На фиг. 5 изображен на двух соединенных диаграммах ход потока дыхательного воздуха и содержание CO₂, а также O₂ дыхательного воздуха в течение дыхательного цикла. Абсциссой (горизонтальной осью) является при этом ось времени, а ординатой (вертикальной осью) объемный поток [л/с] и соответственно содержание газа [объемные проценты].

Дыхательный цикл разделен при этом на фазы: фазу I инспирации и фазу II экспирации, причем последний участок фазы II экспирации задан как конечно-экспираторная область III.

Во время фазы инспирации объемный поток дыхательного газа сначала резко увеличивается и затем снова медленно уменьшается. Содержание O₂ пробы дыхательного газа увеличивается во время вытеснения выдыхаемого воздуха из датчика газа с конечного значения предыдущей фазы II экспирации примерно в 16 объемных процентов до содержания O₂ источника дыхательного воздуха устройства для вентиляции легких, в данном случае 20,9 объемных процентов. Параллельно с этим содержание CO₂ пробы дыхательного газа уменьшается с конечного значения предыдущей фазы II экспирации примерно в 4,5 объемных процентов почти до 0 объемных процентов.

Во время фазы II экспирации объемный поток в противоположном направлении сначала резко увеличивается и затем снова медленно уменьшается. Содержание O₂ пробы дыхательного газа уменьшается во время вытеснения направленного для вентиляции легких к пациенту дыхательного воздуха из датчика газа с конечного значения предыдущей фазы I инспирации примерно в 20,9 объемных процентов до содержания O₂ выдыхаемого воздуха пациента, в данном случае 16 объемных процентов. Параллельно с этим содержание CO₂ пробы дыхательного газа увеличивается с конечного значения предыдущей фазы I инспирации почти 0 объемных процентов примерно до 4,5 объемных процентов.

В конечно-экспираторной области III значения объемного потока, а также содержания O₂ и CO₂ претерпевают всего лишь очень незначительные изменения, так что можно исходить почти из постоянных значений этих измеряемых величин в конечно-экспираторной области. В отношении содержания O₂ и CO₂ говорится при этом об уже упомянутых выше плато концентрации.

Claims (22)

1. Устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе, имеющее по меньшей мере одно устройство для определения текущей фазы дыхания в дыхательном цикле, соединенное с присоединительным устройством, которое соединено с линией забора для подачи пробы выдыхаемого воздуха к датчику фазы дыхания, клапан пациента, соединенный со шлангом дыхательного воздуха линии дыхательного воздуха, по меньшей мере один управляемый клапан, к выходам которого подсоединены датчик газа и выпуск газа, и/или насосное устройство для подачи пробы газа на вход управляемого клапана и откачки пробы газа из потока дыхательного воздуха в область присоединительного устройства, по меньшей мере один блок управления, с помощью которого управляемый клапан и/или насосное устройство может управляться в зависимости от обнаруженной фазы дыхания при пропускании пробы поступающего в зависимости от фазы дыхания к пациенту или от пациента дыхательного воздуха через датчик газа или изоляции пробы в области датчика газа, с определением содержание газа в выдыхаемом воздухе на заданном отрезке дыхательного цикла.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик газа выполнен в виде медленного датчика для определения содержания газа в пробе дыхательного газа.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что устройство для определения фазы дыхания имеет по меньшей мере один датчик фазы дыхания, который выполнен в виде быстрого датчика.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что устройство для определения фазы дыхания выполнено для измерения в основном потоке.

5. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что устройство для определения фазы дыхания выполнено для измерения в побочном потоке.

6. Устройство по любому из пп. 3-5, отличающееся тем, что по меньшей мере один датчик фазы дыхания выполнен в виде датчика CO₂, датчика температуры, датчика влажности, датчика потока или датчика давления.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что датчик газа выполнен в виде датчика O₂.

8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что управляемый клапан выполнен в виде многоходового клапана, имеющего по меньшей мере один вход и по меньшей мере два выхода.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что управляемый клапан выполнен в виде многоходового клапана, имеющего по меньшей мере два входа и по меньшей мере два выхода, так что в зависимости от фазы дыхания пробы дыхательного газа могут проводиться из различных точек системы через датчик газа или изолироваться в области датчика газа.

10. Устройство для вентиляции легких, имеющее по меньшей мере одно устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе по любому из пп. 1-9.

11. Способ измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе, включающий в себя по меньшей мере следующие этапы способа:

a. определение фазы дыхания,

b. распознавание, имеется ли заданная фаза дыхания в дыхательном цикле,

c. подача пробы газа по меньшей мере к одному датчику газа,

d. изоляция пробы газа в области по меньшей мере одного датчика газа,

e. измерение поданной пробы газа при помощи по меньшей мере одного датчика газа,

f. снятие изоляции пробы газа,

при этом используют устройство для измерения содержания по меньшей мере одного газа в выдыхаемом воздухе по любому из пп. 1-9.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что определение фазы дыхания и распознавание, имеется ли заданная фаза дыхания, осуществляют непрерывно и параллельно с остальными этапами способа.

13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что распознавание заданной фазы дыхания (фаз дыхания) осуществляют на основе заданных пороговых значений для зарегистрированных для определения фазы дыхания измеренных значений, причем измеренные значения должны в каждом случае находиться выше или ниже пороговых значений.

14. Способ по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что определение фазы дыхания осуществляют при помощи имеющего по меньшей мере один датчик фазы дыхания устройства для определения фазы дыхания, причем при помощи по меньшей мере одного датчика фазы дыхания измеряют содержание CO₂, влажность, температуру, поток и/или давление поступающего к пациенту или от пациента дыхательного воздуха.

15. Способ по любому из пп. 11-14, отличающийся тем, что при помощи датчика газа измеряют конечно-экспираторное содержание кислорода в выдыхаемом воздухе пациента.