WO2024083282A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung von gasproben im nebenstrom sowie medizintechnisches gerät - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur messung von gasproben im nebenstrom sowie medizintechnisches gerät Download PDF

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WO2024083282A1
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suction
gas
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main flow
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PCT/DE2023/100723
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Frank Herrmann
Barbara TRABOLD
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Weinmann Emergency Medical Technology Gmbh + Co. Kg
Corscience Gmbh & Co. Kg
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    • A61M2016/0042—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure with a flowmeter electrical in the expiratory circuit

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring gas samples in a secondary flow, wherein gas samples removed from a main flow are measured by means of at least one suction pump.
  • the invention relates to a device for measuring gas samples in the secondary flow, with which gas samples discharged from a main flow are measured with the aid of at least one suction pump.
  • the invention relates to a medical device comprising a device for measuring gas samples in the bypass flow.
  • the determination of various gas contents in both the air supplied to the patient and in the exhaled air is of interest.
  • the determination of the carbon dioxide content (CO2) or the oxygen content (02) is carried out using suitable sensors.
  • the determination of the content of other gases in the breathing air, such as VOC (volatile organic compounds), hydrogen or Anaesthetic gases are of interest in certain applications.
  • a high-resolution measurement of the respective gas is required.
  • the respiratory cycle of a human and other similarly breathing creatures consists of inhalation (inspiration) and exhalation (expiration). If ambient air is inhaled, the inspiratory oxygen concentration (fiO2) is about 21 vol.% and the CO2 concentration (fiCO2) is almost 0 vol.%. At the beginning of expiration, the CO2 content typically rises quickly and reaches a plateau with a lower gradient. At the end of expiration, an end-tidal oxygen concentration (etO2) of about 16 vol.% remains in the exhaled air, while the CO2 concentration has risen to an end-tidal value (etCO2) of about 5 vol.%.
  • a respiratory cycle consisting of expiration and inspiration typically lasts between 2 and 5 s in adults.
  • the respiratory cycle is significantly shorter at 1 to 2 s (30 to 60 breaths/minute).
  • breaths/minute for special ventilation patterns, even higher respiratory rates are used, such as 120 breaths/minute for CCSV (Chest Compression Synchronized Ventilation) or up to 25 breaths/second for HFO ventilation (High Frequency Oscillation).
  • CCSV Chest Compression Synchronized Ventilation
  • HFO ventilation High Frequency Oscillation
  • the breathing gas flows through a hose system of the ventilator towards or away from the patient, depending on the breathing phase.
  • mainstream method the patient's entire breathing gas is analyzed directly in or on this hose system and thus in the main flow of the breathing gas.
  • bypass method on the other hand, a sample gas is extracted from the main flow and analyzed.
  • the sample gas is usually taken close to the patient so that both the inhaled and exhaled gas can be analyzed.
  • a suction pump the sample gas is guided through a suction hose to the measuring point in the gas analysis module.
  • the gas analysis module is usually located away from the patient in the ventilator or monitoring device.
  • the suction hose is usually up to three meters long. The mixing of the sample gas in the suction hose and in the various pneumatic components in the bypass path limits the edge steepness of the measured CO2 curve, so that the temporal resolution of the entire system is lower than in a mainstream measurement.
  • CO2 sensors based on infrared spectroscopy are often used as gas analysis modules.
  • the rise time t(10%-90%) of sensors of this type is, for example, around 100 ms.
  • O2 sensors that can be used for compact ventilators are much slower.
  • Electrochemical cells for O2 measurement for example, provide a rise time of around 2 s or more.
  • the temporal resolution of the entire system is made up of the rise time of the measuring module in combination with the pneumatic system, which creates a mixture of the sample gas.
  • the temporal resolution of the entire system must be sufficiently large in order to determine the parameters in the CO2 or O2 curve that are relevant for the application.
  • state-of-the-art systems for example with an electrochemical cell, it is not possible to determine the etO2 or fiO2 value in most applications.
  • With a CO2 sensor based on infrared spectroscopy the determination of fiC02 and etCO2 is already reliably possible in standard applications.
  • the temporal resolution of the CO2 measurement becomes critical in neonatology or when using special ventilation patterns. A higher temporal resolution of the CO2 measurement would also be desirable in diagnostics, for example if the steepness and duration of the rises are to be determined, and not just fiCO2 and etCO2.
  • the state of the art is that the temporal resolution of the measurement is improved by increasing the suction rate.
  • the suction pump is usually operated at a constant suction rate.
  • a simple increase in the suction rate can improve the effects generated by the tube system, but not increase the temporal resolution of the analysis module itself.
  • a permanent increase in the suction rate is only possible to a limited extent, since too much suction disrupts the operation of the ventilator.
  • usual suction rates are in the order of magnitude of the ventilation flow and therefore cannot be neglected. It is an object of the invention to provide a device for measuring gas samples in the bypass flow, which enables a section-wise improved resolution of the measurement.
  • Fundamental to the invention is the temporary increase of the suction rate for extracting gas samples from a gas stream in order to increase the effective resolution of the measurement of these gas samples.
  • a device according to the invention for measuring gas samples in the bypass flow has at least one gas storage, at least one measuring device and at least one suction pump.
  • the at least one gas storage device, the at least one measuring device and the at least one suction pump are connected in series or connected to one another accordingly. In other embodiments of the invention, parallel connections of one or more of the components gas storage, measuring device and suction pump are provided.
  • a parallel connection of entire strings consisting of gas storage, measuring device and suction pump or the parallel connection of several measuring devices with a common gas storage and a common suction pump or individually assigned suction pumps is possible according to the invention.
  • a high-resolution measurement can be realized over the entire course of a main flow by combining the high-resolution sections of the individual strings.
  • the gas storage is at least partially realized by a hose line that connects a sampling point on the main stream with the measuring device.
  • the measuring device has at least one measuring cell and is designed in embodiments of the invention to detect a gas in a gas sample and/or to measure the proportion of at least one gas in a gas sample. In principle, however, in corresponding embodiments of the invention, any property of the gas sample that can be measured using a corresponding measuring device can be measured.
  • the at least one measuring device is designed to detect and/or determine the proportion of CO2, O2, N2O, argon, N2, CO, water vapor, volatile organic components (VCO) and/or an anesthetic gas in the gas mixture of a gas sample.
  • CO2, O2, N2O, argon, N2, CO, water vapor, volatile organic components (VCO) and/or an anesthetic gas in the gas mixture of a gas sample.
  • VCO volatile organic components
  • the measuring device has a specific sampling rate and a specific rise time for each measured quantity.
  • the measuring device comprises a CO2 sensor and/or an O2 sensor.
  • a CO2 sensor can, for example, be implemented by infrared spectroscopy and in embodiments have a sampling rate of 40 Hz and/or a rise time of 100 ms.
  • An O2 sensor can, for example, be implemented as an electrochemical cell and in embodiments have a rise time of about 2 to 10 s.
  • the suction rate can be adjusted either by switching between at least two suction pumps using at least one valve, wherein the different suction pumps are set to at least two different suction rates, or by adjusting the suction rate of at least one suction pump.
  • the adjustment of the suction rate can be carried out continuously or gradually in some embodiments and in other embodiments of the invention in steps.
  • the at least one suction pump is designed to suck gas samples from the main flow through the gas storage and into the at least one measuring cell of the at least one measuring device.
  • At least one suction pump has an adjustable suction rate.
  • the suction rate of at least one suction pump can be quickly adjusted.
  • a quick adjustment of the suction rate in the sense of this document is an adjustment of the suction rate from 50 ml/min to 100 ml/min in 0.5 s, in particularly preferred embodiments of the invention from 0 ml/min to 300 ml/min in at most 0.2 s.
  • the suction rate of the respective suction pump can be varied quickly enough in a defined manner depending on the duration of individual sections to be measured in the main flow.
  • the suction rate In an application in ventilation technology for newborns with a breathing cycle of around 1s, for example, the suction rate must also be adjustable quickly enough between at least two different values within this breathing cycle.
  • the at least one suction pump has a suction rate that can be set between 0 ml/min and at least 300 ml/min, particularly preferably between 0 ml/min and 1 L/min.
  • a suction rate that can be set between 0 ml/min and at least 300 ml/min, particularly preferably between 0 ml/min and 1 L/min.
  • the extraction rate is basically set to a first value W1 and can be temporarily increased to a value W2 to increase the effective resolution of the measurement of gas samples.
  • W2 is therefore a higher extraction rate than W1.
  • W1 > 0, so that gas samples are continuously extracted from the main stream.
  • gas samples from the main stream can be continuously measured.
  • more than two different discrete values for the suction rate can be set or the suction rate can be continuously varied.
  • the suction rate is adjustable at least between a first value W1 from a first value range (low value range) and at least a second higher value W2 from a second value range (high value range), wherein W1 is smaller than W2.
  • the smallest value of the second value range is greater than the highest value of the first value range.
  • the suction rate is adjustable between at least two different high values W2.1 and W2.2 from the second value range and at least one low value W1 from the first value range.
  • At least three different value ranges are defined, from each of which at least one value for the suction rate can be set.
  • the value W2 or a high value for the suction rate is selected to be greater than 70 ml/min and the value W1 or a low value less than or equal to 70 ml/min.
  • the value W2 or a high value for the suction rate is in a range of about 200 ml/min to 1 L/min (second value range).
  • the smallest value of the first value range is selected as 0 ml/min (no volume flow). In other embodiments of the invention, the smallest value of the first value range is greater than 0 ml/min.
  • the parameter range for the value W2 or a high value for the suction rate is categorized according to the patient type.
  • Patient types can be, for example, newborns, small children and adults.
  • the maximum suction rate for neonates is about 300 ml/min, not exceeding an average suction rate of about 70 ml/min, for infants about 500 ml/min, not exceeding an average suction rate of about 90 ml/min, and for adults about 1 L/min, not exceeding an average suction rate of about 170 ml/min.
  • the maximum possible suction rate in ventilation applications depends on the respective breathing phase, because, as in all applications, the suction rate is ultimately limited by the mainstream flow. At the end of expiration, for example, a patient's exhalation flow is relatively low and no more can be suctioned in the sidestream than flows in the mainstream.
  • the adjustment of the extraction rate means that more gas mixture is extracted from the main flow in a period of time with a higher extraction rate than in a period of time with a lower extraction rate.
  • the gas samples extracted from the main flow at a certain point in time are temporarily stored chronologically one after the other, ignoring a certain amount of mixing.
  • a gas sample extracted at a high extraction rate is therefore disproportionately long in the hose in relation to the actual course in the main flow compared to a gas sample extracted at a low extraction rate.
  • the time-dependent output signal can be compensated taking into account the extraction rate of the respective gas sample for an undistorted representation of the measurement signal of the at least one measuring device.
  • the setting of the suction rate is coordinated with the storage volume of the associated gas storage device in such a way that the suction rate can be set to a value W1, or a value from the first low value range, when a gas sample extracted with the value W2, or a higher suction rate selected from the second value range, has reached the area of at least one measuring cell of the measuring device. This extends the time in which the respective gas sample is sampled in the measuring cell, so that the effective resolution of the measurement of the respective gas samples can be improved.
  • the volume of the gas storage is at least half as large as the total volume of the gas samples extracted over one (breathing) cycle.
  • the device for measuring gas samples in the bypass stream comprises a synchronization device for synchronizing the extraction rate with at least one parameter in relation to the main stream (main stream parameter).
  • the main flow parameter is defined as a pressure value, volume flow value, temperature value or as a proportion of a specific gas in the gas mixture of the main flow.
  • the main current parameter can also be given by indirect values / measurement signals, which allow a corresponding conclusion to be drawn about the main current.
  • pressure or volume flow measurements from the secondary flow predetermined operating parameters of a main flow device that influence the gas flow in the main flow, or a (trigger) signal from a separate detection device arranged in the area of the main flow are suitable for this purpose.
  • the ventilator is such a main flow device that influences the gas flow in the main flow, for example through the parameters of the specified ventilation pressure and/or the volume flow for ventilation.
  • a detection device in the area of the main flow can be a spontaneous breathing trigger in such applications.
  • Control signals from a ventilator that indicate, for example, the start or end of the inspiration or expiration phase can also be used accordingly in embodiments of the invention.
  • At least two of the above-mentioned parameters are combined with each other or at least one of the above-mentioned parameters is combined with at least one further parameter for synchronizing the suction rate by means of the synchronization device.
  • the synchronization device is designed to detect a relevant section in the main flow by evaluating at least one main flow parameter, wherein the suction rate upon detection of a relevant section in the main flow can be set to a suction rate with the value W2, or a suction rate selected from the second high value range.
  • the suction rate can be set to the suction rate W1 or to a suction rate selected from the low value range after the detection of the end of a relevant section or after the expiration of a predetermined time.
  • the occurrence of a relevant and/or an irrelevant section in the main flow can be predicted so that the suction rate can be adjusted accordingly.
  • the suction rate can be synchronized with the aid of the synchronization device with respect to at least one relevant section in a cyclic main flow such that in the at least one relevant section of the cycle the suction rate can be set to a higher value W2, or a value selected from the second value range, and in the at least one remaining section of the cycle to a value W1, or a value selected from the first lower value range, while the gas sample or gas samples of the relevant section is or are suctioned from the main flow.
  • the suction rate for the relevant sections can be set to a value W2, or a higher value selected from the second value range, or to values from the high value range that differ for the individual relevant sections.
  • the extraction rate can be set to a corresponding value W2 or a value selected from the second value range depending on the expected dynamics of the at least one measured value to be recorded in a relevant section of a possibly cyclical main flow and taking into account the rise time of the measuring device, so that a measurement of the at least one measured value with a sufficiently effective temporal resolution is possible.
  • the relevant gas sample can be taken from the main flow with a suction rate W2 or a high suction rate selected from the second value range and measured in the measuring device with a suction rate W1 or a low suction rate selected from the first value range.
  • the irrelevant gas sample can be taken with a low suction rate and measured with a high suction rate.
  • the suction rates for the relevant and irrelevant parts of the cycle are preferably selected such that the volume of gas samples sucked out for the relevant part is the same as the volume of gas samples sucked out for the irrelevant part. In a structure with a serial arrangement of gas storage, measuring device and suction pump, it is thus ensured that the respective setting of the suction rate lasts for the entire length of the measurement of the gas sample(s).
  • the relationships apply that the quotient of the duration of the irrelevant and the relevant main flow section (tjrrelevant / t_relevant) is equal to the quotient of the extraction rates W2 and W1 (W2/W1) and that the product of the extraction rate and the duration of the main flow section extracted thereby is equal to the extracted sample volume in the gas storage tank.
  • W2 > W1 and preferably tjrrelevant > t_relevant.
  • the two extraction rates are selected such that, at the resulting average extraction rate, the flow time of a gas sample through the gas reservoir from the sampling point to the measuring device corresponds approximately to (N+1/2) times the main flow period (breathing period), where N is a natural number.
  • the edge steepness and sampling rate of the relevant half of the cycle are thus increased at the expense of the edge steepness and sampling rate of the irrelevant half of the cycle.
  • the flow time cannot correspond to (N+1/2) times the main flow period (e.g. breathing period) as in the first example, because then the first relevant sample would possibly be measured at the expense of the second relevant sample with higher temporal resolution.
  • the suction rates in embodiments of the invention are selected such that the flow time of a gas sample through the gas storage corresponds approximately to (N+1/4) times the main flow period (e.g. breathing period).
  • the cycle of the periodically varied suction rate is n times the main flow cycle (e.g. the breathing period), where n is a natural number. Then, only every n main flow cycles is at least one relevant gas sample evaluated with increased resolution. This allows the resolution enhancement factor to be increased.
  • the suction rate is synchronized to relevant sections in a breathing cycle by means of the synchronization device, wherein the main flow is provided by the breathing gas flowing through a ventilation tube during the ventilation of a patient.
  • the hose line of the gas storage device is used to transport a gas sample from the sampling point on the main stream to the measuring device.
  • a certain amount of mixing of a gas sample with neighboring gas samples in the hose line is unavoidable, so that the measurement of each gas sample is distorted by neighboring gas samples with different gas proportions.
  • the mixing of adjacent gas samples is further reduced by having the hose line with the smallest possible inner diameter.
  • an inner diameter of the hose line is selected in a range of about 1 mm to 2 mm, particularly preferably about 1.5 mm.
  • certain requirements may apply to the minimum volume of the gas storage device and thus also of the hose line.
  • the volume of the gas storage is at least half of the sample gas extracted from the main flow in one breathing cycle in order to be able to implement a synchronization of the extraction rate such that a gas sample extracted at a high extraction rate can be conveyed through the measuring cell of the corresponding measuring device at a low extraction rate.
  • the volume of the gas storage is about 2 ml to 10 ml.
  • the minimum volume of the gas storage is about 3 ml.
  • a hose length of 2 m typically about 2 to 3 m
  • the device for measuring gas samples in the bypass stream comprises further pneumatic components such as a water trap.
  • the device for measuring gas samples in the bypass flow has at least one changeover valve in the region of at least one measuring device, with which the extraction in the area of the measuring device can be deactivated at least temporarily. This allows individual gas samples to be measured for longer.
  • the device for measuring gas samples in the bypass flow has at least one switching valve in the region of at least one measuring device, with which the extracted gas flow can be switched back and forth between at least two different measuring devices or at least one measuring device and an exhaust air duct, so that it can be guided into one measuring device at a time depending on the valve position.
  • At least two switching valves are used, which are arranged in such a way that the same gas sample can be measured one after the other in different measuring devices and/or different gas samples can be measured independently of one another in parallel-connected measuring devices.
  • the values for fiO2, etO2 and etCO2 are to be measured.
  • the other temporal courses (between the fi and et values) of the concentration values are irrelevant for oxygen, but relevant for CO2.
  • the device for measuring gas samples in the bypass flow has a communication device for communicating with a main flow device.
  • operating parameters of the main flow device can be synchronized with measured values of the device for measuring gas samples in the bypass flow and/or the suction rate of the device for measuring gas samples in the bypass flow can be taken into account for the main flow device.
  • a medical device according to the invention has at least one device according to the invention for measuring gas samples in the bypass flow.
  • At least the measuring device and/or the suction pump of the device for measuring gas samples in the bypass flow are integrated into the housing of the medical device.
  • the medical device is connected to the at least one measuring device and/or the synchronization device for the transmission of data.
  • the medical device is designed as a ventilator, a patient monitor or as a defibrillator with monitoring function.
  • the current suction rate of the device for measuring gas samples in the sidestream can be called up by the ventilator and can be used to compensate for the volume or flow measurement and/or the ventilation volume.
  • a method according to the invention for measuring gas samples in the bypass stream comprises at least the following method steps:
  • the suction rate is adjusted by setting the suction rate of at least one suction pump and/or switching at least one controllable valve or a switching valve between at least two suction pumps with different suction rates.
  • the suction rate is adjusted abruptly or continuously or smoothly.
  • the value W1 for the extraction rate is selected from a first value range and the value W2 from a second value range.
  • the highest value of the first value range is smaller than the lowest value of the second value range.
  • the suction rate is adjusted such that a gas sample which has been suctioned out of the main stream at a suction rate W2 is conveyed through the at least one measuring device at a suction rate smaller than W2.
  • the suction rate is adjusted such that a gas sample which has been suctioned out of the main stream at a suction rate W2 is conveyed through the at least one measuring device at a suction rate W1.
  • the suction rate is adjusted between at least two different high values W2.1 and W2.2 from the second value range and at least one low value W1 from the first value range.
  • At least three different value ranges are defined, from each of which at least one value for the suction rate is set.
  • the value W2 or a high value for the suction rate is selected to be greater than 70 ml/min and the value W1 or a low value less than or equal to 70 ml/min.
  • the suction rate is adjusted using a synchronization device, taking into account at least one main flow parameter, such that at least one relevant section of the main flow is suctioned at a suction rate W2, or a suction rate selected from the second value range.
  • synchronization using the synchronization device is carried out by detecting or receiving at least one main flow parameter, analyzing the at least one main flow parameter with regard to the presence of a first decision criterion that corresponds to the presence of a relevant section in the main flow, and setting the suction rate to a value W2, or to a value selected from the second value range, if the first decision criterion is present.
  • the setting of the extraction rate to the value W2, or to a value from the second value range is carried out with a certain time delay in embodiments of the invention. This allows any existing delays between the at least one evaluated main flow parameter and a section of the Main flow, whether due to design influences, such as the arrangement of a sensor recording the main flow parameter and the sampling point on the main flow or due to properties of the main flow itself, must be taken into account.
  • the average extraction rate is determined depending on the gas storage volume and a cycle length of the main flow.
  • the gas storage volume and/or cycle length are determined in advance. In ventilation applications, this can be done, for example, by the following steps:
  • the tube length is determined using a known change in the gas composition or the concentration of a certain gas component.
  • the suction starts with a detected inspiration, so that the CO2 concentration in the corresponding gas sample in the tube is very low.
  • the change between inspiration and expiration and vice versa can be recognized, so that it can be determined how long the gas sample from a known breathing phase needs to pass through the gas reservoir into the measuring device at a known suction rate.
  • the measured values of the respective gas samples recorded with the aid of the at least one measuring device are computationally equalized over time, taking into account the respective extraction rates, in order to realistically represent the temporal progression.
  • the measured values of the respective gas samples recorded by means of the at least one measuring device are output and/or displayed in a distorted or preferably in a corrected state.
  • at least one characteristic value e.g. fiO2, fiCO2, etO2 or etCO2 is determined from the equalized curve of the measured values.
  • the suction rate is synchronized to relevant sections in a breathing cycle by means of a synchronization device, wherein the main flow is provided by the respiratory gas flowing through a ventilation tube during the ventilation of a patient.
  • a device according to the invention for measuring gas samples in the side stream or a medical device according to the invention is used.
  • the current suction rate of the at least one suction pump is retrieved from the ventilator and used to compensate for the volume or flow measurement and/or the ventilation volume.
  • the invention can be used in the following application examples from ventilation technology.
  • the etO2 value can be determined using an O2 module available on the market, e.g. an electrochemical cell, which is actually too slow for a breath-resolved measurement.
  • the relevant gas sample or the relevant section of the main flow in this case is the end of expiration.
  • the rest of the breathing cycle is less relevant and can be extracted at a lower extraction rate.
  • the key data may be a tube length of 3 m, a tube diameter of 1.5 mm, a respiratory rate of 15/min (corresponding to a respiratory period of 4 s) and a length of the expiratory plateau of about 1.5 s.
  • the O2 measurement is carried out using a measuring device with a chemical cell with a rise time of 2 s.
  • the measurement of the etO2 value is therefore not possible in the traditional sidestream method with a constant suction rate, since the rise time of the O2 sensor, taking into account the tube system (2 s + 0.25 s), is longer than the expiratory plateau (1.5 s) and so the etO2 value is not reached.
  • the measurement of the etO2 value is only possible if the total rise time of the measuring device and the tube system or the gas storage device is only 1.5 s at most.
  • the gas sample relevant in this example within the meaning of the invention is the entire expiratory plateau.
  • the entire expiratory plateau must therefore be measured with increased effective resolution so that the etO2 value is reached at the end of the plateau.
  • an increase in resolution by a factor of 1.7 is sought.
  • the suction rate for taking the relevant gas sample is set to 133 ml/min. While the relevant gas sample is in the measuring device for measurement, the suction rate is set to 80 ml/min.
  • the rise time of the hose system is reduced to approx.
  • etCO2 measurement in neonatology infants and especially premature or newborn babies have breathing rates of up to 60/min. At 60 breaths per minute, the expiratory plateau is only about 250 ms long.
  • the temporal resolution of the measurement must be less than 250 ms. Due to the measurement speed of the module in combination with the mixing of the sample gas in the supply tube, a rise time of 250 ms may not be guaranteed with a traditional CO2 measurement in the sidestream.
  • the temporal resolution during the expiratory plateau can be increased. The rest of the respiratory cycle is less relevant and is shown with lower resolution.
  • CO2 measurement for diagnostic purposes.
  • lung function diagnostics and in ergospirometry the slope of the expiratory rise and the slope during the plateau are relevant.
  • sufficient temporal resolution may not be ensured to realistically reflect the steepness of the expiratory rise.
  • the relevant section of the main stream in the sense of this invention is then the expiratory rise. In this, the temporal resolution is increased, while the rest of the respiratory cycle is measured with a lower resolution.
  • another relevant section in the respiratory cycle is defined, e.g. the fiCO2 value.
  • the relevant section is enlarged so that it also records the fiCO2 value and/or the etCO2 value.
  • the entire range from fiC02 to etCO2 is defined as the relevant section in the main stream within the meaning of this invention. Only the inspiratory drop in the CO2 curve and the inspiratory O plateau would then be irrelevant.
  • Figure 1 A schematic representation of a device according to the invention in a
  • Figures 3 - 9 Schematic representations of further embodiments of a device according to the invention.
  • Figure 10 A representation of the course of CO2 concentration over the respiratory cycle of an adult human.
  • Figure 1 shows a schematic block diagram of a device according to the invention for measuring gas samples in the secondary flow (1).
  • the embodiment according to the invention shown has a gas reservoir (3) designed as a suction hose, which is connected to a main flow (2) at a sampling point for taking gas samples.
  • the device for measuring a gas sample in the secondary flow (1) has a Measuring device M (4) and a suction pump P (5) which has an adjustable suction rate.
  • the device shown for measuring gas samples in the secondary flow (1) has a synchronization device S (6) with which the suction rate of the suction pump (5) can be synchronized with at least one main flow parameter.
  • the device (1) has a detection device (7) which is designed, for example, as a sensor for detecting measured values in the main flow (2).
  • the detection device (7) can be part of the device (1) or a separate module that transmits corresponding values of the at least one main current parameter directly or indirectly to the synchronization device (6).
  • the device (1) shown has a communication device K (8) which is designed to communicate with a main flow device (9).
  • the main flow device (9) is designed as a ventilator B and the main flow (2) is formed by the breathing gas flowing through a ventilation tube.
  • the communication device (8) is designed to receive and/or send data, for example measured values of the measuring device (9), the suction rate of the suction pump (5), data of the synchronization device (6) or a detection device (7) and/or from a main power device (9).
  • the communication device (8) is at least partially integrated into the synchronization device (6), so that the latter is designed for independent communication, for example with a main power device (9).
  • FIG.2(a) the lengths of gas samples in the gas storage (3) of a device for measuring gas samples in the bypass stream (1) according to the prior art are shown in FIG.2(a) and according to the invention in FIG.2(b).
  • the basic structure of the device shown for measuring gas samples in the bypass stream (1) is identical in both cases and comprises a gas storage device (3) connected to the main stream (2), a measuring device (4) and a suction pump (5).
  • relevant sections (11) and irrelevant sections (12) are marked in both representations.
  • the relevant gas samples (13) and irrelevant gas samples (14) sucked into the gas storage device (3) designed as a suction hose are shown accordingly.
  • a relevant gas sample (13) is taken from the main flow (2), while a relevant section (11) flows past the sampling point.
  • the lower part of the representation schematically shows individual volumes of the gas samples (13, 14), which are spaced apart from one another according to the scanning by the measuring device (4).
  • the ratio of the volumes of the gas samples (13, 14), or the length of the gas samples for a defined hose diameter corresponds to the lengths of the respective sections (11, 12) in the main flow (2). This can be seen in FIG.2(a). Taking into account the discrete measurement volumes from the lower part of the illustration, it can be seen that these are arranged equidistantly because the suction rate and sampling rate are constant.
  • the gas samples (13, 14) are taken according to the invention at a higher suction rate when a relevant section (11) of the main stream (2) flows past the sampling point and at a lower suction rate when an irrelevant section (12) of the main stream (2) flows past the sampling point, disproportionately large volumes or lengths of the relevant gas samples (13) can be realized in comparison to the irrelevant gas samples (14).
  • the embodiment according to Figure 3 has a switching valve (15) between the measuring device (4) and two suction pumps (5).
  • the suction pumps (5) preferably have two differently set suction rates, so that the suction rate of the device (1) can be adjusted by switching between the suction pumps (5) using the switching valve (15).
  • the suction rate of one suction pump (5) is set to the value W1 (measuring pump for relevant gas samples) and the suction rate of the other suction pump (5) is set to the value W2 (extraction pump for relevant gas samples).
  • the two suction pumps (5) can be switched back and forth between the measuring line with the measuring device (4) and an auxiliary channel (16) by means of the switching valve (15).
  • Figures 5 and 6 each show an embodiment with two parallel-connected measuring devices (4).
  • two possibly different measurement variables can be determined in parallel, e.g. the O2 and CO2 content of the gas mixture.
  • the embodiment according to Figure 6 also has two parallel gas storage devices (3).
  • Figures 7 and 8 show embodiments with parallel measuring lines, each of which has its own gas reservoir (3), a measuring device (4) and a suction pump (4).
  • the same measurement variable or different measurement variables can be measured in the measuring lines.
  • the etO2 value can be determined with one line and the fiO2 value with the other line, or the O2 content of the gas mixture can be measured in the first line and the CO2 content in the second line.
  • the device for measuring gas samples in the bypass flow (1) has two parallel gas reservoirs (3) and a measuring device (4), wherein the gas reservoirs (3) can be alternately connected to the measuring device (4) using a changeover valve (15). Furthermore, the gas reservoir (3) not connected to the measuring device (4) is connected to a waste channel (17).
  • a suction pump (5) is arranged both in the line of the measuring device (4) and in the waste channel (17).
  • the suction pumps are each set to constant suction rates W1 (first suction pump) and W2 (second suction pump).
  • a relevant gas sample is pumped into the first gas storage G1 by means of the extraction pump (suction rate W2).
  • the relevant gas sample is pumped from the second gas storage G2 through the measuring device (4) by means of the measuring pump (suction rate W1).
  • the valve (15) is then switched and the process is repeated in reverse.
  • the gas sample of the irrelevant phase in the main flow is not passed through the measuring cell (4), but leaves the system through the waste channel (17). This leaves more time to measure the gas sample of the relevant phase. A continuous high-resolution curve is recorded for the relevant gas sample, and no measured values are recorded for the irrelevant sample.
  • Figure 10 shows the course of the CO2 concentration in mmHg over the respiratory cycle of an adult (time in s).
  • the inspiration phase is shown from 0 to 1 s.
  • the expiratory plateau extends from a steep rise shortly after 1 s in a range of CO2 concentration values between 30 and 40 mmHg to a steep drop shortly before about 3 s.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom sowie ein medizintechnisches Gerät. Erfindungsgemäß ist die Absaugrate zur Entnahme von Gasproben aus dem Hauptstrom derart verstellbar, dass die effektive zeitliche Auflösung der Messung einzelner Gasproben signifikant erhöht werden kann.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom sowie medizintechnisches Gerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Gasproben im Nebenstrom, wobei mithilfe mindestens einer Absaugpumpe aus einem Hauptstrom abgeführte Gasproben gemessen werden.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom, mit der mithilfe mindestens einer Absaugpumpe aus einem Hauptstrom abgeführte Gasproben gemessen werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein medizintechnisches Gerät aufweisend eine Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom.
In verschiedenen Anwendungen ist es von Interesse, den Verlauf bestimmter Parameter eines strömenden Gases oder Gasgemisches, zum Beispiel den Anteil bestimmter Bestandteile eines strömenden Gasgemisches, im Verlauf der Zeit bzw. zu bestimmten Zeitpunkten zu ermitteln.
Beispielsweise im Zuge des medizinischen Patienten-Monitoring oder der Beatmung von Patienten ist die Bestimmung verschiedener Gasgehalte sowohl in der dem Patienten zugeführten Luft als auch in der Ausatemluft von Interesse. Zum Beispiel erfolgt die Bestimmung des Kohlenstoffdioxid-Gehalts (CO2) oder des Sauerstoff-Gehalts (02) unter Verwendung von geeigneten Sensoren. Auch die Bestimmung des Gehalts anderer Gase in der Atemluft, wie beispielsweise VOC (flüchtige organische Stoffe), Wasserstoff oder Anästhesiegasen, ist in bestimmten Anwendungen von Interesse. Je nach Anwendungsfall ist dabei eine zeitlich hochaufgelöste Messung des jeweiligen Gases erforderlich.
Der Atemzyklus eines Menschen und anderer entsprechend atmender Lebewesen setzt sich aus der Einatmung (Inspiration) und der Ausatmung (Exspiration) zusammen. Wird Umgebungsluft eingeatmet, so beträgt die inspiratorische Sauerstoff-Konzentration (fiO2) etwa 21 Vol.-% und die CO2-Konzentration (fiCO2) ist nahezu 0 Vol.-%. Zu Beginn der Exspiration steigt der CO2-Gehalt typischerweise schnell an, und mündet in ein Plateau mit geringerer Steigung. Am Ende der Ausatmung verbleibt eine end-tidale Sauerstoff-Konzentration (etO2) von etwa 16 Vol.-% in der Ausatemluft, während die CO2-Konzentration auf einen end-tidalen Wert (etCO2) von ca. 5 Vol.-% gestiegen ist. Ein Atemzyklus bestehend aus Exspiration und Inspiration dauert typischerweise bei Erwachsenen zwischen 2 und 5 s. Bei Neugeborenen ist der Atemzyklus mit 1 bis 2 s deutlich kürzer (30 bis 60 Atemzüge/Minute). Bei speziellen Beatmungsmustern werden noch deutlich höhere Atemfrequenzen angewandt wie z.B. 120 Atemzüge/Minute bei CCSV (Chest Compression Synchronized Ventilation) oder bis zu 25 Atemzüge/Sekunde bei HFO-Beatmung (High Frequency Oscillation).
In der Medizin ist es beispielsweise üblich, den Verlauf des CO2-Gehalts in der Ausatemluft während der Atmung eines Patienten zu bestimmen. Dabei können verschiedene Teile der gemessenen Kurve von Relevanz sein. Der wichtigste Parameter ist meist der end-tidale CO2- Wert (etCO2). Im Rahmen der Diagnostik kann jedoch auch die Steilheit der Kurve zu Beginn der Exspiration oder während des exspiratorischen Plateaus relevant sein. Bei einer 02- Messung wäre dagegen nicht nur die end-tidale (etO2) sondern auch die inspiratorische Konzentration (fiO2) essentiell. Ob die Bestimmung der verschiedenen relevanten Parameter aus der gemessenen Atemgaskurve möglich ist, hängt maßgeblich von der vorliegenden Atemfrequenz und von der zeitlichen Auflösung der Messung ab. Die zeitliche Auflösung der Messung wird dabei sowohl durch das Messmodul selbst bestimmt, als auch durch den pneumatischen Aufbau des Systems.
Zur Messung des CO2-Gehaltes in der Atemluft gibt es gemäß dem Stand der Technik grundsätzlich zwei pneumatische Verfahren, die im Zusammenhang mit der Beatmung von Patienten Anwendung finden. Das Atemgas strömt durch ein Schlauchsystem des Beatmungsgeräts je nach Atemphase zum Patienten hin oder von diesem weg. Im sogenannten Hauptstromverfahren wird das komplette Atemgas des Patienten direkt in bzw. an diesem Schlauchsystem und somit im Hauptstrom des Atemgases analysiert. Dahingegen wird im Nebenstromverfahren ein Probengas aus dem Hauptstrom abgesaugt und analysiert. Die Entnahme des Probengases erfolgt beim Nebenstromverfahren in der Regel patientennah, sodass sowohl das ein- als auch das ausgeatmete Gas analysiert werden können. Mithilfe einer Absaugpumpe wird das Probengas durch einen Absaugschlauch zur Messstelle im Gasanalysemodul geführt. Das Gasanalysemodul befindet sich in der Regel patientenfern im Beatmungsgerät oder Monitoring-Gerät. Der Absaugschlauch hat üblicherweise eine Länge von bis zu drei Metern. Durch die Vermischung des Probengases im Absaugschlauch und in den diversen pneumatischen Komponenten im Nebenstrompfad wird die Flankensteilheit der gemessenen CO2-Kurve limitiert, sodass die zeitliche Auflösung des Gesamtsystems geringer ist als in einer Hauptstrommessung.
Als Gasanalysemodul werden oft CO2-Sensoren auf Basis von Infrarot-Spektroskopie eingesetzt. Die Anstiegszeit t(10%-90%) von Sensoren dieser Art beträgt beispielsweise etwa 100 ms. Für kompakte Beatmungsgeräte nutzbare O2-Sensoren sind wesentlich langsamer. Elektrochemische Zellen für die O2-Messung liefern beispielsweise eine Anstiegszeit von etwa 2 s oder mehr.
Die zeitliche Auflösung des Gesamtsystems setzt sich zusammen aus der Anstiegszeit des Messmoduls in Kombination mit dem pneumatischen System, das eine Vermischung des Probengases erzeugt. Die zeitliche Auflösung des Gesamtsystems muss jeweils hinreichend groß sein, um die für die Anwendung relevanten Parameter in der CO2- oder O2-Kurve zu bestimmen. Mit Systemen aus dem Stand der Technik ist beispielsweise mit einer elektrochemischen Zelle die Bestimmung des etO2- oder fiO2-Wertes in den meisten Anwendungen nicht durchführbar. Mit einem CO2-Sensor auf Basis der Infrarot-Spektroskopie ist die Bestimmung von fiC02 und etCO2 bei Standard-Anwendungen bereits zuverlässig möglich. Kritisch wird die zeitliche Auflösung der CO2-Messung in der Neonatologie oder bei Verwendung von Spezial-Beatmungsmustern. Eine höhere zeitliche Auflösung der CO2- Messung wäre auch in der Diagnostik wünschenswert, wenn bspw. Steilheit und Dauer der Anstiege bestimmt werden, und nicht nur fiCO2 und etCO2.
Stand der Technik ist, dass die zeitliche Auflösung der Messung durch Erhöhung der Absaugrate verbessert wird. Die Absaugpumpe wird üblicherweise mit konstanter Absaugrate betrieben. Eine simple Erhöhung der Absaugrate kann die durch das Schlauchsystem erzeugten Effekte verbessern, nicht aber die zeitliche Auflösung des Analysemoduls selbst erhöhen. Zudem ist eine dauerhafte Erhöhung der Absaugrate auch nur in begrenztem Maße möglich, da eine zu große Absaugmenge den Betrieb des Beatmungsgeräts stört. Besonders bei Patienten mit geringem Atemvolumen liegen übliche Absaugraten in der Größenordnung des Beatmungsflows und können daher nicht vernachlässigt werden. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom zu schaffen, die eine abschnittsweise verbesserte Auflösung der Messung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein medizintechnisches Gerät zu schaffen, das eine abschnittsweise verbesserte Auflösung der Messung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein medizintechnisches Gerät gemäß Patentanspruch 19 gelöst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Messung von Gasproben im Nebenstrom anzugeben, das eine abschnittsweise verbesserte Auflösung der Messung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 21 gelöst.
In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung beansprucht.
Die nachfolgend offenbarten Merkmale einer Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom, eines medizintechnischen Gerätes sowie eines Verfahrens zur Messung von Gasproben im Nebenstrom sind sowohl einzeln als auch in allen ausführbaren Kombinationen Bestandteil der Erfindung.
Grundlegend für die Erfindung ist die zeitweise Erhöhung der Absaugrate zur Absaugung von Gasproben aus einem Gasstrom, um so die effektive Auflösung der Messung dieser Gasproben zu erhöhen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom weist zumindest einen Gasspeicher, mindestens eine Messvorrichtung und mindestens eine Absaugpumpe auf.
Der mindestens eine Gasspeicher, die mindestens eine Messvorrichtung und die mindestens eine Absaugpumpe sind in Ausführungsformen der Erfindung in Reihe geschaltet bzw. entsprechend miteinander verbunden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung sind Parallelschaltungen einzelner oder mehrerer der Komponenten Gasspeicher, Messvorrichtung und Absaugpumpe vorgesehen.
Beispielsweise ist eine Parallelschaltung ganzer Stränge aus Gasspeicher, Messvorrichtung und Absaugpumpe oder die Parallelschaltung mehrerer Messvorrichtungen mit einem gemeinsamen Gasspeicher und einer gemeinsamen Absaugpumpe oder individuell zugeordneten Absaugpumpen erfindungsgemäß möglich. Durch eine Taktung der hochaufgelösten Abschnitte aus parallelen Messsträngen nacheinander, kann in entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung durch das Zusammensetzen der hochaufgelösten Abschnitte der einzelnen Stränge eine hochaufgelöste Messung über den gesamten Verlauf eines Hauptstroms realisiert werden.
Der Gasspeicher ist in Ausführungsformen der Erfindung zumindest teilweise durch eine Schlauchleitung realisiert, die eine Entnahmestelle am Hauptstrom mit der Messvorrichtung verbindet.
Die Messvorrichtung weist mindestens eine Messzelle auf und ist in Ausführungsformen der Erfindung zur Detektion eines Gases in einer Gasprobe und/oder zur Messung des Anteils zumindest eines Gases an einer Gasprobe ausgebildet. Grundsätzlich ist in entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung jedoch jede mithilfe einer entsprechenden Messvorrichtung messbare Eigenschaft der Gasprobe messbar.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die mindestens eine Messvorrichtung zur Detektion und/oder zur Bestimmung des Anteils von CO2, 02, N20, Argon, N2, CO, Wasserdampf, flüchtigen organischen Bestandteilen (VCO) und/oder eines Anästhesiegases im Gasgemisch einer Gasprobe ausgebildet. Je nach Anwendung sind jedoch auch andere Gase denkbar.
Die Messvorrichtung weist je Messgröße eine bestimmte Abtastrate und eine bestimmte Anstiegszeit auf.
In Ausführungsformen der Erfindung weist die Messvorrichtung einen CO2-Sensor und/oder einen O2-Sensor auf.
Ein CO2-Sensor kann beispielsweise durch eine Infrarot-Spektroskopie realisiert sein und in Ausführungsformen eine Abtastrate von 40 Hz und/oder eine Anstiegszeit von 100 ms aufweisen. Ein 02-Sensor kann beispielsweise als eine elektrochemische Zelle realisiert sein und in Ausführungsformen eine Anstiegszeit von etwa 2 bis 10 s aufweisen.
Die Einstellung der Absaugrate kann erfindungsgemäß entweder durch das Umschalten zwischen mindestens zwei Absaugpumpen mithilfe mindestens eines Ventils erfolgen, wobei die verschiedenen Absaugpumpen auf mindestens zwei verschiedene Absaugraten eingestellt sind, oder durch das Verstellen der Absaugrate mindestens einer Absaugpumpe.
Die Verstellung der Absaugrate kann dabei in Ausführungsformen kontinuierlich bzw. gleitend und in anderen Ausführungsformen der Erfindung sprunghaft erfolgen.
Die mindestens eine Absaugpumpe ist zur Absaugung von Gasproben aus dem Hauptstrom durch den Gasspeicher und in die mindestens eine Messzelle der mindestens einen Messvorrichtung hinein ausgebildet.
In entsprechenden Ausführungsformen weist mindestens eine Absaugpumpe eine verstellbare Absaugrate auf.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Absaugrate mindestens einer Absaugpumpe schnell anpassbar. Eine schnelle Anpassung der Absaugrate im Sinne dieser Schrift ist eine Anpassung der Absaugrate von 50 ml/min auf 100 ml/min in 0,5 s, in besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung von 0 ml/min auf 300 ml/min in höchstens 0,2s.
Dabei ist es abhängig von der jeweiligen Anwendung entscheidend, dass die Absaugrate der jeweiligen Absaugpumpe je nach der Dauer einzelner zu messender Abschnitte im Hauptstrom schnell genug definiert variierbar ist. In einer beispielsweisen Anwendung in der Beatmungstechnik für Neugeborene mit einem Atemzyklus von etwa 1s muss auch die Absaugrate entsprechend innerhalb dieses Atemzyklus schnell genug zwischen mindestens zwei verschiedenen Werten verstellbar sein.
In Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere in Anwendungen in der Beatmungstechnik, weist die mindestens eine Absaugpumpe eine zwischen 0 ml/min und mindestens 300 ml/min, besonders bevorzugt eine zwischen 0 ml/min und 1 L/min einstellbare Absaugrate auf. Dadurch sind geeignete Absaugraten für verschiedene Patiententypen (Neugeborene, Kleinkinder, Erwachsene) unter Berücksichtigung des jeweils erwartbaren Beatmungsflows einstellbar. Entsprechend gilt die schnelle Anpassbarkeit der Absaugrate in entsprechenden Ausführungsformen auch für die Verstellung der Absaugrate durch das Umschalten zwischen mindestens zwei Absaugpumpen mit voneinander verschiedenen Absaugraten mithilfe mindestens eines steuerbaren Ventils bzw. Umschaltventils.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Absaugrate grundsätzlich auf einen ersten Wert W1 eingestellt und ist vorübergehend zur Erhöhung der effektiven Auflösung der Messung von Gasproben auf einen Wert W2 erhöhbar. W2 ist also eine höhere Absaugrate als W1.
In Ausführungsformen der Erfindung ist W1 > 0, sodass eine kontinuierliche Absaugung von Gasproben aus dem Hauptstrom erfolgt. In entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung ist eine kontinuierliche Messung von Gasproben aus dem Hauptstrom möglich.
In Ausführungsformen der Erfindung sind mehr als zwei verschiedene diskrete Werte für die Absaugrate einstellbar oder die Absaugrate ist kontinuierlich variierbar.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Absaugrate zumindest zwischen einem ersten Wert W1 aus einem ersten Wertebereich (niedriger Wertebereich) und zumindest einem zweiten höheren Wert W2 aus einem zweiten Wertebereich (hoher Wertebereich) verstellbar, wobei W1 kleiner als W2 ist.
In Ausführungsformen der Erfindung ist der kleinste Wert des zweiten Wertebereichs größer als der höchste Wert des ersten Wertebereichs.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Absaugrate zwischen mindestens zwei verschiedenen hohen Werten W2.1 und W2.2 aus dem zweiten Wertebereich und mindestens einem niedrigen Wert W1 aus dem ersten Wertebereich verstellbar.
In Ausführungsformen der Erfindung sind mindestens drei verschiedene Wertebereiche definiert, aus denen jeweils mindestens ein Wert für die Absaugrate einstellbar ist.
Der Wert W2 bzw. ein hoher Wert für die Absaugrate ist in Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere bei Anwendungen in der Beatmungstechnik, größer als 70 ml/min und der Wert W1 bzw. ein niedriger Wert kleiner gleich 70 ml/min gewählt. In bevorzugten Ausführungsformen, insbesondere bei Anwendungen in der Beatmungstechnik, liegt der Wert W2 bzw. ein hoher Wert für die Absaugrate in einem Bereich von etwa 200 ml/min bis 1 L/min (zweiter Wertebereich).
In Ausführungsformen der Erfindung ist der kleinste Wert des ersten Wertebereichs als 0 ml/min (kein Volumenstrom) gewählt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist der kleinste Wert des ersten Wertebereichs größer als 0 ml/min.
In Ausführungsformen der Erfindung für Anwendungen in der Beatmungstechnik ist der Parameterbereich für den Wert W2 bzw. einen hohen Wert für die Absaugrate je nach Patiententyp kategorisiert. Patiententypen können dabei beispielsweise Neugeborene, Kleinkinder und Erwachsene sein.
In Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Maximalwert der Absaugrate für Neugeborene etwa 300 ml/min, wobei eine mittlere Absaugrate von etwa 70 ml/min nicht überschritten wird, für Kleinkinder etwa 500 ml/min, wobei eine mittlere Absaugrate von etwa 90 ml/min nicht überschritten wird, und für Erwachsene etwa 1 L/min, wobei eine mittlere Absaugrate von etwa 170 ml/min nicht überschritten wird.
Zudem hängt die maximal mögliche Absaugrate in Beatmungsanwendungen von der jeweiligen Atemphase ab, denn die Absaugrate ist wie in allen Anwendungen ultimativ durch den Hauptstrom-Flow begrenzt. Am Ende der Exspiration ist beispielsweise der Ausatem-Flow eines Patienten relativ gering und im Nebenstrom kann nicht mehr abgesaugt werden, als im Hauptstrom fließt.
Die Verstellung der Absaugrate bewirkt, dass in einem Zeitabschnitt mit einer höheren Absaugrate mehr Gasgemisch aus dem Hauptstrom abgesaugt wird als in einem Zeitabschnitt mit einer niedrigeren Absaugrate. Im in der Regel überwiegend durch eine Schlauchleitung realisierten Gasspeicher sind die zu einem bestimmten Zeitpunkt aus dem Hauptstrom abgesaugten Gasproben unter Vernachlässigung einer gewissen Vermischung chronologisch hintereinander zwischengespeichert. Eine mit hoher Absaugrate abgesaugte Gasprobe ist im Schlauch somit in Bezug auf den tatsächlichen Verlauf im Hauptstrom überproportional lang im Vergleich mit einer mit niedriger Absaugrate abgesaugten Gasprobe. Bei einer zeitlich konstanten Abtastung der jeweiligen Gasprobe in der Messzelle bedeutet dies eine Erhöhung der Zahl der tatsächlichen Abtastungen der bei der höheren Absaugrate abgesaugten Gasprobe, wenn diese mit einem niedrigeren Volumenstrom durch die Messzelle hindurch gefördert wird. Dadurch wird gemäß der Erfindung die effektive Auflösung der Messung für mit höherer Absaugrate abgesaugte Gasproben verbessert.
In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist für eine unverzerrte Darstellung des Messsignals der mindestens einen Messvorrichtung das zeitabhängige Ausgangssignal unter Berücksichtigung der Absaugrate der jeweiligen Gasprobe kompensierbar.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Einstellung der Absaugrate derart mit dem Speichervolumen des zugeordneten Gasspeichers abgestimmt, dass die Absaugrate auf einen Wert W1, bzw. einen Wert aus dem ersten niedrigen Wertebereich, einstellbar ist, wenn eine mit dem Wert W2, bzw. einer aus dem zweiten Wertebereich gewählten, höheren Absaugrate abgesaugte Gasprobe im Bereich mindestens einer Messzelle der Messvorrichtung angelangt ist. Dadurch wird die Zeit verlängert, in der die jeweilige Gasprobe in der Messzelle abgetastet wird, sodass die effektive Auflösung der Messung der jeweiligen Gasproben verbesserbar ist.
In Ausführungsformen der Erfindung ist das Volumen des Gasspeichers dazu mindestens halb so groß, wie das Gesamtvolumen der über einen (Atem-)Zyklus abgesaugten Gasproben.
In Ausführungsformen der Erfindung weist die Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom eine Synchronisationseinrichtung zur Synchronisation der Absaugrate mit mindestens einem Parameter in Bezug auf den Hauptstrom (Hauptstromparameter) auf.
Der Hauptstromparameter ist in Ausführungsformen der Erfindung als Druckwert, Volumenstromwert, Temperaturwert oder als Anteil eines bestimmten Gases im Gasgemisch des Hauptstroms definiert.
In alternativen Ausführungsformen kann der Hauptstromparameter auch durch indirekte Werte / Messsignale gegeben sein, die einen entsprechenden Rückschluss auf den Hauptstrom zulassen.
Beispielsweise sind dazu Druck- oder Volumenstrommesswerte aus dem Nebenstrom, vorgegebene Betriebsparameter einer Hauptstromvorrichtung, die den Gasstrom im Hauptstrom beeinflussen, oder ein (Trigger-)Signal einer im Bereich des Hauptstroms angeordneten separaten Detektionseinrichtung geeignet. In Anwendungen der Beatmungstechnik ist das Beatmungsgerät eine solche Hauptstromvorrichtung, die beispielsweise durch die Parameter des vorgegebenen Beatmungsdrucks und/oder des Volumenstroms für die Beatmung den Gasstrom im Hauptstrom beeinflusst. Eine Detektionseinrichtung im Bereich des Hauptstroms kann in derartigen Anwendungen etwa ein Spontanatmungstrigger sein. Auch sind Steuersignale eines Beatmungsgeräts, die beispielsweise Beginn oder Ende der Inspirations- oder Exspirationsphase angeben, in Ausführungsformen der Erfindung entsprechend nutzbar.
In Ausführungsformen der Erfindung sind mithilfe der Synchronisationseinrichtung mindestens zwei der obengenannten Parameter miteinander oder mindestens einer der obengenannten Parameter mit mindestens einem weiteren Parameter zur Synchronisation der Absaugrate kombiniert.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Synchronisationseinrichtung mithilfe der Auswertung mindestens eines Hauptstromparameters zur Detektion eines relevanten Abschnitts im Hauptstrom ausgebildet, wobei die Absaugrate bei der Detektion eines relevanten Abschnitts im Hauptstrom auf eine Absaugrate mit dem Wert W2, bzw. eine aus dem zweiten hohen Wertebereich gewählte Absaugrate, einstellbar ist.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Absaugrate nach der Detektion des Endes eines relevanten Abschnitts oder nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeit auf die Absaugrate W1 , bzw. auf eine aus dem niedrigen Wertebereich gewählte Absaugrate einstellbar.
In Ausführungsformen der Erfindung ist das Auftreten eines relevanten und/oder eines irrelevanten Abschnitts im Hauptstrom prognostizierbar, sodass die Absaugrate entsprechend einstellbar ist.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Absaugrate mithilfe der Synchronisationseinrichtung im Hinblick auf mindestens einen relevanten Abschnitt in einem zyklischen Hauptstrom derart synchronisierbar, dass in dem mindestens einen relevanten Abschnitt des Zyklus die Absaugrate auf einen höheren Wert W2, bzw. einen aus dem zweiten Wertebereich gewählten Wert, und in dem mindestens einen übrigen Abschnitt des Zyklus auf einen Wert W1 , bzw. einen aus dem ersten niedrigen Wertebereich gewählten Wert, einstellbar ist, während die Gasprobe bzw. die Gasproben des relevanten Abschnitts aus dem Hauptstrom abgesaugt wird bzw. werden. In Ausführungsformen der Erfindung ist es somit möglich, mehrere relevante Abschnitte für eine Probenentnahme aus dem Hauptstrom zu definieren, die mithilfe der Synchronisationseinrichtung entsprechend detektierbar und/oder prognostizierbar sind, sodass die Absaugrate für die relevanten Abschnitte auf einen Wert W2, bzw. einen aus dem zweiten Wertebereich gewählten höheren Wert, oder auf sich für die einzelnen relevanten Abschnitte unterscheidende Werte aus dem hohen Wertebereich einstellbar ist.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Absaugrate je nach erwarteter Dynamik des mindestens einen zu erfassenden Messwerts in einem relevanten Abschnitt eines ggf. zyklischen Hauptstroms und unter Berücksichtigung der Anstiegszeit der Messvorrichtung auf einen entsprechenden Wert W2 oder einen aus dem zweiten Wertebereich gewählten Wert einstellbar, sodass eine Messung des mindestens einen Messwerts mit einer hinreichenden effektiven zeitlichen Auflösung ermöglicht ist.
In Ausführungsformen der Erfindung, in denen ein Teil des Zyklus des Hauptstroms relevant ist (bspw. die Exspiration in einem Atemzyklus) und der andere Teil des Zyklus (bspw. die Inspiration in einem Atemzyklus) irrelevant ist, ist die relevante Gasprobe mit einer Absaugrate W2, bzw. einer aus dem zweiten Wertebereich gewählten hohen Absaugrate, aus dem Hauptstrom entnehmbar und mit einer Absaugrate W1 , bzw. einer aus dem ersten Wertebereich gewählten niedrigen Absaugrate, in der Messvorrichtung vermessbar. Die irrelevante Gasprobe ist umgekehrt mit niedriger Absaugrate entnehmbar und mit hoher Absaugrate vermessbar. Dabei sind die Absaugraten für den relevanten und den irrelevanten Teil des Zyklus bevorzugt so gewählt, dass das abgesaugte Volumen der Gasproben für den relevanten Teil gleich groß ist wie das abgesaugte Volumen der Gasproben für den irrelevanten Teil. In einem Aufbau mit serieller Anordnung von Gasspeicher, Messvorrichtung und Absaugpumpe ist so sichergestellt, dass die jeweilige Einstellung der Absaugrate für die gesamte Länge der Messung der Gasprobe(n) Bestand hat.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, in denen zwischen zwei diskreten Werten W1 und W2 für die Absaugrate umgestellt wird gelten die Zusammenhänge, dass der Quotient aus der Dauer des irrelevantem und des relevantem Hauptstromabschnitts (tjrrelevant / t_relevant) gleich dem Quotienten der Absaugraten W2 und W1 (W2/W1) ist und dass jeweils das Produkt aus der Absaugrate und der Dauer des damit abgesaugten Hauptstromanschnitts gleich dem abgesaugten Probenvolumen im Gasspeicher ist. Dabei ist W2 > W1 und vorzugsweise tjrrelevant > t_relevant. Die beiden Absaugraten werden in Ausführungsformen der Erfindung so gewählt, dass bei der resultierenden mittleren Absaugrate die Durchlaufzeit einer Gasprobe durch den Gasspeicher von der Entnahmestelle zur Messvorrichtung etwa dem (N+1/2)-fachen der Hauptstromperiode (Atemperiode) entspricht, wobei N eine natürliche Zahl ist. Die Flankensteilheit und Abtastrate der relevanten Zyklushälfte werden so auf Kosten der Flankensteilheit und Abtastrate der irrelevanten Zyklushälfte erhöht.
In Ausführungsformen der Erfindung, in denen in jedem Hauptstromzyklus (z.B. Atemzyklus) zwei relevante Abschnitte (z.B. der exspiratorische Anstieg sowie den etCO2-Wert am Ende der Exspiration) definiert sind und die zwei Abschnitte dazwischen irrelevant sind, kann die Durchlaufzeit nicht wie beim ersten Beispiel dem (N+1/2)-fachen der Hauptstromperiode (z.B. Atemperiode) entsprechen, denn dann würde unter Umständen die erste relevante Probe auf Kosten der zweiten relevanten Probe mit höherer zeitlicher Auflösung vermessen werden. In diesem Fall sind die Absaugraten in Ausführungsformen der Erfindung so gewählt, dass die Durchlaufzeit einer Gasprobe durch den Gasspeicher etwa dem (N+1/4)-fachen der Hauptstromperiode (z.B. Atemperiode) entspricht.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt der Zyklus der periodisch variierten Absaugrate ein n-faches des Hauptstromzyklus (z.B. der Atemperiode), wobei n eine natürliche Zahl ist. Es wird dann nur alle n Hauptstromzyklen mindestens eine relevante Gasprobe mit erhöhter Auflösung ausgewertet. Hierdurch kann der Erhöhungsfaktor der Auflösung vergrößert werden.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Absaugrate mithilfe der Synchronisationseinrichtung auf relevante Abschnitte in einem Atemzyklus synchronisiert, wobei der Hauptstrom durch das bei der Beatmung eines Patienten durch einen Beatmungsschlauch strömendes Atemgas gegeben ist.
Die Schlauchleitung des Gasspeichers dient in den entsprechenden Ausführungsformen der Erfindung dem Transport einer Gasprobe von der Entnahmestelle am Hauptstrom zur Messvorrichtung. Auf diesem Weg ist eine gewisse Vermischung einer Gasprobe mit in der Schlauchleitung benachbarten Gasproben unvermeidlich, sodass die Messung einer jeden Gasprobe durch benachbarte Gasproben mit sich unterscheidendem Gasanteil verfälscht wird.
Auch diesem Problem begegnet die erfindungsgemäße Erhöhung der Absaugrate für Gasproben relevanter Abschnitte aus dem Hauptstrom dadurch, dass diese das Volumen der relevanten Gasprobe im Gasspeicher im Vergleich zu einer konstanten Absaugrate vergrößert. Bei einer Schlauchleitung mit einem bestimmten Innendurchmesser wird somit die Länge der relevanten Gasproben in der Schlauchleitung verlängert, sodass sich diese überwiegend nur noch in den Randbereichen mit benachbarten Gasproben vermischen. Bei einer Messung über die gesamte Gasprobe ist dadurch eine höhere Realitätstreue der Messung erreichbar.
In Ausführungsformen der Erfindung wird die Vermischung benachbarter Gasproben weiter verringert, indem die Schlauchleitung einen möglichst kleinen Innendurchmesser aufweist.
In Anwendungen der Beatmungstechnik ist dazu ein Innendurchmesser der Schlauchleitung in einem Bereich von etwa 1 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von etwa 1,5 mm gewählt.
Je nach Anwendung der Erfindung und der implementierten Ausführungsform können sich bestimmte Anforderungen an das Mindestvolumen des Gasspeichers und damit auch der Schlauchleitung stellen.
In Ausführungsformen der Erfindung für Anwendungen der Beatmungstechnik, in denen mindestens ein relevanter Bereich des zyklischen Atemluftstroms mit erhöhter Auflösung gemessen werden soll, beträgt das Volumen des Gasspeichers mindestens die Hälfte des in einem Atemzyklus aus dem Hauptstrom abgesaugten Probengases, um eine Synchronisierung der Absaugrate derart implementieren zu können, dass eine mit einer hohen Absaugrate abgesaugte Gasprobe mit einer niedrigen Absaugrate durch die Messzelle der entsprechenden Messvorrichtung förderbar ist.
In Ausführungsformen der Erfindung beträgt das Volumen des Gasspeichers etwa 2 ml bis 10 ml.
Für eine typische Konfiguration in der Beatmungstechnik ergibt sich bei einer mittleren Absaugrate von 100 ml/min und einer Atemzykluslänge von 2 s ein Mindestvolumen des Gasspeichers von etwa 3 ml. Bei einer Schlauchlänge von 2 m (typisch sind etwa 2 bis 3 m) ergibt sich dadurch ein Wert von etwa 1 ,4 mm als minimaler Innendurchmesser der Schlauchleitung.
In Ausführungsformen der Erfindung weist die Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom weitere pneumatische Komponenten wie beispielsweise eine Wasserfalle auf.
In Ausführungsformen der Erfindung weist die Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom mindestens ein Umschaltventil im Bereich mindestens einer Messvorrichtung auf, mit dem die Absaugung im Bereich der Messvorrichtung zumindest vorübergehend deaktivierbar ist. Dadurch lassen sich einzelne Gasproben länger vermessen.
In Ausführungsformen der Erfindung weist die Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom mindestens ein Umschaltventil im Bereich mindestens einer Messvorrichtung auf, mit dem der abgesaugte Gasstrom zwischen mindestens zwei verschiedenen Messvorrichtungen oder mindestens einer Messvorrichtung und einem Abluftkanal hin- und her schaltbar ist, sodass dieser je nach Ventilstellung in jeweils eine Messvorrichtung leitbar ist.
In Ausführungsformen der Erfindung werden mindestens zwei Umschaltventile verwendet, die derart angeordnet sind, dass dieselbe Gasprobe nacheinander in verschiedenen Messvorrichtungen und/oder verschiedene Gasproben zeitlich unabhängig voneinander in parallel geschalteten Messvorrichtungen vermessbar sind.
In einem Anwendungsbeispiel in der Beatmungstechnik sollen die Werte für fiO2, etO2 und etCO2 gemessen werden. Dabei sind die sonstigen zeitlichen Verläufe (zwischen den fi- bzw. et-Werten) der Konzentrationswerte beim Sauerstoff irrelevant, beim CO2 aber relevant.
In Ausführungsformen der Erfindung weist die Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom eine Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit einer Hauptstromvorrichtung auf. Dadurch sind Betriebsparameter der Hauptstromvorrichtung mit Messwerten der Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom synchronisierbar und/oder es ist die Absaugrate der Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom für die Hauptstromvorrichtung berücksichtigbar.
Ein erfindungsgemäßes medizintechnisches Gerät weist mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom auf.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen medizintechnischen Geräts sind zumindest die Messvorrichtung und/oder die Absaugpumpe der Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom in das Gehäuse des medizintechnischen Geräts integriert.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen medizintechnischen Geräts ist dieses zur Übertragung von Daten mit der mindestens einen Messvorrichtung und/oder der Synchronisationseinrichtung verbunden.
In Ausführungsformen der Erfindung ist das medizintechnische Gerät als ein Beatmungsgerät, ein Patientenmonitor oder als ein Defibrillator mit Monitoring-Funktion ausgebildet. In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Beatmungsgeräts ist die aktuelle Absaugrate der Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom vom Beatmungsgerät abrufbar und zur Kompensation in der Volumen- oder Flow-Messung und/oder des Beatmungsvolumens nutzbar.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Messung von Gasproben im Nebenstrom umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
- Absaugen von Gasproben aus einem Hauptstrom mithilfe mindestens einer Absaugpumpe durch mindestens einen Gasspeicher hindurch, Messen der Gasproben mithilfe mindestens einer Messvorrichtung, Einstellung der Absaugrate auf einen Wert W2 für mindestens einen Zeitabschnitt der Messung zur Entnahme mindestens einer Gasprobe, Einstellung der Absaugrate der Absaugrate auf einen zweiten Wert W1 für mindestens einen anderen Zeitabschnitt der Messung zur Entnahme mindestens einer weiteren Gasprobe und/oder zur Vermessung einer mit der Absaugrate W2 abgesaugten Gasprobe, wobei W1 kleiner als W2 ist.
Die Verstellung der Absaugrate erfolgt in Ausführungsformen der Erfindung durch die Einstellung der Absaugrate mindestens einer Absaugpumpe und/oder das Umschalten mindestens eines steuerbaren Ventils bzw. eines Umschaltventils zwischen mindestens zwei Absaugpumpen mit unterschiedlichen Absaugraten.
Die Verstellung der Absaugrate erfolgt in Ausführungsformen der Erfindung sprunghaft oder kontinuierlich bzw. gleitend.
In Ausführungsformen ist der Wert W1 für die Absaugrate aus einem ersten Wertebereich und der Wert W2 aus einem zweiten Wertebereich gewählt.
In Ausführungsformen der Erfindung ist der höchste Wert des ersten Wertebereichs kleiner, als der niedrigste Wert des zweiten Wertebereichs.
In vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Absaugrate derart verstellt, dass eine Gasprobe, die mit einer Absaugrate W2 aus dem Hauptstrom abgesaugt wurde, mit einer Absaugrate kleiner als W2 durch die mindestens eine Messvorrichtung hindurch gefördert wird. In besonders vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Absaugrate derart verstellt, dass eine Gasprobe, die mit einer Absaugrate W2 aus dem Hauptstrom abgesaugt wurde, mit einer Absaugrate W1 durch die mindestens eine Messvorrichtung hindurch gefördert wird.
In Ausführungsformen der Erfindung wird die Absaugrate zwischen mindestens zwei verschiedenen hohen Werten W2.1 und W2.2 aus dem zweiten Wertebereich und mindestens einem niedrigen Wert W1 aus dem ersten Wertebereich verstellt.
In Ausführungsformen der Erfindung sind mindestens drei verschiedene Wertebereiche definiert, aus denen jeweils mindestens ein Wert für die Absaugrate eingestellt wird.
Der Wert W2 bzw. ein hoher Wert für die Absaugrate ist in Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere bei Anwendungen in der Beatmungstechnik, größer als 70 ml/min und der Wert W1 bzw. ein niedriger Wert kleiner gleich 70 ml/min gewählt.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Einstellung der Absaugrate mithilfe einer Synchronisationseinrichtung unter Berücksichtigung mindestens eines Hauptstromparameters derart vorgenommen, dass mindestens ein relevanter Abschnitt des Hauptstroms mit einer Absaugrate W2, bzw. einer aus dem zweiten Wertebereich gewählten Absaugrate, abgesaugt wird.
Die Synchronisation mithilfe der Synchronisationseinrichtung erfolgt in Ausführungsformen der Erfindung durch das Erfassen oder Empfangen mindestens eines Hauptstromparameters, eine Analyse des mindestens einen Hauptstromparameters im Hinblick auf das Vorliegen eines ersten Entscheidungskriteriums, das dem Vorliegen eines relevanten Abschnitts im Hauptstrom entspricht, und eine Einstellung der Absaugrate auf einen Wert W2, bzw. auf einen aus dem zweiten Wertebereich gewählten Wert, wenn das erste Entscheidungskriterium vorliegt.
Je nach Abhängigkeiten zwischen dem mindestens einen Hauptstromparameter bzw. dem Eintreten des jeweiligen Entscheidungskriteriums im Hinblick auf den mindestens einen Hauptstromparameter und dem relevanten Abschnitt des Hauptstroms, wird die Einstellung der Absaugrate auf den Wert W2, bzw. auf einen Wert aus dem zweiten Wertebereich, in Ausführungsformen der Erfindung mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung vorgenommen. Dadurch können ggf. existierende Verzögerungen zwischen dem mindestens einen ausgewerteten Hauptstromparameter und einem für die Messung relevanten Abschnitt des Hauptstroms, sei dies durch konstruktive Einflüsse, wie beispielsweise die Anordnung eines den Hauptstromparameter erfassenden Sensors und der Entnahmestelle am Hauptstrom oder durch Eigenschaften des Hauptstroms selbst begründet, berücksichtigt werden.
In Ausführungsformen der Erfindung wird die mittlere Absaugrate in Abhängigkeit des Gasspeichervolumens und einer Zykluslänge des Hauptstroms festgelegt.
Sofern erforderlich werden das Gasspeichervolumen und/oder die Zykluslänge vorab ermittelt. In Beatmungsanwendungen kann dies beispielsweise durch die folgenden Schritte erfolgen:
1. Absaugung ausschalten
2. Erfassen des Beatmungszyklus z.B. mithilfe eines Drucksensors
3. Start der Absaugung mit einer bekannten konstanten Absaugrate
4. Auswerten der mithilfe der mindestens einen Messvorrichtung erfassten ersten Messwerte
5. Ermitteln der Länge bzw. des Volumens des Gasspeichers (z.B. des Schlauchs) aus der Laufzeit des Gases durch den Gasspeicher von der Entnahmestelle zur Messvorrichtung
Die Ermittlung der Schlauchlänge erfolgt in Ausführungsformen der Erfindung unter der Ausnutzung eines bekannten Wechsels der Gaszusammensetzung bzw. der Konzentration einer bestimmten Gaskomponente. Beispielsweise erfolgt in Anwendungen in der Beatmungstechnik der Start der Absaugung mit einer detektierten Inspiration, sodass die CO2- Konzentration in der entsprechenden Gasprobe im Schlauch sehr gering ist. Beispielsweise durch die Detektion eines Druckwechsels ist der Wechsel zwischen Inspiration und Exspiration und umgekehrt erkennbar, sodass feststellbar ist, wie lange die Gasprobe aus einer bekannten Atemphase benötigt, um bei einer bekannten Absaugrate durch den Gasspeicher hindurch in die Messvorrichtung zu gelangen.
In Ausführungsformen der Erfindung werden die mithilfe der mindestens einen Messvorrichtung erfassten Messwerte der jeweiligen Gasproben unter Berücksichtigung der jeweiligen Absaugraten rechnerisch zeitlich entzerrt, um den zeitlichen Verlauf realitätsgetreu darzustellen.
In Ausführungsformen der Erfindung werden die mithilfe der mindestens einen Messvorrichtung erfassten Messwerte der jeweiligen Gasproben in verzerrtem oder bevorzugt in entzerrtem Zustand ausgegeben und/oder dargestellt. In Ausführungsformen der Erfindung wird aus der entzerrten Kurve der Messwerte mindestens ein Kennwert (z.B. fiO2, fiCO2, etO2 oder etCO2) ermittelt.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Absaugrate mithilfe einer Synchronisationseinrichtung auf relevante Abschnitte in einem Atemzyklus synchronisiert, wobei der Hauptstrom durch das bei der Beatmung eines Patienten durch einen Beatmungsschlauch strömende Atemgas gegeben ist.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung von Gasproben im Nebenstrom wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom oder ein erfindungsgemäßes medizintechnisches Gerät verwendet.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die aktuelle Absaugrate der mindestens einen Absaugpumpe vom Beatmungsgerät abgerufen und zur Kompensation in der Volumen- oder Flow-Messung und/oder des Beatmungsvolumens genutzt.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die im Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom in den verschiedenen offenbarten Ausführungsformen offenbarten Merkmale entsprechend umgesetzt / verwendet.
Unter anderem kann die Erfindung in folgenden Anwendungsbeispielen aus der Beatmungstechnik Verwendung finden.
In einer etO2-Messung kann gemäß der Erfindung mit einem am Markt verfügbaren O2-Modul, bspw. einer elektrochemischen Zelle, die für eine atemzug-aufgelöste Messung eigentlich zu langsam ist, der etO2-Wert bestimmt werden. Die relevante Gasprobe bzw. der relevante Abschnitt des Hauptstroms ist in diesem Fall das Ende der Exspiration. Der Rest des Atemzyklus ist weniger relevant und kann entsprechend mit geringerer Absaugrate abgesaugt werden.
In einer Anwendung einer etO2-Messung bei einem erwachsenen Patienten können beispielswiese als Eckdaten eine Schlauchlänge von 3 m, ein Schlauchdurchmesser von 1.5 mm, eine Atemrate von 15/min (entsprechend einer Atemperiode von 4 s) und eine Länge des exspiratorischen Plateaus von etwa 1.5 s vorliegen. Die O2-Messung erfolgt in diesem Beispiel mithilfe einer Messvorrichtung mit chemischer Zelle mit 2 s Anstiegszeit. Hinzu kommt noch die Anstiegszeit, die durch das Schlauchsystem verursacht wird mit ca. 250 ms bei einer Absaugrate von 100 ml/min.
Die Messung des etO2-Wertes ist also im traditionellen Nebenstromverfahren mit konstanter Absaugrate nicht möglich, da die Anstiegszeit des O2-Sensor unter zusätzlicher Berücksichtigung des Schlauchsystems (2 s + 0.25 s) länger ist, als das exspiratorische Plateau (1.5 s) und so der etO2-Wert nicht erreicht wird. Möglich wird die Messung des etO2-Wertes erst dann, wenn die gesamte Anstiegszeit der Messvorrichtung und des Schlauchsystems bzw. des Gasspeichers nur maximal 1.5 s beträgt.
Die in diesem Beispiel relevante Gasprobe im Sinne der Erfindung ist das gesamte exspiratorische Plateau. Es muss daher das gesamte exspiratorische Plateau mit erhöhter effektiver Auflösung vermessen werden, damit der etO2-Wert am Ende des Plateaus erreicht wird. In diesem Beispiel wird eine Erhöhung der Auflösung um den Faktor 1.7 angestrebt. Hierzu wird die Absaugrate für die Entnahme der relevanten Gasprobe auf 133 ml/min eingestellt. Während sich die relevante Gasprobe zur Messung in der Messvorrichtung befindet, wird die Absaugrate auf 80 ml/min eingestellt. Die Anstiegszeit des Sensors kann so effektiv für die relevante Gasprobe auf 2 s / 133 * 80 = 1.2 s verringert werden. Die Anstiegszeit des Schlauchsystems wird durch die erhöhte Absaugrate (zuvor 100 ml/min, jetzt 133 ml/min) auf ca. 0.25 s / 133 * 100 = 0.19 s verringert. Insgesamt ergibt sich damit eine Gesamtanstiegszeit, die geringer ist, als die Länge des exspiratorischen Plateaus (1.5 s). Der etO2-Wert am Ende des exspiratorischen Plateaus kann so durch die erfindungsgemäße Umsetzung der Messung realitätsgetreu widergespiegelt werden.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die etCO2-Messung in der Neonatologie. Säuglinge und insbesondere Früh- oder Neugeborene haben Atemraten von bis zu 60/min. Bei 60 Atemzügen pro Minute ist das exspiratorische Plateau nur ca. 250 ms lang. Für eine korrekte Bestimmung des etCO2-Wertes muss die zeitliche Auflösung der Messung unter 250ms betragen. Durch die Messgeschwindigkeit des Moduls in Kombination mit der Vermischung des Probengases im Zuleitungsschlauch kann eine Anstiegszeit von 250 ms mit einer traditionellen CO2-Messung im Nebenstrom unter Umständen nicht gewährleistet werden. Unter Anwendung der Erfindung kann die zeitliche Auflösung während des exspiratorischen Plateaus erhöht werden. Der Rest des Atemzyklus ist weniger relevant und wird mit geringerer Auflösung dargestellt.
Ein anderes Anwendungsbeispiel ist die CO2-Messung zur Diagnostik. Beispielsweise in der Lungenfunktionsdiagnostik und in der Ergospirometrie ist die Steilheit des exspiratorischen Anstiegs sowie die Steigung während des Plateaus relevant. Mit einer traditionellen CO2- Messung im Nebenstrom ist unter Umständen keine genügende zeitliche Auflösung sichergestellt, um insbesondere die Steilheit des exspiratorischen Anstiegs realitätsgetreu widerzuspiegeln. Der relevante Abschnitt des Hauptstroms im Sinne dieser Erfindung ist dann der exspiratorische Anstieg. In diesem wird die zeitliche Auflösung erhöht, während der Rest des Atemzyklus mit niedrigerer Auflösung gemessen wird.
In einem weiteren Anwendungsbeispiel in der CO2-Messung zur Diagnostik wird zusätzlich ein weiterer relevanter Abschnitt im Atemzyklus definiert, bspw. der fiCO2-Wert.
In einem weiteren Anwendungsbeispiel in der CO2-Messung zur Diagnostik wird der relevante Abschnitt vergrößert, sodass er auch den fiCO2-Wert und/oder den etCO2-Wert erfasst. Im Extremfall wird der gesamte Bereich von fiC02 bis etCO2 als relevanter Abschnitt im Hauptstrom im Sinne dieser Erfindung definiert. Irrelevant wäre dann lediglich der inspiratorische Abfall der CO2-Kurve und das inspiratorische O-Plateau.
Die nachfolgend erläuterten Figuren dienen der beispielhaften Illustration der Erfindung. Es zeigen:
Figur 1 : Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer
Beatmungsanwendung,
Figur 2: Zwei schematische Darstellungen der Volumenverteilung von Gasproben in entsprechenden Messsystemen FIG.2(a) mit konstanter Absaugrate und FIG.2(b) mit variabler Absaugrate,
Figuren 3 - 9: Schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Figur 10: Eine Darstellung des Verlaufs der CO2-Konzentration über den Atemzyklus eines erwachsenen Menschen.
In Figur 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom (1) dargestellt. Die dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform weist einen als einen Absaugschlauch ausgebildeten Gasspeicher (3) auf, der an einer Entnahmestelle mit einem Hauptstrom (2) zur Entnahme von Gasproben verbunden ist. Weiterhin weist die Vorrichtung zur Messung einer Gasprobe im Nebenstrom (1) eine Messvorrichtung M (4) und eine Absaugpumpe P (5) auf, die eine verstellbare Absaugrate aufweist.
Mithilfe der Absaugpumpe (5) sind Gasproben aus dem Hauptstrom (2) durch den Gasspeicher (3) hindurch in die Messvorrichtung (4) hineinsaugbar.
Weiterhin weist die dargestellte Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom (1) eine Synchronisationseinrichtung S (6) auf, mit der die Absaugrate der Absaugpumpe (5) mit mindestens einem Hauptstromparameter synchronisierbar ist. Zur Erfassung eines Hauptstromparameters weist die Vorrichtung (1) eine Erfassungseinrichtung (7) auf, die beispielsweise als ein Sensor zur Erfassung von Messwerten im Hauptstrom (2) ausgebildet ist.
Die Erfassungseinrichtung (7) kann Bestandteil der Vorrichtung (1) oder ein separates Modul sein, dass entsprechende Werte des mindestens einen Hauptstromparameters direkt oder indirekt an die Synchronisationseinrichtung (6) übermittelt.
Darüber hinaus weist die dargestellte Vorrichtung (1) eine Kommunikationseinrichtung K (8) auf, die zur Kommunikation mit einer Hauptstromvorrichtung (9) ausgebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hauptstromvorrichtung (9) als ein Beatmungsgerät B ausgebildet und der Hauptstrom (2) wird durch das durch einen Beatmungsschlauch strömendes Atemgas gebildet.
Die Kommunikationseinrichtung (8) ist zum Empfangen und/oder Senden von Daten ausgebildet, beispielsweise von Messwerten der Messvorrichtung (9), der Absaugrate der Absaugpumpe (5), Daten der Synchronisationseinrichtung (6) bzw. einer Erfassungseinrichtung (7) und/oder von einem Hauptstromgerät (9).
In Ausführungsformen der Erfindung ist die Kommunikationsreinrichtung (8) zumindest teilweise in die Synchronisationseinrichtung (6) integriert, sodass diese zur eigenständigen Kommunikation beispielsweise mit einer Hauptstromvorrichtung (9) ausgebildet ist.
In Figur 2 sind die Längen von Gasproben im Gasspeicher (3) einer Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom (1) gemäß dem Stand der Technik in FIG.2(a) und gemäß der Erfindung in FIG.2(b) dargestellt. Der Grundaufbau der dargestellten Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom (1) ist in beiden Fällen identisch und umfasst einen mit dem Hauptstrom (2) verbundenen Gasspeicher (3), eine Messvorrichtung (4) und eine Absaugpumpe (5).
Im Hauptstrom (2) sind in beiden Darstellungen relevante Abschnitte (11) und irrelevante Abschnitte (12) markiert. Die in den als Absaugschlauch ausgebildeten Gasspeicher (3) abgesaugten relevanten Gasproben (13) und irrelevanten Gasproben (14) sind entsprechend dargestellt. Eine relevanten Gasprobe (13) wird dabei aus dem Hauptstrom (2) entnommen, während ein relevanter Abschnitt (11) an der Entnahmestelle vorbeiströmt. Der untere Teil der Darstellung stellt schematisch einzelne Volumina der Gasproben (13,14) dar, die entsprechend der Abtastung durch die Messvorrichtung (4) voneinander beabstandet sind.
Erfolgt die Entnahme der Gasproben (13, 14) gemäß dem Stand der Technik mit konstanter Absaugrate der Absaugpumpe (5), so ist das Verhältnis der Volumina der Gasproben (13, 14), bzw. die Länge der Gasproben bei einem definierten Schlauchdurchmesser, entsprechend der Längen der jeweiligen Abschnitte (11 , 12) im Hauptstrom (2). Dies ist in FIG.2(a) zu erkennen. Unter Berücksichtigung der diskreten Messvolumina aus dem unteren Teil der Darstellung ist zu sehen, dass diese äquidistant angeordnet sind, weil Absaugrate und Abtastrate konstant sind.
Erfolgt die Entnahme der Gasproben (13, 14) hingegen gemäß der Erfindung mit einer höheren Absaugrate, wenn ein relevanter Abschnitt (11) des Hauptstroms (2) an der Entnahmestelle vorbeiströmt und mit einer niedrigeren Absaugrate, wenn ein irrelevanter Abschnitt (12) des Hauptstroms (2) an der Entnahmestelle vorbeiströmt, so sind überproportional große Volumen bzw. Längen der relevanten Gasproben (13) im Vergleich zu den irrelevanten Gasproben (14) realisierbar.
Wird eine solche relevante Gasprobe (13) bei der Messung zusätzlich noch mit einer niedrigeren Absaugrate durch die Messvorrichtung (4) gefördert, ergibt sich je nach gewählten Absaugraten eine signifikant erhöhte effektive Auflösung der Messung der relevanten Gasprobe (13). Dies geschieht auf Kosten der Auflösung der irrelevanten Gasproben (14), was jedoch in den entsprechenden Anwendungen schadlos ist. Die höhere zeitliche Auflösung der Messung der relevanten Gasproben (13) im Vergleich mit den irrelevanten Gasproben (14) ist auch im unteren Teil der Darstellung zu erkennen. Die diskreten Volumina der relevanten Gasproben (13) liegen dicht beieinander, während die der irrelevanten Gasproben (14) weiter voneinander entfernt liegen. In den Figuren 3 bis 9 sind alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom (1) dargestellt.
Die Ausführungsform gemäß Figur 3 weist ein Umschaltventil (15) zwischen der Messvorrichtung (4) und zwei Absaugpumpen (5) auf. Die Absaugpumpen (5) weisen vorzugsweise zwei unterschiedlich eingestellte Absaugraten auf, sodass durch ein Umschalten zwischen den Absaugpumpen (5) mithilfe des Umschaltventils (15) die Absaugrate der Vorrichtung (1) verstellbar ist. Vorzugsweise ist die Absaugrate einer Absaugpumpe (5) auf den Wert W1 (Mess-Pumpe für relevante Gasproben) und die Absaugrate der anderen Absaugpumpe (5) auf den Wert W2 (Entnahme-Pumpe für relevante Gasproben) eingestellt.
Gemäß dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die zwei Absaugpumpen (5) mithilfe des Umschaltventils (15) zwischen dem Messstrang mit der Messvorrichtung (4) und einem Hilfskanal (16) hin- und herschaltbar.
In den Figuren 5 und 6 ist jeweils eine Ausführungsform mit zwei parallel geschalteten Messvorrichtungen (4) dargestellt. So sind beispielsweise parallel zwei ggf. verschiedene Messgrößen bestimmbar, z.B. der 02- und der C02-Anteil am Gasgemisch. Die Ausführungsform gemäß Figur 6 weist dabei auch zwei parallele Gasspeicher (3) auf.
In den Figuren 7 und 8 sind Ausführungsformen mit parallelen Messsträngen dargestellt, die jeweils einen eigenen Gasspeicher (3), eine Messvorrichtung (4) und eine Absaugpumpe (4) aufweisen. In diesen Ausführungsformen ist es beispielsweise möglich, die Messungen in den einzelnen Strängen zeitlich unabhängig zu realisieren. Es kann in den Messsträngen dieselbe Messgröße oder es können verschiedene Messgrößen gemessen werden. Beispielsweise kann mit einem Strang der etO2-Wert und dem anderen Strang der fiO2-Wert bestimmt werden, oder im ersten Strang wird der O2-Anteil und im zweiten Strang der C02-Anteil am Gasgemisch gemessen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9 weist die Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom (1) zwei parallele Gasspeicher (3) und eine Messvorrichtung (4) auf, wobei die Gasspeicher (3) mithilfe eines Umschaltventils (15) wechselweise mit der Messvorrichtung (4) verbindbar sind. Weiterhin ist der jeweils nicht mit der Messvorrichtung (4) verbundene Gasspeicher (3) mit einem Waste-Kanal (17) verbunden. Sowohl im Strang der Messvorrichtung (4) als auch im Waste-Kanal (17) ist jeweils eine Absaugpumpe (5) angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel sind die Absaugpumpen auf jeweils konstante Absaugraten W1 (erste Absaugpumpe) und W2 (zweite Absaugpumpe) eingestellt. Eine relevante Gasprobe wird mittels der Entnahme-Pumpe (Absaugrate W2) in den ersten Gasspeicher G1 gepumpt. Währenddessen und während der nachfolgenden irrelevanten Phase im Hauptstrom, wird mittels der Messpumpe (Absaugrate W1) die relevante Gasprobe aus dem zweiten Gasspeicher G2 durch die Messvorrichtung (4) gepumpt. Anschließend wird das Ventil (15) umgeschaltet und der Prozess wiederholt sich umgekehrt.
Die Gasprobe der irrelevanten Phase im Hauptstrom wird dabei nicht durch die Messzelle (4) geleitet, sondern verlässt das System durch den Waste-Kanal (17). Dafür bleibt mehr Zeit um die Gasprobe der relevanten Phase zu vermessen. Für die relevante Gasprobe wird ein kontinuierlicher hochaufgelöster Kurvenverlauf aufgenommen, für die irrelevante Probe werden gar keine Messwerte aufgenommen.
In Figur 10 ist der Verlauf der CO2-Konzentration in mmHg über den Atemzyklus eines Erwachsenen dargestellt (Zeit in s). Die Inspirationsphase ist von 0 bis 1 s dargestellt. Das exspiratorische Plateau erstreckt sich nach einem steilen Anstieg kurz nach 1 s in einem Wertebereich der CO2-Konzentration zwischen 30 und 40 mmHg bis hin zu einem steilen Abfall kurz vor etwa 3 s.
Es ist ersichtlich, dass je nach Anwendung nur bestimmte, ggf. sehr kurze Abschnitte des Zyklus für die Erfassung bestimmter Werte (z.B. etCO2) relevant sind. Zur Bestimmung dieser Werte ist aber in dem entsprechenden relevanten Abschnitt des Zyklus eine hohe zeitliche Auflösung der Messung erforderlich, die entweder durch schnelle und damit zumeist teurere (oder große) Messtechnik oder mithilfe der Erfindung auch durch eine Verwendung günstigerer und/oder kleinerer Messtechnik ermöglicht werden kann.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom (1), aufweisend zumindest einen Gasspeicher (3), mindestens eine Messvorrichtung (4) und mindestens eine Absaugpumpe (5), wobei die mindestens eine Absaugpumpe (5) zur Absaugung einer Gasprobe aus einem Hauptstrom (2) durch den Gasspeicher (3) und in die mindestens eine Messvorrichtung (4) hinein ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugrate, mit der die Gasproben aus dem Hauptstrom (2) absaugbar ist, verstellbar ist, wobei die Absaugrate zumindest zwischen einem ersten Wert W1 und zumindest einem zweiten Wert W2 verstellbar ist und wobei W1 kleiner als W2 ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugrate durch das Einstellen der Absaugrate mindestens einer Absaugpumpe (5) und/oder durch das Umschalten zwischen mindestens zwei Absaugpumpen (5) mit unterschiedlichen eingestellten Absaugraten mithilfe mindestens eines steuerbaren Ventils oder eines Umschaltventils (15) verstellbar ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasspeicher (3) zumindest teilweise durch eine Schlauchleitung realisiert ist, die eine Entnahmestelle am Hauptstrom (2) mit mindestens einer Messvorrichtung (4) verbindet. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Schlauchleitung in einem Bereich von etwa 1 mm bis 2 mm gewählt ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (4) mindestens eine Messzelle aufweist und zur Messung des Anteils zumindest eines Gases an einer Gasprobe ausgebildet ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (4) einen CO2-Sensor und/oder einen O2-Sensor zur Bestimmung des Anteils des jeweiligen Gases am Gasgemisch aufweist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugrate von 50 ml/min auf 100 ml/min in höchstens 0,5 s anpassbar ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugrate von 0 ml/min auf 300 ml/min in höchstens 0,2 s anpassbar ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zeitabhängiges Ausgangssignal der Messvorrichtung (4) unter Berücksichtigung der Absaugrate der jeweiligen Gasprobe kompensierbar ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugrate auf einen Wert W1, bzw. einen aus dem ersten Wertebereich gewählten Wert, einstellbar ist, wenn eine mit einem Wert W2, bzw. einer aus dem zweiten Wertebereich gewählten höheren Absaugrate aus dem Hauptstrom (2) abgesaugte Gasprobe im Bereich der mindestens einen Messvorrichtung (4) angelangt ist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der Absaugraten so gewählt sind, dass mit der resultierenden mittleren Absaugrate in Abhängigkeit des Volumens des Gasspeichers (3) eine entsprechende Durchlaufzeit der Gasprobe durch den Gasspeicher (3) realisiert ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrom (2) einen im wesentlichen zyklischen Verlauf aufweist und dass das Volumen des Gasspeichers (3) mindestens der Hälfte des in einem Hauptstromzyklus aus dem Hauptstrom (2) abgesaugten Probengases entspricht. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugrate so einstellbar ist, dass das Volumen des Gasspeichers (3) dem (N + 1 )- fachen des in einem Hauptstromzyklus aus dem Hauptstrom (2) abgesaugten Probengases entspricht, wobei N eine natürliche Zahl ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Synchronisationseinrichtung (6) zur Synchronisation der Absaugrate mindestens einer Absaugpumpe (5) mit mindestens einem Hauptstromparameter aufweist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Synchronisationseinrichtung (6) mithilfe der Auswertung mindestens eines
Hauptstromparameters zur Detektion eines relevanten Abschnitts (11) im Hauptstrom (2) ausgebildet ist, wobei die Absaugrate bei der Detektion eines relevanten Abschnitts (11) im Hauptstrom (2) auf eine Absaugrate W2, bzw. auf eine aus dem zweiten hohen Wertebereich gewählte Absaugrate einstellbar ist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wertebereich eine untere Grenze der Absaugrate in Höhe von 70 ml/min aufweist. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wertebereich eine untere Grenze der Absaugrate in Höhe von 200 ml/min aufweist. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass W1 bzw. der kleinste Wert der Absaugrate des ersten Wertebereichs größer als 0 ml/min ist. Medizintechnisches Gerät aufweisend mindestens eine Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche. Medizintechnisches Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als ein Beatmungsgerät ausgebildet ist und dass die aktuelle Absaugrate der Vorrichtung (1) vom Beatmungsgerät abrufbar und zur Kompensation in der Volumen- oder Flow-Messung und/oder des Beatmungsvolumens nutzbar ist. Verfahren zur Messung von Gasproben im Nebenstrom aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: • Absaugen von Gasproben aus einem Hauptstrom mithilfe mindestens einer Absaugpumpe durch mindestens einen Gasspeicher hindurch,
• Messen der Gasproben mithilfe mindestens einer Messvorrichtung,
• Einstellung der Absaugrate auf einen Wert W2 für mindestens einen Zeitabschnitt der Messung zur Entnahme mindestens einer Gasprobe,
• Einstellung der Absaugrate der Absaugrate auf einen zweiten Wert W1 für mindestens einen anderen Zeitabschnitt der Messung zur Entnahme mindestens einer weiteren Gasprobe und/oder zur Vermessung einer mit der Absaugrate W2 abgesaugten Gasprobe, wobei W1 kleiner als W2 ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugrate derart verstellt wird, dass eine Gasprobe (13), die mit einer Absaugrate W2 bzw. einer aus dem zweiten Wertebereich gewählten Absaugrate aus dem Hauptstrom (2) abgesaugt wurde, mit einer Absaugrate kleiner als W2 durch die mindestens eine Messvorrichtung (4) hindurch gefördert und vermessen wird. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugrate derart verstellt wird, dass eine Gasprobe (13), die mit einer Absaugrate W2 bzw. einer aus dem zweiten Wertebereich gewählten Absaugrate aus dem Hauptstrom (2) abgesaugt wurde, mit der Absaugrate W1 bzw. einer aus dem ersten Wertebereich gewählten Absaugrate durch die mindestens eine Messvorrichtung (4) hindurch gefördert und vermessen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Absaugrate mithilfe einer Synchronisationseinrichtung (6) unter Berücksichtigung mindestens eines Hauptstromparameters derart vorgenommen wird, dass mindestens ein relevanter Abschnitt (11) des Hauptstroms (2) mit der Absaugrate W2 bzw. einer aus dem zweiten Wertebereich gewählten Absaugrate abgesaugt wird. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisation mithilfe der Synchronisationseinrichtung (6) durch das Erfassen oder Empfangen mindestens eines Hauptstromparameters, eine Analyse des mindestens einen Hauptstromparameters im Hinblick auf das Vorliegen eines ersten Entscheidungskriteriums, das dem Vorliegen eines relevanten Abschnitts (11) im Hauptstrom (2) entspricht, und eine Einstellung der Absaugrate auf den Wert W2 bzw. auf einen aus dem zweiten Wertebereich gewählten Wert erfolgt, wenn das erste Entscheidungskriterium vorliegt. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Absaugrate auf einen aus dem ersten Wertebereich gewählten Wert mit einer zeitlichen Verzögerung nach der Detektion des Vorliegens eines ersten Entscheidungskriteriums derart erfolgt, dass eine existierende Verzögerung zwischen dem mindestens einen ausgewerteten Hauptstromparameter bzw. dem Eintreten des entsprechenden Entscheidungskriteriums und einem für die Messung relevanten Abschnitts (11) des Hauptstroms (2) berücksichtigt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugrate mithilfe der Synchronisationseinrichtung (6) auf relevante Abschnitte (11) in einem Atemzyklus eines Patienten synchronisiert wird, wobei der Hauptstrom (2) durch das bei der Beatmung eines Patienten mithilfe eines Beatmungsgeräts durch einen Beatmungsschlauch strömende Atemgas gegeben ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die mithilfe der mindestens einen Messvorrichtung (4) erfassten Messwerte der jeweiligen Gasproben (13, 14) unter Berücksichtigung der jeweiligen Absaugraten rechnerisch zeitlich entzerrt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Gasproben im Nebenstrom (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 oder ein erfindungsgemäßes medizintechnisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 19 und 20 verwendet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Absaugrate von einem Beatmungsgerät abgerufen und zur Kompensation in der Volumenoder Flow-Messung des Beatmungsvolumens genutzt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Absaugrate durch das Einstellen der Absaugrate mindestens einer Absaugpumpe (5) und/oder durch das Umschalten zwischen mindestens zwei Absaugpumpen (5) mit unterschiedlichen eingestellten Absaugraten mithilfe mindestens eines steuerbaren Ventils oder eines Umschaltventils (15) erfolgt.
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