WO2014166697A2 - Vorrichtung zur kombinierten atemgasanalyse und lungenfunktionsprüfung - Google Patents

Vorrichtung zur kombinierten atemgasanalyse und lungenfunktionsprüfung Download PDF

Info

Publication number
WO2014166697A2
WO2014166697A2 PCT/EP2014/055126 EP2014055126W WO2014166697A2 WO 2014166697 A2 WO2014166697 A2 WO 2014166697A2 EP 2014055126 W EP2014055126 W EP 2014055126W WO 2014166697 A2 WO2014166697 A2 WO 2014166697A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
valve
combined
path
outlet port
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/055126
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2014166697A3 (de
Inventor
Ronny Leonhardt
Robert Giezendanner-Thoben
Cristian-Aurelian Coclici
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to EP14710275.0A priority Critical patent/EP2983587B1/de
Priority to ES14710275.0T priority patent/ES2655037T3/es
Priority to US14/782,817 priority patent/US10405778B2/en
Priority to CN201480019671.0A priority patent/CN105050501B/zh
Publication of WO2014166697A2 publication Critical patent/WO2014166697A2/de
Publication of WO2014166697A3 publication Critical patent/WO2014166697A3/de

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/097—Devices for facilitating collection of breath or for directing breath into or through measuring devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/082—Evaluation by breath analysis, e.g. determination of the chemical composition of exhaled breath
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/087—Measuring breath flow
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/087—Measuring breath flow
    • A61B5/09—Measuring breath flow using an element rotated by the flow
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/091—Measuring volume of inspired or expired gases, e.g. to determine lung capacity
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M39/00—Tubes, tube connectors, tube couplings, valves, access sites or the like, specially adapted for medical use
    • A61M39/22—Valves or arrangement of valves
    • A61M39/223—Multiway valves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/497—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath

Definitions

  • the present invention relates to a device for combined
  • Respiratory gas analysis and pulmonary function test according to the preamble of claim 1, a method for combined respiratory gas analysis and
  • Multi-way valve for use in such a device.
  • spirometers are used to assess lung function.
  • WO 2004/023997 discloses respiratory gas analysis devices for determining the NO concentration in the respiratory air. Due to resulting from the applied medical analysis methods
  • the subject matter of the present invention is a device for combined respiratory gas analysis and pulmonary function testing, comprising:
  • a gas amount measuring device for determining a flow rate of the respiratory gas
  • a gas analyzer for analyzing the respiratory gas
  • a multi-way valve which can be brought at least between a first valve path combination and a second valve path combination.
  • an opening of the device which serves in at least a first operating state as an inlet port for a gas and in at least a second operating state as an outlet port for the gas.
  • a first gas path can be established between the first combined intake / exhaust port, the gas amount meter, and the second combined intake / exhaust port, and
  • both a pulmonary function test can be carried out as well as individual ones
  • Respiratory gas concentrations are determined.
  • a multi-way valve with a suitable design can be switched between two gas paths, which can be combined spirometry and gas analysis measurements.
  • parameters of the pulmonary function test as well as to determine parameters of the gas analysis within a measuring cycle and, by means of a coupled evaluation, to provide the systematic
  • the gas quantity measuring device comprises a gas energy machine which can be used both as a working machine and as an engine.
  • a gas energy machine is to be understood in particular as meaning a turbomachine in which energy is transferred between the gas and the turbomachine in an open gas space takes place. If the gas engine as
  • the gas energy machine may advantageously comprise at least one arranged on a central shaft impeller, which in an operation of the
  • Gas energy machine can be used as a working machine as a fan and in an operation of the gas energy engine as an engine as a measuring turbine (gas flow sensor).
  • Composition of the breathing gas has. This can greatly expand gas analysis capabilities or simplify gas analysis execution.
  • the device has a gas volume flow sensor, a determination of a gas quantity flowing through the device per unit time can be achieved in a structurally particularly simple manner.
  • the movement between the first valve path combination and the second valve path combination can be carried out as a function of a predetermined time duration or a predetermined amount of gas flowed through. This makes it possible to individually carry out a combined respiratory gas analysis and lung function test
  • Another object of the present invention is a multi-way valve for use in a device for combined respiratory gas analysis and
  • first valve path combination and the second valve path combination have a common gas inlet region and a common gas outlet region.
  • a number of necessary multi-way valves of the device can be reduced.
  • the multiway valve has a
  • Control device which comprises exactly one camshaft, wherein the
  • Valve path combination by a reversible rotation of the camshaft is executable.
  • the movement can take place by a direct or indirect action of at least two cams of the camshaft on the first or second gas path. Due to the restriction to exactly one camshaft, the multi-way valve requires only one drive and can therefore be made particularly compact and partially saving.
  • bistable and currentless functional positions of the multiway valve can be achieved.
  • control device comprise at least a first elastic membrane and a second elastic membrane, which are arranged between the camshaft and one of the at least two valve path combinations and intended to cooperate with at least one cam of the camshaft to prevent the movement between the first Valve path combination and the second valve path combination to achieve.
  • This allows the movement between the first valve path combination and the second valve path combination can be achieved in a structurally particularly simple and contamination-free manner.
  • an "elastic membrane” is to be understood as meaning, in particular, a substantially gas-impermeable body designed as a thin film, which essentially consists of a resilient material.
  • the resilient material may be formed of an elastomer or a resilient metal.
  • Another aspect of the invention is the provision of a method for combined respiratory gas analysis and pulmonary function testing by means of a
  • the method comprises the following steps:
  • Pulmonary function testing and a determination of parameters of the gas analysis within a measurement cycle allows and coupled analysis, the systematic accuracy of the method can be increased compared to single measurements.
  • the method may include a multiple execution of steps 1 to 5 before performing step 6.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device according to the invention for combined respiratory gas analysis and pulmonary function test in one
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the device according to FIG. 1 in an operating state of a pulmonary function test phase
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the device according to FIG. 1 in a third operating state of a respiratory gas analysis phase
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the device according to FIG. 1 in a fourth operating state of a flushing phase
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of an inventive
  • Valve path combination, 6 shows the multi-way valve according to FIG. 5 in the same view in a state of a second valve path combination, FIG.
  • FIGS. 5 and 6 show a schematic representation of the pneumatic connections of the multiway valve according to FIGS. 5 and 6,
  • FIG. 8 shows a first embodiment of a cam unit of a camshaft of the
  • FIG. 9 shows a second embodiment of a cam unit of the camshaft of the multiway valve according to FIGS. 5 and 6, and FIG.
  • FIG. 10 shows an alternative embodiment of a multiway valve in a schematized, perspective view.
  • Fig. 1 shows an inventive device for combined
  • the apparatus includes a first combined inlet / outlet port 58 and a second combined inlet / outlet port 60.
  • the first combined inlet / outlet port 58 is formed as a mouthpiece and is intended to be applied by a subject with the outer end facing the mouth to allow easy inhalation through the device and a slight exhalation into the device.
  • the second combined inlet / outlet port 60 is formed as an outer opening facing access port of two access ports of an activated carbon filter 62.
  • the apparatus comprises a gas treatment device 64 for changing the chemical composition of the respiratory gas, in which nitrogen monoxide NO is converted from the respiratory gas to nitrogen dioxide NO 2 .
  • the gas treatment device 64 is pneumatically connected to an end of the mouthpiece facing away from the outer space.
  • the device has a first gas quantity measuring device 66 for determining a flow rate of the respiratory gas, which has a Fan 68 formed gas energy engine comprises.
  • the fan 68 can be used as an engine to a lot of the device
  • the fan 68 is also used as a work machine to facilitate breathing in subjects with impaired breathing. Here, an effective flow resistance is to be reduced in the measuring device.
  • the device may comprise a second gas mass measuring device 70 designed as a gas mass flow sensor for the pneumatic connection between the mouthpiece and the gas conditioning device 64.
  • the device includes a gas analyzer 72 for analyzing the respiratory gas.
  • the gas analyzer 72 includes a
  • the device comprises a multi-way valve 10.
  • the multi-way valve 10 has four pneumatic ports P1, P2, P3, P4.
  • a first pneumatic port P1 and a fourth pneumatic port P4 of the multi-way valve 10 are each provided with one end of the measuring chamber 74
  • Multi-way valve 10 is pneumatically connected to a mouthpiece remote from the end of the gas treatment device 64.
  • pneumatic port P3 of the multiway valve 10 is connected to a
  • the multi-way valve 10 can be switched reversibly between a first valve path combination A and a second valve path combination B. 1, the multi-way valve 10 is shown in the first valve path combination A, bypassing the gas analyzer 72, a first gas path between the first combined inlet / outlet port 58, the first gas amount measuring device 66, and the second combined inlet / outlet port 60 is made. In this arrangement, the device is in an operating state of
  • Inhalation / ventilation phase prepared a path of gas flow is in progress from the outside space through the activated carbon filter 62, the first gas amount measuring device 66, the multi-way valve 10, the gas processing device 64 and the second gas amount measuring device 70 via the mouthpiece into the lungs of the subject.
  • the fan 68 can be used to assist ventilation by reducing the effective flow resistance of the device as
  • the measuring chamber 74 is located pneumatically outside the first gas path.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the device according to FIG. 1 in an operating state of a pulmonary function test phase.
  • Multi-way valve 10 is still located in the first valve path combination A, with which the first gas path is established.
  • Exhalation for pulmonary function testing is accomplished by passing breathing gas from the subject's lungs through the mouthpiece, through the second
  • inhalation in the operating state of an inhalation / ventilation phase is similar to that in the pulmonary function test.
  • Exhalation for breathing gas analysis is performed in the first phase by flowing breathing gas from the subject's lung through the mouthpiece, through the second gas amount measuring device 70, the gas conditioning device 64, the first gas amount measuring device 66 and the activated carbon filter 62 along the first gas path of the first combined inlet / outlet port 58 toward the second combined inlet / outlet port 60.
  • a transfer of the multi-way valve 10 from the first valve path combination A takes place by activation second valve path combination B, with which a second gas path between the first combined inlet / outlet port 58, the second gas amount measuring device 70, the gas conditioning device 64, the
  • Gas analyzer 72, the first gas amount measuring device 66, the activated carbon filter 62 and the second combined inlet / outlet port 60 is made. The shipment of the multi-way valve 10 in the second
  • Valve path combination B is optionally a function of a predeterminable time duration or a predeterminable flow-through
  • the device is prepared for carrying out a respiratory gas analysis phase.
  • the respiratory gas flowing through is passed along the second gas path from the first combined inlet / outlet opening 58 through the gas analysis device 72 in the direction of the second combined inlet / outlet opening 60.
  • the gas analyzer 72 is purged by passing air from the outside of the second combined inlet / outlet port 60 along the second gas path through the gas analyzer 72 in FIG Direction to the first combined inlet / outlet port 58, wherein the fan 68 as
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of the multi-way valve 10 of the device according to FIG. 1 in a state of the first
  • the multi-way valve 10 has a gas inlet portion 12 and a
  • the gas inlet region 12 is continued in the interior of the multi-way valve 10 in a first channel 16 and a second channel 18, which in the vicinity of the gas inlet region 12 separated from each other in a channel block 26 are arranged.
  • the gas outlet region 14 is also continued in the interior of the multiway valve 10 in a third channel 20 and a fourth channel 22, which run in the vicinity of the gas outlet 14 separated from each other in the channel block 26.
  • Valve path combination A and the second valve path combination B is a control device 24.
  • the control device 24 comprises a first elastic membrane 28, which serves as a cover of the two channels 16, 18 of the
  • Gas inlet 12 is used, and a second elastic membrane 30, which as
  • the first elastic membrane 28 and the second elastic membrane 30 are made in one piece, but in principle can also be used as separate membranes
  • the first elastic membrane 28 and the second elastic membrane 30 are covered on the side facing away from the channel block 26 by a cover block 32 which is provided with four perpendicular to the elastic membranes 28, 30, cylindrical guides 34 1 - 34 4 , respectively one of the guides 34 1 - 34 4 above one of the channels 16, 18, 20, 22 is arranged.
  • Each of the guides 34 1 - 34 4 has on an elastic membrane 28, 30 facing the end of an abutment 36 for supporting a designed as a helical spring 38 spring element.
  • the control device 24 comprises exactly one camshaft 40 with four at the
  • Camshaft 40 arranged cam units 44, 46.
  • the camshaft 40 is disposed above the cover block 32 and parallel to the two elastic membranes 28, 30.
  • Below the camshaft 40 four designed as a single pin plunger 52 1 - 52 4 are arranged (Fig. 6).
  • Each of the cylindrical ram 52 1 - 52 4 has a first, as a head element with a to the diameter of the
  • the plunger 52 1 - 52 4 are provided in the guides 34 1 - 34 4 of the Deckblocks 32 perform linear movements parallel to the respective direction of extent.
  • the second ends 56 of the plungers 52 1 - 52 4 are provided with a radius of curvature which is adapted to the cross-sectional shape of the channels 16, 18, 20, 22.
  • the plunger 52 1 - 52 4 are provided by means of one of the cams 48 1 - 48 4 , 50 1 - 50 4 of the camshaft 40 against the spring force of the
  • the second channel 18 and the third channel 20 are pneumatically connected to one another. Furthermore, the first channel 16 on a side facing away from the gas inlet region 12 with the one end of the measuring chamber 74 and the fourth channel 22 on a side facing away from the gas outlet 14 side pneumatically connected to the other end of the measuring chamber 74.
  • FIG. 7 in a schematic representation of the pneumatic connections of the channels 16, 18, 20, 22 and the arrangement of the plunger 52 1 , 52 4 reproduced within the multi-way valve 10.
  • the first valve path combination A shown in FIG. 5 is characterized in that the cams 48 1 - 48 4 , 50 1 - 50 4 of the camshaft 40 and their rotational position are designed so that the first channel 16 by means of first plunger 52 1 and the first diaphragm 28 and the fourth channel 22 are closed by means of the fourth plunger 52 4 and the second diaphragm 30 and the second channel 18 and the third channel 20 are opened.
  • the first valve path combination A shown in FIG. 5 is indicated by a dashed line in FIG.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of the multi-way valve 10 in a state of the second valve path combination B. A movement of the
  • Valve path combination B can be executed by a reversible rotation of the camshaft 40.
  • the second valve path combination B is characterized in that the cams 48 1 - 48 4 , 50 1 - 50 4 of the camshaft 40 and its rotational position are designed so that the second channel 18 by means of the second plunger 52 2 and the first diaphragm 28 and the third channel 20 are closed by means of the third plunger 52 3 and the second diaphragm 30 and the first channel 16 and the fourth channel 22 are opened.
  • the second valve path combination B shown in FIG. 6 is indicated by a dot-dash line in FIG. As can be seen from FIG. 7, the first valve path combination A and the second valve path combination B have the
  • Fig. 8 shows an embodiment of the cam unit 44 of the camshaft 40, wherein each one cam unit 44 for driving the second plunger 52 2 and the third plunger 52 3 is provided.
  • cams 48 1 -48 4 are in the
  • Cam unit 44 at a uniform angular distance of 90 ° with respect to
  • Camshaft 40 arranged so that a movement of the multi-way valve 10 from a valve path combination A, B, C, D to another
  • Valve path combination A, B, C, D by a reversible rotation of the camshaft 40 by 90 ° executable, with four different positions of the camshaft 40 corresponding to the four different valve path combinations A, B, C, D of
  • Multi-way valve 10 are possible.
  • the cams 48 1 -48 4 for controlling the second plunger 52 2 and the third plunger 52 3 may alternatively be made in one piece.
  • Fig. 9 shows an embodiment of the cam unit 46 of the camshaft 40, wherein each one cam unit 46 for driving the first plunger 52 1 and the fourth plunger 52 4 is provided. Again, four cams 50 1 -50 4 at a uniform angular distance of 90 ° with respect to the camshaft 40th
  • cam 48 2 , 48 4 , 50 1 , 50 4 are designed to the underlying plunger 52 1 - 52 4 against the spring force of
  • Coil spring 38 to force a linear movement in the direction of the elastic membrane 28, 30 and to close the under the elastic membrane 28, 30 lying channel 16, 18, 20, 22.
  • the first elastic arranged between the camshaft 40 and the valve path combinations A, B, C, D
  • Diaphragm 28 and second elastic diaphragm 30 are provided to cooperate with at least one of the cams 48 1 - 48 4 , 50 1 - 50 4 of the camshaft 40 to prevent movement of the multiway valve 10 between a first of the valve path combinations A, B, C, D and a second of the valve path combinations A, B, C, D reach.
  • the reversible rotation of the camshaft 40 can be done by hand. Alternatively, however, it can also be achieved by means of a stepping motor (not shown), where multi-stable and currentless valve path combinations A, B, C, D of the multi-way valve 10 can be achieved.
  • the possible positions of the plungers 52 1 - 52 4 can be designated for simplicity by specifying a binary number.
  • the binary number "0" is intended to denote a position of a plunger 52 1 - 52 4 , in which a channel 16, 18, 20, 22 arranged below the plunger 52 1 - 52 4 is closed.
  • the binary number "1" should be one open channel 16, 18, 20, 22 denote.
  • the first valve path combination A shown in FIG. 5 can accordingly be designated by the binary number "01.sub.10.”
  • Valve path combination B corresponds to the binary number "1001".
  • FIG. 10 shows an alternative embodiment of a multi-way valve 10 'in a schematized, perspective view. Unlike the first
  • cams 48 ', 50' are provided to act directly on a first elastic membrane 28 'and a second elastic membrane 30' so mechanically that one below the cam 48 ', 50' and one of the membranes 28 ', 30th 'arranged channel 16', 18 ', 20', 22 'of the multi-way valve 10' is closed gas-tight and can be opened again by a further reversible rotation of the camshaft 42.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Multiple-Way Valves (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung, unter anderem umfassend: eine Gasmengen-Messvorrichtung (66, 70), eine Gasanalysevorrichtung (72), und ein Mehrwegeventil (10), das zumindest zwischen einer ersten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) und einer zweiten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) verbringbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass mit der ersten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) des Mehrwegeventils (10) unter Umgehung der Gasanalysevorrichtung (72) ein erster Gaspfad zwischen der Gasmengen-Messvorrichtung (66, 70) und der zweiten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung (60) herstellbar ist, und mit der zweiten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) des Mehrwegeventils (10) ein zweiter Gaspfad zwischen der ersten kombinierten Einlass- /Auslassöffnung (58), der Gasanalysevorrichtung (72), der Gasmengen- Messvorrichtung (66, 70) und der zweiten kombinierten Einlass- /Auslassöffnung (60) herstellbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung mittels einer derartigen Vorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Mehrwegeventil (10) zur Verwendung in einer derartigen Vorrichtung, bei dem die erste Ventilpfadkombination (A, B, C, D) und die zweite Ventilpfadkombination (A, B, C, D) einen gemeinsamen Gaseinlassbereich (12) und einen gemeinsamen Gasauslassbereich (14) aufweisen.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur kombinierten Atemgasanalvse und Lungenfunktionsprüfung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kombinierten
Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ein Verfahren zur kombinierten Atemgasanalyse und
Lungenfunktionsprüfung mittels einer derartigen Vorrichtung sowie ein
Mehrwegeventil zur Verwendung in einer derartigen Vorrichtung.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Messvorrichtungen zur Unterstützung der Diagnose und Therapie von Lungenerkrankungen bekannt. In bekannter Weise werden Spirometer zur Bewertung der Lungenfunktion eingesetzt. Des Weiteren sind beispielsweise aus der WO 2004/023997 Atemgasanalyse-Geräte zur Bestimmung der NO-Konzentration in der Atemluft bekannt. Aufgrund von aus den angewandten medizinischen Analyseverfahren resultierenden
Verfahrensanforderungen werden üblicherweise nur monofunktionale
Spezialgeräte verwendet.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung, umfassend:
eine erste kombinierte Einlass-/Auslassöffnung,
eine zweite kombinierte Einlass-/Auslassöffnung,
eine Gasmengen-Messvorrichtung zur Bestimmung einer durchströmenden Menge des Atemgases,
eine Gasanalysevorrichtung zur Analyse des Atemgases, und ein Mehrwegeventil, das zumindest zwischen einer ersten Ventilpfadkombination und einer zweiten Ventilpfadkombination verbringbar ist.
Unter einer "kombinierten Einlass-/ Auslassöffnung" soll in diesem
Zusammenhang insbesondere eine Öffnung der Vorrichtung verstanden werden, die in zumindest einem ersten Betriebszustand als Einlassöffnung für ein Gas und in zumindest einem zweiten Betriebszustand als Auslassöffnung für das Gas dient.
Es wird vorgeschlagen, dass
mit der ersten Ventilpfadkombination des Mehrwegeventils unter
Umgehung der Gasanalysevorrichtung ein erster Gaspfad zwischen der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung, der Gasmengen- Messvorrichtung und der zweiten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung herstellbar ist, und
mit der zweiten Ventilpfadkombination des Mehrwegeventils ein zweiter Gaspfad zwischen der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung, der Gasanalysevorrichtung, der Gasmengen-Messvorrichtung und der zweiten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung herstellbar ist.
Mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung können sowohl eine Lungenfunktionsprüfung durchgeführt als auch einzelne
Atemgaskonzentrationen ermittelt werden. Mit einem Mehrwegeventil mit einer geeigneten Ausgestaltung kann zwischen zwei Gaspfaden geschaltet werden, wodurch sich Spirometrie und Gasanalysemessungen vereinen lassen. Dadurch kann eine Ermittlung von Parametern der Lungenfunktionsprüfung sowie eine Ermittlung von Parametern der Gasanalyse innerhalb eines Messzyklus ermöglicht und durch eine gekoppelte Auswertung die systematische
Genauigkeit der Verfahren im Vergleich zu Einzelmessungen erhöht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Gasmengen-Messvorrichtung eine Gasenergiemaschine umfasst, die sowohl als Arbeitsmaschine als auch als Kraftmaschine einsetzbar ist. Unter einer„Gasenergiemaschine" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Strömungsmaschine verstanden werden, bei der eine Energieübertragung zwischen dem Gas und der Strömungsmaschine in einem offenen Gasraum stattfindet. Wenn die Gasenergiemaschine als
Arbeitsmaschine eingesetzt ist, wird Energie von der Strömungsmaschine an das Gas übertragen. Wenn die Gasenergiemaschine als Kraftmaschine eingesetzt ist, wird Energie aus dem Gas in die Strömungsmaschine übertragen. Die dabei gewonnene Energie wird nur für die Rotation der Strömungsmaschine genutzt. Die Rotationsgeschwindigkeit gibt wiederum Information über den Volumenfluss, der durch die Gasenergiemaschine gedrückt wird.
Die Gasenergiemaschine kann dadurch sowohl zur Bestimmung einer durchströmenden Gasmenge als auch zu einer Unterstützung einer Beatmung eines zu untersuchenden Patienten mittels Reduktion eines effektiven
Strömungswiderstands in der Messvorrichtung dienen.
Die Gasenergiemaschine kann vorteilhaft zumindest ein auf einer zentralen Welle angeordnetes Flügelrad umfassen, das in einem Betrieb der
Gasenergiemaschine als Arbeitsmaschine als Ventilator und in einem Betrieb der Gasenergiemaschine als Kraftmaschine als Mess-Turbine (Gas- Volumenstromsensor) einsetzbar ist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine
Gasaufbereitungsvorrichtung zur Veränderung der chemischen
Zusammensetzung des Atemgases aufweist. Dadurch können Möglichkeiten zur Gasanalyse erheblich erweitert oder die Ausführung der Gasanalyse vereinfacht werden.
Wenn die Vorrichtung einen Gas-Volumenstromsensor aufweist, kann eine Bestimmung einer pro Zeiteinheit durch die Vorrichtung strömenden Gasmenge auf eine konstruktiv besonders einfache Weise erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Verbringung zwischen der ersten Ventilpfadkombination und der zweiten Ventilpfadkombination in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Zeitdauer oder einer vorbestimmten durchströmten Gasmenge ausführbar ist. Dadurch kann eine Durchführung einer kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung individuell an
Patientenverhältnisse angepasst werden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Mehrwegeventil zur Verwendung in einer Vorrichtung zur kombinierten Atemgasanalyse und
Lungenfunktionsprüfung gemäß einer der zuvor offenbarten Aus- und
Weiterbildungen oder einer Kombination davon.
Bei geeigneter Ausgestaltung können Dichtheits- und Kontaminationsprobleme vermieden oder zumindest verringert werden.
Es wird vorgeschlagen, dass die erste Ventilpfadkombination und die zweite Ventilpfadkombination einen gemeinsamen Gaseinlassbereich und einen gemeinsamen Gasauslassbereich aufweisen. Dadurch kann bei geeigneter Ausgestaltung eine Anzahl notwendiger Mehrwegeventile der Vorrichtung verringert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Mehrwegeventil eine
Steuereinrichtung auf, die genau eine Nockenwelle umfasst, wobei die
Verbringung zwischen der ersten Ventilpfadkombination und der zweiten
Ventilpfadkombination durch eine reversible Drehung der Nockenwelle ausführbar ist. Dabei kann die Verbringung durch eine direkte oder indirekte Wirkung von zumindest zwei Nocken der Nockenwelle auf den ersten oder zweiten Gaspfad erfolgen. Durch die Beschränkung auf genau eine Nockenwelle benötigt das Mehrwegeventil nur einen Antrieb und kann daher besonders kompakt und teilesparend ausgeführt werden.
Wenn die reversible Drehung der Nockenwelle mittels eines Schrittmotors erfolgt, können bistabile und stromlose Funktionsstellungen des Mehrwegeventils erzielt werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung zumindest eine erste elastische Membran und eine zweite elastische Membran umfasst, die zwischen der Nockenwelle und einer der zumindest zwei Ventilpfadkombinationen angeordnet und dazu vorgesehen sind, mit jeweils zumindest einer Nocke der Nockenwelle zusammenzuwirken, um die Verbringung zwischen der ersten Ventilpfadkombination und der zweiten Ventilpfadkombination zu erreichen. Dadurch kann die Verbringung zwischen der ersten Ventilpfadkombination und der zweiten Ventilpfadkombination auf eine konstruktiv besonders einfache und kontaminationsfreie Weise erreicht werden.
Unter einer "elastischen Membran" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein im Wesentlichen gasundurchlässiger, als dünne Folie ausgeführter Körper verstanden werden, der im Wesentlichen aus einem federelastischen Material besteht. Insbesondere kann das federelastische Material von einem Elastomer oder einem federelastischen Metall gebildet sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste elastische
Membran und die zweite elastische Membran einstückig ausgeführt. Dadurch kann die Konstruktion des Mehrwegeventils besonders einfach ausgeführt sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung mittels einer
Vorrichtung zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung gemäß einer der zuvor offenbarten Aus- und Weiterbildungen oder einer
Kombination davon.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
1 . Herstellen des ersten Gaspfads,
2. Einatmen durch Einströmen von Luft eines Außenraums durch die zweite kombinierte Einlass-/Auslassöffnung entlang des ersten Gaspfads in Richtung zur ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung,
3. Ausatmen zur Lungenfunktionsprüfung zum Durchströmen von Atemgas durch die Gasmengen-Messvorrichtung entlang des ersten Gaspfads von der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung in Richtung zur zweiten kombinierten Einlass/Auslassöffnung,
4. Herstellen des zweiten Gaspfads während der Durchführung des Schrittes 3,
5. Durchleiten des durchströmenden Atemgases entlang des zweiten Gaspfads durch die Gasanalysevorrichtung in Richtung zur zweiten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung, und
6. Spülen der Gasanalysevorrichtung durch Durchleiten von Luft des Außenraums von der zweiten kombinierten Einlass/Auslassöffnung entlang des zweiten Gaspfads durch die Gasanalysevorrichtung in Richtung zur ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung.
Durch das Verfahren kann eine Ermittlung von Parametern der
Lungenfunktionsprüfung sowie eine Ermittlung von Parametern der Gasanalyse innerhalb eines Messzyklus ermöglicht und durch eine gekoppelte Auswertung die systematische Genauigkeit der Verfahren im Vergleich zu Einzelmessungen erhöht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren eine mehrfache Ausführung der Schritte 1 bis 5 vor einer Durchführung des Schritts 6 beinhalten.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in
Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung in einem
Betriebszustand einer Einatmungs-/Beatmungsphase,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 in einem Betriebszustand einer Lungenfunktionsprüfungsphase,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 in einem dritten Betriebszustand einer Atemgasanalyse-Phase,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 in einem vierten Betriebszustand einer Spülungsphase,
Fig. 5 eine schematisierte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Mehrwegeventils der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 in einem Zustand einer ersten
Ventilpfadkombination, Fig. 6 das Mehrwegeventil gemäß der Fig. 5 in gleicher Ansicht in einem Zustand einer zweiten Ventilpfadkombination,
Fig. 7 eine schematisierte Darstellung der pneumatischen Verbindungen des Mehrwegeventils gemäß der Figuren 5 und 6,
Fig. 8 eine erste Ausführungsform einer Nockeneinheit einer Nockenwelle des
Mehrwegeventils gemäß der Figuren 5 und 6,
Fig. 9 eine zweite Ausführungsform einer Nockeneinheit der Nockenwelle des Mehrwegeventils gemäß der Figuren 5 und 6, und
Fig. 10 eine alternative Ausführungsform eines Mehrwegeventils in einer schematisierten, perspektivischen Ansicht.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur kombinierten
Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung in einer schematischen
Darstellung. Die Vorrichtung umfasst eine erste kombinierte Einlass- /Auslassöffnung 58 und eine zweite kombinierte Einlass-/Auslassöffnung 60.
Die erste kombinierte Einlass-/Auslassöffnung 58 ist als Mundstück ausgebildet und dazu vorgesehen, von einem Probanden mit dem Außenraum zugewandten Ende am Mund angesetzt zu werden, um ein leichtes Einatmen durch die Vorrichtung und ein leichtes Ausatmen in die Vorrichtung zu ermöglichen.
Die zweite kombinierte Einlass-/Auslassöffnung 60 ist als eine dem Außenraum zugewandte Zugangsöffnung von zwei Zugangsöffnungen eines Aktivkohlefilters 62 ausgebildet.
Ferner umfasst die Vorrichtung eine Gasaufbereitungsvorrichtung 64 zur Veränderung der chemischen Zusammensetzung des Atemgases, bei der Stickstoffmonoxid NO aus dem Atemgas zu Stickstoffdioxid N02 umgewandelt wird. Die Gasaufbereitungsvorrichtung 64 ist mit einem dem Außenraum abgewandten Ende des Mundstücks pneumatisch verbunden.
Weiterhin weist die Vorrichtung eine erste Gasmengen-Messvorrichtung 66 zur Bestimmung einer durchströmenden Menge des Atemgases auf, die eine als Lüfter 68 ausgebildete Gasenergiemaschine umfasst. Der Lüfter 68 ist als Kraftmaschine einsetzbar, um eine Menge eines die Vorrichtung
durchströmenden Gasstroms zu bestimmen. Der Lüfter 68 ist außerdem als Arbeitsmaschine einsetzbar, um bei Probanden mit erschwerter Atmung ein Einatmen zu erleichtern. Dabei soll hier ein effektiver Strömungswiderstand in der Messvorrichtung reduziert werden.
Für diesen Fall kann die Vorrichtung eine zweite, als Gas-Massenstromsensor ausgebildete Gasmengen-Messvorrichtung 70 zum pneumatischen Anschluss zwischen dem Mundstück und der Gasaufbereitungsvorrichtung 64 umfassen.
Des Weiteren beinhaltet die Vorrichtung eine Gasanalysevorrichtung 72 zur Analyse des Atemgases. Die Gasanalysevorrichtung 72 umfasst eine
Messkammer 74 mit einem darin angeordneten Atemanalyse-Sensor 76.
Als zentrale Komponente umfasst die Vorrichtung ein Mehrwegeventil 10. Das Mehrwegeventil 10 weist vier pneumatische Anschlüsse P1 , P2, P3, P4 auf. Ein erster pneumatischer Anschluss P1 und ein vierter pneumatischer Anschluss P4 des Mehrwegeventils 10 sind mit je einem Ende der Messkammer 74
pneumatisch verbunden. Ein zweiter pneumatischer Anschluss P2 des
Mehrwegeventils 10 ist mit einem dem Mundstück abgewandten Ende der Gasaufbereitungsvorrichtung 64 pneumatisch verbunden. Ein dritter
pneumatischer Anschluss P3 des Mehrwegeventils 10 ist mit einem dem
Aktivkohlefilter 62 abgewandten Ende der ersten Gasmengen-Messvorrichtung 66 pneumatisch verbunden.
Das Mehrwegeventil 10 ist zwischen einer ersten Ventilpfadkombination A und einer zweiten Ventilpfadkombination B reversibel verbringbar. In der Fig. 1 ist das Mehrwegeventil 10 in der ersten Ventilpfadkombination A dargestellt, mit der unter Umgehung der Gasanalysevorrichtung 72 ein erster Gaspfad zwischen der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung 58, der ersten Gasmengen- Messvorrichtung 66 und der zweiten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung 60 hergestellt ist. In dieser Anordnung ist die Vorrichtung auf einen Betriebszustand einer
Einatmungs-/Beatmungsphase vorbereitet: ein Weg der Gasströmung verläuft von dem Außenraum durch den Aktivkohlefilter 62, die erste Gasmengen- Messvorrichtung 66, das Mehrwegeventil 10, die Gasaufbereitungsvorrichtung 64 und die zweite Gasmengen-Messvorrichtung 70 über das Mundstück in die Lunge des Probanden. Der Lüfter 68 kann zur Unterstützung der Beatmung mittels Reduzierung des effektiven Strömungswiderstandes der Vorrichtung als
Arbeitsmaschine betrieben werden. Die Messkammer 74 befindet sich pneumatisch außerhalb des ersten Gaspfades.
Das Einatmen erfolgt in der Einatmungs-/Beatmungsphase durch Einströmen von Luft des Außenraums durch die zweite kombinierte Einlass-/Auslassöffnung
60 entlang des ersten Gaspfads in Richtung zur ersten kombinierten Einlass- /Auslassöffnung 58.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 in einem Betriebszustand einer Lungenfunktionsprüfungsphase. Das
Mehrwegeventil 10 befindet sich weiterhin in der ersten Ventilpfadkombination A, mit der der erste Gaspfad hergestellt ist.
Das Ausatmen zur Lungenfunktionsprüfung erfolgt durch Durchströmen von Atemgas aus der Lunge des Probanden durch das Mundstück, durch die zweite
Gasmengen-Messvorrichtung 70, die Gasaufbereitungsvorrichtung 64, die erste Gasmengen-Messvorrichtung 66 und den Aktivkohlefilter 62 entlang des ersten Gaspfads von der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung 58 in Richtung zur zweiten kombinierten Einlass/Auslassöffnung 60.
Bei einer Atemgasanalyse erfolgt die Einatmung im Betriebszustand einer Einatmungs-/Beatmungsphase ähnlich wie bei der Lungenfunktionsprüfung. Das Ausatmen zur Atemgasanalyse erfolgt in der ersten Phase durch Durchströmen von Atemgas aus der Lunge des Probanden durch das Mundstück, durch die zweite Gasmengen-Messvorrichtung 70, die Gasaufbereitungsvorrichtung 64, die erste Gasmengen-Messvorrichtung 66 und den Aktivkohlefilter 62 entlang des ersten Gaspfads von der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung 58 in Richtung zur zweiten kombinierten Einlass/Auslassöffnung 60.
In einer zweiten Phase der Atemgasanalyse erfolgt durch Ansteuerung eine Verbringung des Mehrwegeventils 10 von der ersten Ventilpfadkombination A zweiten Ventilpfadkombination B, mit der ein zweiter Gaspfad zwischen der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung 58, der zweiten Gasmengen- Messvorrichtung 70, der Gasaufbereitungsvorrichtung 64, der
Gasanalysevorrichtung 72, der ersten Gasmengen-Messvorrichtung 66, dem Aktivkohlefilter 62 und der zweiten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung 60 hergestellt ist. Die Verbringung des Mehrwegeventils 10 in die zweite
Ventilpfadkombination B ist dabei wahlweise in Abhängigkeit von einer vorbestimmbaren Zeitdauer oder einer vorbestimmbaren durchströmten
Gasmenge ausführbar.
In diesem Betriebszustand, der in der Fig. 3 dargestellt ist, ist die Vorrichtung für die Durchführung einer Atemgasanalyse-Phase vorbereitet. Dabei wird das durchströmende Atemgas entlang des zweiten Gaspfads von der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung 58 durch die Gasanalysevorrichtung 72 in Richtung zur zweiten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung 60 geleitet.
Nach Beendigung der Atemgasanalyse-Phase, die dem Probanden durch ein akustisches Signal eines nicht dargestellten Steuergerät angezeigt wird, erfolgt ein Spülen der Gasanalysevorrichtung 72 durch Durchleiten von Luft des Außenraums von der zweiten kombinierten Einlass/Auslassöffnung 60 entlang des zweiten Gaspfads durch die Gasanalysevorrichtung 72 in Richtung zur ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung 58, wobei der Lüfter 68 als
Arbeitsmaschine eingesetzt wird. In der Fig. 4 ist die Vorrichtung im
Betriebszustand der Spülungsphase in schematischer Weise dargestellt.
Anhand der Figuren 5 bis 10 sollen Aufbau und Funktion des Mehrwegeventils 10 als zentrale Komponente der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 erläutert werden.
Die Fig. 5 zeigt eine schematisierte Schnittansicht des Mehrwegeventils 10 der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 in einem Zustand der ersten
Ventilpfadkombination A.
Das Mehrwegeventil 10 weist einen Gaseinlassbereich 12 und einen
Gasauslassbereich 14 auf. Der Gaseinlassbereich 12 wird im Innenraum des Mehrwegeventils 10 in einem ersten Kanal 16 und einem zweiten Kanal 18 fortgeführt, die in der Nähe des Gaseinlassbereichs 12 voneinander getrennt in einem Kanalblock 26 angeordnet sind. Der Gasauslassbereich 14 wird im Innenraum des Mehrwegeventils 10 ebenfalls in einem dritten Kanal 20 und einem vierten Kanal 22 fortgeführt, die in der Nähe des Gasauslassbereichs 14 voneinander getrennt im Kanalblock 26 verlaufen.
Zur Verbringung des Mehrwegeventils 10 zwischen der ersten
Ventilpfadkombination A und der zweiten Ventilpfadkombination B dient eine Steuervorrichtung 24. Die Steuervorrichtung 24 umfasst eine erste elastische Membran 28, die als Abdeckung der beiden Kanäle 16, 18 des
Gaseinlassbereichs 12 dient, und eine zweite elastische Membran 30, die als
Abdeckung der beiden Kanäle 20, 22 des Gasauslassbereichs 14 dient. Die erste elastische Membran 28 und die zweite elastische Membran 30 sind einstückig ausgeführt, können grundsätzlich aber auch als separate Membranen
ausgestaltet sein.
Die erste elastische Membran 28 und die zweite elastische Membran 30 sind auf der dem Kanalblock 26 abgewandten Seite von einem Deckblock 32 abgedeckt, der mit vier senkrecht zu den elastischen Membranen 28, 30 angeordneten, zylindrischen Führungen 341 - 344 ausgestattet ist, wobei jeweils eine der Führungen 341 - 344 oberhalb eines der Kanäle 16, 18, 20, 22 angeordnet ist.
Jede der Führungen 341 - 344 weist an einem den elastischen Membranen 28, 30 zugewandten Ende ein Widerlager 36 zur Abstützung eines als Schraubenfeder 38 ausgestalteten Federelements auf. Die Steuervorrichtung 24 umfasst genau eine Nockenwelle 40 mit vier an der
Nockenwelle 40 angeordneten Nockeneinheiten 44, 46. Die Nockenwelle 40 ist oberhalb des Deckblocks 32 und parallel zu den beiden elastischen Membranen 28, 30 angeordnet. Unterhalb der Nockenwelle 40 sind vier als Einzelstift ausgebildete Stößel 521 - 524 angeordnet (Fig. 6). Jeder der zylindrischen Stößel 521 - 524 weist ein erstes, als Kopfelement mit einem an den Durchmesser der
Führung 34 angepassten Ende 54 und ein zweites, an einen Innendurchmesser der Schraubenfeder 38 angepasstes Ende 56 sowie eine Erstreckungsrichtung zwischen den beiden Enden 54, 56 auf, die in einem betriebsbereiten Zustand senkrecht zu den beiden elastischen Membranen 28, 30 ausgerichtet ist. Die Stößel 521 - 524 sind dazu vorgesehen, in den Führungen 341 - 344 des Deckblocks 32 lineare Bewegungen parallel zu der jeweiligen Erstreckungsrichtung auszuführen.
Im betriebsbereiten Zustand gelangen die Oberseiten der Kopfenden der Stößel 521 - 524 aufgrund der Federkraft der Schraubenfedern 38 mit den Nocken 481 - 484, 501 - 504 der Nockeneinheiten 44, 46 in federbelastete Anlage.
Die zweiten Enden 56 der Stößel 521 - 524 sind mit einem Krümmungsradius ausgestattet, der an die Querschnittsform der Kanäle 16, 18, 20, 22 angepasst ist. Die Stößel 521 - 524 sind dazu vorgesehen, mittels einer der Nocken 481 - 484, 501 - 504 der Nockenwelle 40 gegen die Federkraft einer der
Schraubenfedern 38 innerhalb einer der Führungen 341 - 344 des Deckblocks 32 parallel zur Erstreckungsrichtung eine lineare Bewegung in Richtung auf eine der beiden elastischen Membranen 28, 30 auszuführen, um mittels des zweiten Endes 56 des Stößels 521 - 524 und aufgrund der elastischen Eigenschaft der Membranen 28, 30 jeweils einen der Kanäle 16, 18, 20, 22 zu verschließen. Durch diese Ausführung ist erreicht, dass ein zur Leitung des Atemgases vorgesehener Fluidraum pneumatisch vollständig dicht ist und ein direkter Kontakt zu den Stößeln 521 - 524 der Steuervorrichtung 24 vermieden werden kann.
Auf einer dem Gaseinlassbereich 12 bzw. dem Gasauslassbereich 14 des Mehrwegeventils 10 abgewandten Seite sind der zweite Kanal 18 und der dritte Kanal 20 pneumatisch miteinander verbunden. Ferner sind der erste Kanal 16 auf einer dem Gaseinlassbereich 12 abgewandten Seite mit dem einen Ende der Messkammer 74 und der vierte Kanal 22 auf einer dem Gasauslassbereich 14 abgewandten Seite mit dem anderen Ende der Messkammer 74 pneumatisch verbunden.
Zur Verdeutlichung sind in Fig. 7 in einer schematisierten Darstellung die pneumatischen Verbindungen der Kanäle 16, 18, 20, 22 und die Anordnung der Stößel 521, 524 innerhalb des Mehrwegeventils 10 wiedergegeben.
Die in der Fig. 5 dargestellte erste Ventilpfadkombination A ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken 481 - 484, 501 - 504 der Nockenwelle 40 und deren Rotationsposition so ausgelegt sind, dass der erste Kanal 16 mittels des ersten Stößels 521 und der ersten Membran 28 und der vierte Kanal 22 mittels des vierten Stößels 524 und der zweiten Membran 30 verschlossen sind und der zweite Kanal 18 und der dritte Kanal 20 geöffnet sind. Die in der Fig. 5 gezeigte erste Ventilpfadkombination A ist in der Fig. 7 durch eine gestrichelte Linie angezeigt.
Fig. 6 zeigt eine schematisierte Schnittansicht des Mehrwegeventils 10 in einem Zustand der zweiten Ventilpfadkombination B. Eine Verbringung des
Mehrwegeventils 10 von der ersten Ventilpfadkombination A zur zweiten
Ventilpfadkombination B ist durch eine reversible Drehung der Nockenwelle 40 ausführbar.
Die zweite Ventilpfadkombination B ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken 481 - 484, 501 - 504 der Nockenwelle 40 und deren Rotationsposition so ausgelegt sind, dass der zweite Kanal 18 mittels des zweiten Stößels 522 und der ersten Membran 28 und der dritte Kanal 20 mittels des dritten Stößels 523 und der zweiten Membran 30 verschlossen sind und der erste Kanal 16 und der vierte Kanal 22 geöffnet sind.
Die in der Fig. 6 gezeigte zweite Ventilpfadkombination B ist in der Fig. 7 durch eine strichpunktierte Linie angezeigt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich weisen die erste Ventilpfadkombination A und die zweite Ventilpfadkombination B den
gemeinsamen Gaseinlassbereich 12 und den gemeinsamen Gasauslassbereich 14 auf.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Nockeneinheit 44 der Nockenwelle 40, wobei je eine Nockeneinheit 44 zur Ansteuerung des zweiten Stößels 522 und des dritten Stößels 523 vorgesehen ist. Vier Nocken 481-484 sind in der
Nockeneinheit 44 in einem gleichmäßigen Winkelabstand von 90° bezüglich der
Nockenwelle 40 angeordnet, so dass eine Verbringung des Mehrwegeventils 10 von einer Ventilpfadkombination A, B, C, D zu einer anderen
Ventilpfadkombination A, B, C, D durch eine reversible Drehung der Nockenwelle 40 um 90° ausführbar ist, wobei vier verschiedene Stellungen der Nockenwelle 40 entsprechend den vier verschiedenen Ventilpfadkombinationen A, B, C, D des
Mehrwegeventils 10 möglich sind. Die Nocken 481-484 zur Ansteuerung des zweiten Stößels 522 und des dritten Stößels 523 können alternativ auch einstückig ausgeführt sein.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Nockeneinheit 46 der Nockenwelle 40, wobei je eine Nockeneinheit 46 zur Ansteuerung des ersten Stößels 521 und des vierten Stößels 524 vorgesehen ist. Auch hier sind vier Nocken 501-504 in einem gleichmäßigen Winkelabstand von 90° bezüglich der Nockenwelle 40
angeordnet. Die in den Figuren 8 und 9 dargestellten flacheren Nocken 481, 483, 502, 503 ermöglichen den darunter angeordneten Stößeln 521 - 524, von der Federkraft der entsprechenden Schraubenfeder 38 getrieben von den elastischen
Membranen 28, 30 abzuheben und den unter den elastischen Membranen 28, 30 liegenden Kanal 16, 18, 20, 22 freizugeben. Die in den Figuren 8 und 9 dargestellten höheren Nocken 482, 484, 501, 504 sind dazu ausgelegt, die darunter angeordneten Stößel 521 - 524 gegen die Federkraft der
Schraubenfeder 38 zu einer linearen Bewegung in Richtung auf die elastische Membran 28, 30 zwangszuführen und den unter der elastischen Membran 28, 30 liegenden Kanal 16, 18, 20, 22 zu verschließen. Die zwischen der Nockenwelle 40 und den Ventilpfadkombinationen A, B, C, D angeordnete erste elastische
Membran 28 und zweite elastische Membran 30 sind dazu vorgesehen, mit jeweils zumindest einer der Nocken 481 - 484, 501 - 504 der Nockenwelle 40 zusammenzuwirken, um die Verbringung des Mehrwegeventils 10 zwischen einer ersten der Ventilpfadkombinationen A, B, C, D und einer zweiten der Ventilpfadkombinationen A, B, C, D zu erreichen.
Die reversible Drehung der Nockenwelle 40 kann von Hand erfolgen. Sie kann alternativ aber auch mittels eines nicht dargestellten Schrittmotors erreicht werden, wobei mehrfach-stabile und stromlose Ventilpfadkombinationen A, B, C, D des Mehrwegeventils 10 erreichbar sind.
Die möglichen Stellungen der Stößel 521 - 524 können zur Vereinfachung durch Angabe einer binären Zahl bezeichnet werden. Dabei soll die binäre Zahl„0" eine Stellung eines Stößels 521 - 524 bezeichnen, in der ein unter dem Stößel 521 - 524 angeordneter Kanal 16, 18, 20, 22 verschlossen ist. Die binäre Zahl„1 " soll einen offenen Kanal 16, 18, 20, 22 bezeichnen. Die in der Fig. 5 gezeigte erste Ventilpfadkombination A kann demnach durch die binäre Zahl„01 10" bezeichnet werden. Die in der Fig. 6 gezeigte zweite
Ventilpfadkombination B entspricht der binären Zahl„1001 ".
Mit den in den Figuren 8 und 9 dargestellten Nocken 481 - 484, 501 - 504 der Nockeneinheiten 44, 46 ergeben sich folgende weitere Ventilpfadkombinationen:
- C -„1 1 1 1 " (alle Kanäle 16, 18, 20, 22 geöffnet; Wartungsstellung)
- D -„0000" (alle Kanäle 16, 18, 20, 22 geschlossen; Lagerungsstellung)
Fig. 10 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Mehrwegeventils 10' in einer schematisierten, perspektivischen Ansicht. Im Unterschied zur ersten
Ausführungsform entfallen hierbei die Stößel und der Deckblock mitsamt
Führungen und Schraubenfedern, so dass auf einer Nockenwelle 42
angeordnete Nocken 48', 50' dazu vorgesehen sind, in direkter Weise auf eine erste elastische Membran 28' und eine zweite elastische Membran 30' derart mechanisch einzuwirken, dass ein unterhalb des Nockens 48', 50' und einer der Membranen 28', 30' angeordneter Kanal 16', 18', 20', 22' des Mehrwegeventils 10' gasdicht verschließbar ist und durch eine weitere reversible Drehung der Nockenwelle 42 erneut geöffnet werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung, umfassend:
eine erste kombinierte Einlass-/Auslassöffnung (58),
eine zweite kombinierte Einlass-/Auslassöffnung (60),
eine Gasmengen-Messvorrichtung (66, 70) zur Bestimmung einer durchströmenden Menge des Atemgases,
eine Gasanalysevorrichtung (72) zur Analyse des Atemgases, ein Mehrwegeventil (10), das zumindest zwischen einer ersten
Ventilpfadkombination (A, B, C, D) und einer zweiten
Ventilpfadkombination (A, B, C, D) verbringbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit der ersten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) des Mehrwegeventils (10) unter Umgehung der Gasanalysevorrichtung (72) ein erster Gaspfad zwischen der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung (58), der Gasmengen-Messvorrichtung (66, 70) und der zweiten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung (60) herstellbar ist, und mit der zweiten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) des Mehrwegeventils (10) ein zweiter Gaspfad zwischen der ersten kombinierten Einlass- /Auslassöffnung (58), der Gasanalysevorrichtung (72), der Gasmengen- Messvorrichtung (66, 70) und der zweiten kombinierten Einlass- /Auslassöffnung (60) herstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Gasmengen-Messvorrichtung (66, 70) eine Gasenergiemaschine umfasst, die sowohl als Arbeitsmaschine als auch als Kraftmaschine einsetzbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine
Gasaufbereitungsvorrichtung (64) zur Veränderung der chemischen
Zusammensetzung des Atemgases. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gas-Massenstromsensor.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbringung zwischen der ersten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) und der zweiten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Zeitdauer oder einer vorbestimmten durchströmten Gasmenge ausführbar ist.
Verfahren zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Herstellen des ersten Gaspfads,
Einatmen durch Einströmen von Luft eines Außenraums durch die zweite kombinierte Einlass-/Auslassöffnung (60) entlang des ersten Gaspfads in Richtung zur ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung (58),
Ausatmen zur Lungenfunktionsprüfung zum Durchströmen von Atemgas durch die Gasmengen-Messvorrichtung (66, 70) entlang des ersten Gaspfads von der ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung (58) in Richtung zur zweiten kombinierten Einlass/Auslassöffnung (60),
Herstellen des zweiten Gaspfads während der Durchführung des vorhergenannten Schrittes,
Durchleiten des durchströmenden Atemgases entlang des zweiten Gaspfads durch die Gasanalysevorrichtung (72) in Richtung zur zweiten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung (60), und
Spülen der Gasanalysevorrichtung (72) durch Durchleiten von Luft des Außenraums von der zweiten kombinierten Einlass/Auslassöffnung (60) entlang des zweiten Gaspfads durch die Gasanalysevorrichtung (72) in Richtung zur ersten kombinierten Einlass-/Auslassöffnung (58).
Mehrwegeventil (10) zur Verwendung in einer Vorrichtung zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventilpfadkombination (A, B, C, D) und die zweite Ventilpfadkombination (A, B, C, D) einen gemeinsamen Gaseinlassbereich (12) und einen gemeinsamen Gasauslassbereich (14) aufweisen.
Mehrwegeventil (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine
Steuervorrichtung (24), die genau eine Nockenwelle (40; 42) umfasst, wobei die Verbringung zwischen der ersten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) und der zweiten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) durch eine reversible
Drehung der Nockenwelle (40; 42) ausführbar ist.
Mehrwegeventil (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die reversible Drehung der Nockenwelle (40; 42) mittels eines Schrittmotors erfolgt.
10. Mehrwegeventil (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (24) zumindest eine erste elastische Membran
(28) und eine zweite elastische Membran (30) umfasst, die zwischen der Nockenwelle (40; 42) und einer der zumindest zwei Ventilpfadkombinationen (A, B, C, D) angeordnet und dazu vorgesehen sind, mit jeweils zumindest einer Nocke (48, 50) der Nockenwelle (40; 42) zusammenzuwirken, um die Verbringung zwischen der ersten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) und der zweiten Ventilpfadkombination (A, B, C, D) zu erreichen.
PCT/EP2014/055126 2013-04-08 2014-03-14 Vorrichtung zur kombinierten atemgasanalyse und lungenfunktionsprüfung WO2014166697A2 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14710275.0A EP2983587B1 (de) 2013-04-08 2014-03-14 Verfahren zur kombinierten atemgasanalyse und lungenfunktionsprüfung
ES14710275.0T ES2655037T3 (es) 2013-04-08 2014-03-14 Procedimiento para combinar un análisis del gas respiratorio y una prueba funcional pulmonar
US14/782,817 US10405778B2 (en) 2013-04-08 2014-03-14 Device for combined respiratory gas analysis and lung function test
CN201480019671.0A CN105050501B (zh) 2013-04-08 2014-03-14 用于组合的呼吸气体分析和肺功能测试的装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013206111.0A DE102013206111A1 (de) 2013-04-08 2013-04-08 Vorrichtung zur kombinierten Atemgasanalyse und Lungenfunktionsprüfung
DE102013206111.0 2013-04-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014166697A2 true WO2014166697A2 (de) 2014-10-16
WO2014166697A3 WO2014166697A3 (de) 2014-12-18

Family

ID=50280396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/055126 WO2014166697A2 (de) 2013-04-08 2014-03-14 Vorrichtung zur kombinierten atemgasanalyse und lungenfunktionsprüfung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10405778B2 (de)
EP (1) EP2983587B1 (de)
CN (1) CN105050501B (de)
DE (1) DE102013206111A1 (de)
ES (1) ES2655037T3 (de)
WO (1) WO2014166697A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107374635A (zh) * 2017-08-17 2017-11-24 台州亿联健医疗科技有限公司 可防止交叉感染的肺功能仪

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3152557A4 (de) 2014-06-09 2017-12-13 Biometry Inc. Kostengünstiger teststreifen und verfahren zur messung von analyten
US11175268B2 (en) 2014-06-09 2021-11-16 Biometry Inc. Mini point of care gas chromatographic test strip and method to measure analytes
US10067108B2 (en) 2015-05-13 2018-09-04 Elemental Sensor Llc Device for detecting volatile organic compounds
US10463275B2 (en) * 2015-08-09 2019-11-05 Elemental Sensor Llc Device for capturing and concentrating volatile organic compounds
CN109715067B (zh) * 2016-07-19 2022-05-17 生物统计股份有限公司 使用批量可校准测试条测量分析物的方法和系统
CN106641336B (zh) * 2017-02-21 2023-06-16 北京康洁之晨水处理技术有限公司 旋转凸轮盘式压力分配器
CN209977340U (zh) * 2019-04-16 2020-01-21 明达实业(厦门)有限公司 泳池水处理设备的多路阀结构
DE102020101617A1 (de) 2020-01-23 2021-07-29 Eugster / Frismag Ag Mehrwegventil für Fluid für eine Gerätezubereitungsvorrichtung, Mehrfluid-Mehrwegventil für eine Gerätezubereitungsvorrichtung und Gerätezubereitungsvorrichtung, insbesondere Kaffeemaschine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004023997A1 (en) 2002-09-16 2004-03-25 Aerocrine Ab Apparatus and method for diagnostic gas analysis

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19545794C2 (de) * 1995-12-08 1998-03-19 Draegerwerk Ag Gasprobenahmesystem mit einem Mundstück
US6938619B1 (en) 2000-06-13 2005-09-06 Scott Laboratories, Inc. Mask free delivery of oxygen and ventilatory monitoring
GB2446124B (en) * 2007-02-02 2009-09-09 Laerdal Medical As Device for Monitoring Respiration
DE202009018824U1 (de) * 2009-08-20 2013-09-10 Siemens Aktiengesellschaft Probenentnahmesystem für ein Gerät zur Atemgasanalyse
DE102009043236A1 (de) * 2009-09-28 2011-04-21 Siemens Aktiengesellschaft Multifunktions-Steuerventil für Gasmessgeräte
RU2014102586A (ru) * 2011-06-28 2015-08-10 Фред Хатчинсон Кэнсер Рисерч Сентер Устройство контроля газов в конце спокойного выдоха

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004023997A1 (en) 2002-09-16 2004-03-25 Aerocrine Ab Apparatus and method for diagnostic gas analysis

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107374635A (zh) * 2017-08-17 2017-11-24 台州亿联健医疗科技有限公司 可防止交叉感染的肺功能仪

Also Published As

Publication number Publication date
EP2983587A2 (de) 2016-02-17
EP2983587B1 (de) 2017-10-04
WO2014166697A3 (de) 2014-12-18
CN105050501A (zh) 2015-11-11
ES2655037T3 (es) 2018-02-16
US20160029924A1 (en) 2016-02-04
CN105050501B (zh) 2017-06-20
US10405778B2 (en) 2019-09-10
DE102013206111A1 (de) 2014-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2983587B1 (de) Verfahren zur kombinierten atemgasanalyse und lungenfunktionsprüfung
EP1377347B1 (de) Trainingsgerät für die Atmungsfunktion und Verfahren zur Überwachung der Frischluftzufuhr
DE69811803T2 (de) Beatmungstubus
EP2134256B1 (de) Transportabler pneumotachograph zur messung von bestandteilen des exspirationsvolumens sowie ein verfahren hierzu
DE102014219161A1 (de) Vorrichtung zur Analyse der Ausatemluft und Verwendung der Vorrichtung
DE102009043236A1 (de) Multifunktions-Steuerventil für Gasmessgeräte
DE102008027630A1 (de) Transportabler Pneumotachograph zur Messung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens
DE1213570B (de) Geraet mit einem Ventil zur Beatmung von Mund zu Mund
EP2953692B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur durchführung eines atemtrainings
DE202009018824U1 (de) Probenentnahmesystem für ein Gerät zur Atemgasanalyse
EP0262239B1 (de) Atemvorrichtung
EP2862514A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Konzentration von Stickstoffmonoxid in der Atemluft eines Patienten
WO2015075168A1 (de) Verfahren zur messung der menschlichen ausatemluft
DE102007012210B4 (de) Transportabler Pneumotachograph zur Messung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens sowie ein Verfahren hierzu
DE102009015928A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Anreicherung von Atemgas mit Sauerstoff
DE60035662T2 (de) Vorrichtung mit Injektionsspritzen zum Kalibrieren einer Vorrichtung zur Analyse der Kohlenmonoxiddiffusionskapazität der Lunge
AT523234A2 (de) Lungentestvorrichtung
DE102022123988B3 (de) Vorrichtung zum Prüfen der Dichtigkeit einer Atemschutzmaske
EP1206948B1 (de) Vorrichtung zur Entnahme von Gas aus der Atemluft bzw. Zufuhr von Gas zur Atemluft
DE1918566B2 (de) Geraet zur untersuchung der lungenfunktion
DE1915540B2 (de) Spirometrie-Atemmaske
DE202007003818U1 (de) Transportabler Pneumotachograph zur Messung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens
DE10158288A1 (de) Verfahren und Anordnung zum Entnehmen von Gas- bzw. Geruchsproben aus der Ausatemluft
DE102020214210A1 (de) Atemgasanalysegerät
DE1273133B (de) Beatmungsgeraet mit einem Aussenluft ansaugenden Injektor

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480019671.0

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14710275

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014710275

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014710275

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14782817

Country of ref document: US