DE102007011544B3

DE102007011544B3 - Verfahren zur Regelung eines Beatmungsanfeuchters sowie zugeordnete Vorrichtung

Info

Publication number: DE102007011544B3
Application number: DE102007011544A
Authority: DE
Inventors: Jochim Dr. Koch; Klaus Radomski; Thomas Rossen
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2027-03-10
Also published as: US20080216829A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Beatmungsanfeuchters mittels der im Atemgas gemessenen Temperatur, wobei die Leistung seiner Feuchte in eine mit einströmendem Atemgas beaufschlagte Mischkammer (11) abgebenden Heiz- oder Dosiereinrichtung (15) in Abhängigkeit von der stromabwärts der Mischkammer (11) gemessenen Betauung derart eingestellt wird, dass der stromabwärts der Mischkammer (11) im Atemgas zwischen mindestens zwei Messpunkten (4, 5) gemessene elektrische Widerstand oder die Kapazität als Maß für die Betauung in einem vorgegebenen Sollwertbereich mit einem Maximalwert und einem Minimalwert liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Beatmungsanfeuchters sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Speziell für die maschinelle Beatmung von Patienten ist es notwendig, durch entsprechende Beatmungsanfeuchter das dem beatmeten Patienten zugeführte Atemgas derart anzufeuchten, dass der Patient nicht austrocknet bzw. möglichst physiologisch angenehmen Atembedingungen ausgesetzt ist.
Beim Betrieb derartiger Beatmungsanfeuchter soll im Allgemeinen eine Kondensation bzw. zu starke Befeuchtung vermieden werde. Bei den meisten Beatmungsanfeuchterkonzepten werden die Ausgangsbedingungen des Anfeuchters unmittelbar stromabwärts der Mischkammer durch die Messung der Temperatur im angefeuchteten Atemgas kontrolliert. Dieser Parameter wird im Allgemeinen auch für die Regelung des Anfeuchters verwendet.
Wenn allerdings der Temperatursensor mit Feuchtigkeit benetzt oder sogar mit Tröpfchen belegt ist, kann es dazu kommen, dass durch die Verdunstung der Temperatursensor abkühlt und zu niedrige Temperaturen misst. Bei einem entsprechend geregelten Anfeuchterkonzept kann dies in der Folge dazu führen, dass aufgrund des Temperaturabfalls noch mehr Wasser bzw. Feuchte zugeführt wird, so dass die Befeuchtung eskaliert und zu einem unerwünschten Kondensatanfall im Beatmungsschlauchsystem führen kann.
Auch bei bekannten Beatmungsanfeuchtern mit einer Verdunstungskammer kann es zu einer Überdosierung von Feuchtigkeit im Beatmungsschlauchsystem kommen, weil die Ausgangstemperatur der Verdunstungskammer auf den Sollwert der Atemgastemperatur geregelt wird. Ist die Ausgangstemperatur am Temperatursensor durch die Verdunstungskühlung von kondensierten Wassertröpfchen verfälscht und zeigt dementsprechend zu niedrige Temperaturen an, wird die Heizleistung erhöht und mehr Feuchtigkeit erzeugt, die dann im Beatmungsschlauchsystem oder spätestens im Tubus des Patienten auskondensiert, was unbedingt vermieden werden sollte.
Aus der DE 100 38 365 C2 ist es bekannt, einen Temperatursensor in einer Verdampferkammer durch die Verwendung einer Prallplatte vor Kondensattropfen zu schützen.
Eine derartige Anordnung ist einerseits in vielen Fällen aus Platzgründen konstruktiv nicht zu realisieren, andererseits soll die Beatmung nicht gestört werden, und durch Strömungsverwirbelungen läßt sich eine Tropfenbildung am Temperatursensor nicht vermeiden. Wenn die Oberflächentemperatur des Temperatursensors den Taupunkt unterschreitet, läßt sich eine Betauung des Sensors physikalisch nicht verhindern.
Eine Beheizung des Temperatursensors bzw. des tragenden Gehäuses kommt nicht in Frage, weil die genaue Atemgastemperatur ermittelt werden soll.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens und einer Vorrichtung zur Regelung eines Beatmungsanfeuchters, so dass eine Überfeuchtung, aber auch eine Unterfeuchtung zuverlässig vermieden werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1 für das Verfahren und mit den Merkmalen von Anspruch 4 für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 4 an.
Der wesentliche Vorteil des Verfahrens nach Anspruch 1 besteht darin, dass die Oberfläche des Temperatursensors bzw. des Gehäuses mit dem Temperatursensor als Sensorik für die elektrische Messung der Oberflächenfeuchtigkeit bzw. Betauung verwendet wird.
Dazu wird das Gehäuse bzw. die Messeinheit speziell mit zwei als elektrische Kontakte ausgebildeten Messpunkten versehen, zwischen denen der elektrische Widerstand oder alternativ entsprechend die elektrische Leitfähigkeit gemessen wird.
Besteht das Gehäuse des Temperatursensors beispielsweise aus einem elektrisch schlecht leitenden Kunststoff, hat die Oberfläche im trockenen Zustand einen sehr hohen elektrischen Widerstand. Bei einer Feuchtigkeit von etwa 95% rel. Feuchte bei 37 Grad Celsius reduziert sich der Widerstand auf wenige MΩ. Fallen Feuchtetropfen zwischen den Kontakten an, reduziert sich der elektrische Widerstand deutlich auf einen Bruchteil von wenigen MΩ.
Die elektrische Widerstandsmessung kann relativ einfach mit in die Oberfläche des Gehäuses der Messeinheit integriert werden, indem die Kontakte vom Inneren an die Oberfläche geleitet werden, so dass sich die eigentliche Verkabelung im Gehäuse befindet und geschützt ist. Eine Reinigung der Messeinheit und des Temperatursensors ist problemlos möglich.
Die Messung des elektrischen Widerstandes oder alternativ der Kapazität ist einfach, preiswert und zuverlässig umzusetzen. Zur Vergrößerung der Kontakte an der Oberfläche können Teile der Gehäuseoberfläche der Messeinheit mit elektrisch leitenden Teilflächen versehen sein, beispielsweise in Form von Ringen um die zylindrische Messeinheit herum oder durch aufgedampfte leitfähige Oberflächen.
Die Messung der kondensierten Feuchte bzw. der Betauung kann alternativ auch über die Messung der elektrischen Kapazität zwischen den als elektrische Kontakte ausgebildeten Messpunkten geschehen, wie es an sich für Feuchtigkeitssensoren bekannt ist.
Steht einem Beatmungsanfeuchter eine wie angegebene Messeinheit zur Verfügung, kann das Ausgangssignal für die Regelung der Anfeuchtung verwendet werden.
Falls zum Beispiel die Oberfläche des Temperatursensors bzw. das Gehäuse der Messeinheit mit Feuchtigkeit benetzt wird und der gemessene elektrische Widerstand entsprechend sinkt, kann bei einem dosierten Anfeuchter die in den Atemgasstrom abgegebene Wassermenge so lange reduziert werden, bis der Widerstand wieder auf einen vorgegebenen Sollwert steigt und die Benetzung mit Wasser zurückgegangen ist.
Bei einem Beatmungsanfeuchter mit einer als Verdunstungskammer ausgebildeten Dosiereinrichtung kann das Ausgangssignal dazu verwendet werden, die Heizleistung bzw. die Verdampferkammertemperatur an der Heizplatte soweit zu reduzieren, bis die Feuchte am Ausgang der Mischkammer in Wertebereiche kommt, die eine Kondensation vermeiden.
Das angegebene Verfahren eignet sich auch dafür, eine zu trockene Anfeuchtung zuverlässig zu vermeiden: Die Regelung eines Beatmungsanfeuchters, die nur die Temperatur am Ausgang bzw. stromabwärts der Mischkammer heranzieht, kann nicht feststellen, ob das befeuchtete Atemgas unter- oder übersättigt ist. Eine Untersättigung des Atemgases kann auf Dauer zu Unannehmlichkeiten beim Patienten führen. So wird durch die ISO 8185 vorgeschrieben, dass Beatmungsanfeuchter eine Mindestfeuchtigkeit von 75% rel. Feuchte liefern sollen entsprechend 33mg/L Wasseranteil in Luft.
Die Regelung des Beatmungsanfeuchters kann vorliegend so erfolgen, dass der gemessene elektrische Widerstand an der Messeinheit innerhalb eines Sollwertbereiches gehalten wird.
Mit dem angegebenen Verfahren kann sowohl eine Kondensation, also eine Überfeuchtung, als auch eine Unterfeuchtung zuverlässig vermieden werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der Figuren erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Beatmungsanfeuchters und
2 eine schematische Darstellung der verwendeten Messeinheit
Der Beatmungsanfeuchter 10 in 1 wird mittels der Mess- und Regeleinheit 16 über die im befeuchteten Atemgas gemessene Temperatur geregelt. In der Mischkammer 11 wird dem über die Atemgaszuführung 12 in Pfeilrichtung einströmenden Atemgas Feuchtigkeit zugeführt, die von einer Heiz- oder Dosiereinrichtung 15 in die Mischkammer 11 abgegeben wird. Das angefeuchtete Atemgas tritt über die Atemgasableitung 13 aus der Mischkammer 11 in Pfeilrichtung wieder aus und umströmt die Messeinheit 14 mit dem Temperatursensor 3, siehe 2. Wird die Messeinheit 14 bzw. deren Gehäuse 2 mit Feuchtigkeit benetzt, wird dies über die Mess- und Regeleinheit 16 registriert und die elektrische Leistung der Heizeinrichtung 15 entsprechend reduziert. Bei Unterschreitung eines vorgegebenen Sollwertes der über den elektrischen Widerstand an der Messeinheit 14 gemessenen Feuchte wird die Heizleistung wieder etwas erhöht, ohne dass es zu einer Kondensation an der Messeinheit 14 kommt.
Zwischen diesen beiden Sollwerten kann der Beatmungsanfeuchter 10 ständig geregelt werden.
2 zeigt den Aufbau der Messeinheit 14, dargestellt im Schnitt. Der Temperatursensor 3 für die Messung der Atemgastemperatur ist an einem Gehäuse 2 aus einem schlecht leitenden, vorzugsweise temperaturabhängigen, Kunststoff angebracht, speziell an der in Richtung des anströmenden Atemgases zeigenden Spitze des Gehäuses 2. Auf der Oberfläche des Gehäuses 2 sind zwei als elektrische Kontakte ausgebildete Messpunkte 4, 5 angeordnet, zwischen denen der elektrische Widerstand oder alternativ die Leitfähigkeit gemessen und an die Mess- und Regeleinheit 16 zur Auswertung weitergeleitet wird. Bei Benetzung der äußeren Oberfläche des Gehäuses 2 verringert sich der elektrische Widerstand zwischen den beiden Messpunkten 4, 5 und wird zur Regelung des Beatmungsanfeuchters 10 verwendet.
Wenn der Beatmungsanfeuchter 10 gestartet wird, geht er von einem Sollwert der Feuchte aus, den der Anwender eingestellt hat, beispielsweise von einer Feuchtigkeit von 95 % rel. Feuchte. Ausserdem stellt der Anwender eine gewünschte Atemgastemperatur stromabwärts der Mischkammer 11 Tmka ein, z.B. 37 °C. Im Eingang der Mischkammer 11 befindet sich insbesondere ein Feuchtefühler, der im Beispiel 0 % rel. Feuchte misst, wenn das Beatmungsgerät speziell mit Gas aus einer zentralen Versorgungsanlage betrieben wird. Aus dem Messwert der relativen Feuchtigkeit und der Messtemperatur des Temperatursensors 3 wird die absolute Wassermenge Xein berechnet, die in diesem Fall 0 mg Wasser/L Atemgas beträgt. Die Eingangstemperatur Tmke beträgt 20 °C. Der Flow (Atemminutenvolumen) des Beatmungsgerätes V wird gemessen und beträgt 10 L/min. Daraus ermittelt die Mess- und Regeleinheit 16 eine erforderliche Dampftemperatur von 286 °C, auf die die Heizeinrichtung 15 geregelt wird. Die erforderliche Wassermenge errechnet sich aus den Eingangswerten der Mischkammer 11 und der Sollwertvorgabe des Anwenders, sie beträgt in diesem Beispiel 445 mg/min.
Nachdem die Heizeinrichtung 15 hochgefahren und das Wasser in Form von Heißdampf zugeführt wird, erhöht sich die Atemgastemperatur Tmka auf die gewünschten 37 °C. Aufgrund der Einflüsse der verschiedenen Toleranzen der Messwertaufnehmer ist die relative Feuchte jedoch zu hoch und das Gas sei übersättigt, so dass es am Temperatursensor 3 des Mischkammerausgangs bereits anfängt zu kondensieren. Der dort angebrachte Betauungssensor zwischen den Messpunkten 4, 5, der vorher im trockenen Zustand beim Anlaufen noch einen elektrischen Widerstand hat, der gegen Unendlich geht, senkt seinen Widerstand langsam und erreicht bei 95 % rel. Feuchte etwa 3.2 MΩ. Mit zunehmender Kondensatbildung am Temperatursensor 3 bzw. am Gehäuse 2 würde der Widerstand weiter absinken in Richtung 1.2 MΩ, bei dem sich schon Tröpfchen auf dem Gehäuse 2 gebildet haben. Spätestens ab einem Widerstand von etwa 3.2 MΩ wird der interne Sollwert für die Wasserzufuhr verringert, um die beginnende Kondensation zu vermeiden. Wenn sich der Widerstand wieder in Richtung Unendlich verändert, wird die Wassermenge wieder etwas erhöht. Zwischen diesen Werten wird die Wassermenge direkt über den Betauungssensor geregelt, wenn sich weder die Sollwerte noch die Eingangsbedingungen geändert haben.
In einem zweiten Beispiel ist ein Sollwert für die relative Feuchtigkeit von 85 % gewählt, die deutlich unterhalb der Kondensationsgrenze liegt. Der Betauungssensor würde einen Widerstand von etwa 10 MΩ haben. Die abgegebene Wassermenge der Heiz- oder Dosiereinrichtung 15 wird kurzzeitig, etwa für eine Minute, um etwa 10 % erhöht. Dabei nimmt die relative Feuchte am Mischkammerausgang zu und der Betauungssensor am Temperatursensor 3 fängt langsam an, mit Kondensat belegt zu werden. Der Widerstandswert sinkt auf 1.2 MΩ, wenn die relative Feuchte etwa einen Wert von 95 % hat. Dann wird die Wassermenge neu kalkuliert, nämlich mit dem Faktor C = 85/95 (85 % = Sollwert, 95 % = Messwert) nach unten korrigiert. Durch Verringerung der Wassermenge reduziert sich die relative Feuchte nach etwa einer Minute wieder auf die gewünschten 85 %, wie berechnet. Mit diesem Verfahren ist es deshalb möglich, auch niedrigere Feuchtigkeiten über den Betauungssensor zu regeln, ohne dass es dauerhaft zu einer Betauung am Temperatursensor 3 kommt. Durch die kurzzeitige schwache Betauung kann der Beatmungsanfeuchter 10 regelmäßig „kalibriert" werden, so dass mit diesem Verfahren Toleranzen der einzelnen Sensoren, die sich auf eine unterschiedliche Feuchtigkeit auswirken, ausgeglichen werden. Solch eine „Kalibrierung" kann je nach den Betriebsbedingungen, ob sie über längere Zeit konstant oder veränderlich waren, wiederholt werden.
Dieses Verfahren lässt sich auch auf andere Befeuchtungskonzepte, wie die Kaskadenanfeuchter (pass-over) übertragen. In diesem Falle wird nur die Sollwert-Temperatur der Heizeinrichtung 15 erhöht oder erniedrigt, je nachdem, in welche Richtung die Betauung am Sensor verläuft.

Claims

Verfahren zur Regelung eines Beatmungsanfeuchters mittels der im Atemgas gemessenen Temperatur, wobei die Leistung seiner Feuchte in eine mit einströmendem Atemgas beaufschlagte Mischkammer (11) abgebenden Heiz- oder Dosiereinrichtung (15) in Abhängigkeit von der stromabwärts der Mischkammer (11) gemessenen Betauung derart eingestellt wird, dass der stromabwärts der Mischkammer (11) im Atemgas zwischen mindestens zwei Messpunkten (4, 5) gemessene elektrische Widerstand oder die Kapazität als Maß für die Betauung in einem vorgegebenen Sollwertbereich mit einem Maximalwert und einem Minimalwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 wobei die minimale Heiz- oder Dosierleistung entsprechend einer minimalen Atemgasfeuchte durch einen vorgegebenen Grenzwert des elektrischen Widerstandes oder der Kapazität begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die maximale Heiz- oder Dosierleistung entsprechend einer maximalen Atemgasfeuchte durch einen vorgegebenen Grenzwert des elektrischen Widerstandes oder der Kapazität begrenzt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit a) einer Mischkammer (11) mit einer Atemgaszuführung (12) und mit einer Feuchte in die Mischkammer (11) abgebenden Heiz- oder Dosiereinrichtung (15), b) einer stromabwärts der Mischkammer (11) im Atemgas angeordneten Messeinheit (14) mit einem Temperatursensor (3) und mit mindestens zwei Messpunkten (4, 5) für die Ermittlung des elektrischen Widerstandes oder der Kapazität als Maß für die Betauung und c) einer mit der Heiz- oder Dosiereinrichtung (15) und der Messeinheit (14) verbundenen Mess- und Regeleinheit (16).
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Messeinheit (14) ein Gehäuse (2) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff aufweist und wobei der Kunstsstoff einen von der Feuchte abhängigen elektrischen Widerstand oder Kapazität aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Messeinheit (14) im Inspirationsschlauch, insbesondere am oder vor dem Y-Stück, angeordnet ist und der Inspirationsschlauch mit einer Heizung ausgestattet ist, die von der Mess- und Regeleinheit (16) angesteuert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Feuchte abgebende Heiz- oder Dosiereinrichtung (15) ein Wasserverdampfer oder -verdunster oder ein Membrananfeuchter ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Beatmungsanfeuchter mit einem Anästhesie- oder Beatmungsgerät verbunden ist.