DE102007058807B4

DE102007058807B4 - Device and method for mixing oxygen into a breathing gas mixture

Info

Publication number: DE102007058807B4
Application number: DE102007058807.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Dietz Florian; Benjamin Adametz
Original assignee: Loewenstein Medical Technology SA
Current assignee: Loewenstein Medical Technology SA
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2025-09-11
Anticipated expiration: 2027-12-05
Also published as: DE102007058807A1

Abstract

Vorrichtung Bereitstellung eines aus mindestens zwei Gasen bestehenden Atemgasgemisches mit einer als Atemmaske ausgebildeten Benutzerschnittstelle (11), einem mindestens eines der zu vermischenden Gase oder ein Gasgemisch zuführenden und an eine Gasquelle (13) angeschlossenen Schlauch (10'), einem Sauerstoff zuführenden und an eine Sauerstoffquelle angeschlossenen Sauerstoffschlauch (16), mit als Entlüftungssystem ausgebildeten Mitteln (10") zum Ablassen der ausgeatmeten Luft, mit einem den Volumenstrom mindestens eines zu der vermischenden Gase regelnden Regelventil (15, 18) und mit einer Steuerung (7), wobei die Vorrichtung über mindestens eine Erfassung des Volumenstroms oder der Gaszusammensetzung mindestens eines der zu vermischenden Gase oder Gasgemische verfügt, und die Steuerung (7) den mindestens einen erfassten Volumenstromwert des mindestens einen zu vermischenden Gases oder Gasgemischs verarbeitet, und den Volumenstrom mindestens eines der zu vermischenden Gase oder Gasgemische steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (7) die von dem Patienten unter einem gewissen Druck, entgegen dem - in den Totraum der Atemmaske (11) - zugeführten Atemgasgemisch, ausgeblasene Atemluft, berücksichtigt und so anhand des oder der verringerten Volumendurchflüsse und der berechneten Volumina die Atemfrequenz und den Atemluftbedarf des Patienten erkennt, und den Zufluss eines oder beider zu vermischender Gase entsprechend den gemessenen und ermittelten Größen und unter Berücksichtigung der aus dem Entlüftungssystem (10") in die Umgebung entweichenden ausgeatmeten Luft regelt, wobei die Steuerung (7) eine Sauerstoffdosierung unmittelbar mit dem Beginn einer Inspirationsphase startet und noch innerhalb der Inspirationsphase zu einem geeigneten Zeitpunkt beendet, an dem die Effektivität einer Sauerstoffaufnahme durch den Patienten zurückgeht. Device for providing a breathing gas mixture consisting of at least two gases, comprising a user interface (11) designed as a breathing mask, a hose (10') supplying at least one of the gases to be mixed or a gas mixture and connected to a gas source (13), an oxygen hose (16) supplying oxygen and connected to an oxygen source, means (10") designed as a venting system for discharging the exhaled air, a control valve (15, 18) regulating the volume flow of at least one of the gases to be mixed, and a controller (7), wherein the device has at least one detection of the volume flow or the gas composition of at least one of the gases or gas mixtures to be mixed, and the controller (7) processes the at least one detected volume flow value of the at least one gas or gas mixture to be mixed, and controls the volume flow of at least one of the gases or gas mixtures to be mixed, characterized in that the controller (7) controls the gases supplied by the patient under a certain pressure, contrary to the - into the dead space of the breathing mask (11) - supplied breathing gas mixture, exhaled breathing air, and thus recognizes the respiratory rate and the breathing air requirement of the patient on the basis of the reduced volume flow(s) and the calculated volumes, and regulates the inflow of one or both gases to be mixed according to the measured and determined quantities and taking into account the exhaled air escaping from the ventilation system (10") into the environment, wherein the control (7) starts an oxygen dosage immediately at the beginning of an inspiration phase and ends it within the inspiration phase at a suitable time at which the effectiveness of oxygen uptake by the patient decreases.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zumischen von Sauerstoff in ein Atemgasgemisch zur Beatmung eines Patienten.The invention relates to a device and a method for admixing oxygen into a breathing gas mixture for ventilating a patient.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Einsparung von Sauerstoff in der Beatmung, insbesondere bei injektorbetriebenen Notfallbeatmungsgeräten.The invention further relates to a device and a method for saving oxygen in ventilation, in particular in injector-operated emergency ventilators.

In vielen Fällen reicht die Versorgung eines Patienten mittels einer Atemmaske nur mit Umgebungsluft nicht aus und es muss Sauerstoff beigemischt werden. Die Konzentration des Sauerstoffs variiert hierbei von dem normalen in der Umgebungsluft enthaltenen Anteil bis zu einem Anteil von 60%. Es sind Atemmaskensysteme bekannt und erhältlich, die über eine Atemmaske, die an einen Schlauch angeschlossen ist, ein Gasgemisch aus Sauerstoff und Umgebungsluft mit vorgegebener Sauerstoffkonzentration zu den Atemorganen eines Patienten zuführen.In many cases, supplying a patient with ambient air alone through a breathing mask is insufficient, and oxygen must be added. The oxygen concentration varies from the normal amount found in ambient air to a level of 60%. Breathing mask systems are known and available that deliver a gas mixture of oxygen and ambient air with a predetermined oxygen concentration to a patient's respiratory system via a breathing mask connected to a tube.

Der Sauerstoff wird hierbei grundsätzlich auf zwei verschiedene Arten mit der Umgebungsluft vermischt. Nach einer der beiden Arten der Gasgemischzubereitung wird der Sauerstoff mit der Umgebungsluft in einer Vorkammer eines elektromechanischen Gerätes zusammengefügt und anschließend über einen Schlauch zur Atemmaske und somit zu den Atemorganen des Patienten mittels einer Gasquelle unter Druckerzeugung zugeführt. Diese Art der Luftgemischzubereitung wird vor allem in den Intensiv-Beatmungsgeräten eingesetzt. Als Gasquelle sind erfindungsgemäß alternativ Luftpumpen, Pumpen, Gebläse und Druckgasbehälter zu verstehen oder weitere Quellen für Beatmungsgase.The oxygen is generally mixed with the ambient air in two different ways. According to one of the two gas mixture preparation methods, the oxygen is combined with the ambient air in a pre-chamber of an electromechanical device and then supplied via a hose to the breathing mask and thus to the patient's respiratory organs using a pressurized gas source. This type of air mixture preparation is primarily used in intensive care ventilators. According to the invention, gas sources can be alternatively air pumps, pumps, blowers, and compressed gas cylinders, or other sources of ventilation gases.

Nach einer zweiten Art der Gasgemischzubereitung wird der Sauerstoff über eine eigene Schlauchzuleitung, die vorzugsweise als ein dünnes flexibles Rohr innen in dem Luftzuführungsschlauch der Atemmaske verlegt ist, bis in den so genannten Totraum der Atemmaske, d.h. den sich unterhalb der Atemwegeglocke einer Atemmaske und den von ihr abgedeckten Gesichtspartien des Patienten gebildeten Raum, geführt, wo sich der austretende Sauerstoff mit der Luft vermischt. Diese Art der Luftgemischzubereitung wird vorwiegend in den Heimbeatmungssystemen eingesetzt.According to a second type of gas mixture preparation, the oxygen is delivered via a dedicated hose supply, preferably a thin, flexible tube installed inside the air supply hose of the breathing mask, into the so-called dead space of the breathing mask, i.e., the space formed below the airway bowl of a breathing mask and the areas of the patient's face covered by it, where the escaping oxygen mixes with the air. This type of air mixture preparation is primarily used in home ventilation systems.

Eine Verlegung des Sauerstoffschlauchs außerhalb des Luft zuführenden Schlauchs bis zur Atemmaske führt zum gleichen Ergebnis. Der Sauerstoff liegt gewöhnlich komprimiert in einer Druckflasche vor und strömt daher unter eigenem Druck ins System. Die Umgebungsluft wird zumeist von einer Gasquelle angesaugt und unter Druck weiter zu dem Vermischungssystem geleitet.Routing the oxygen tubing outside the air supply tubing to the breathing mask achieves the same result. The oxygen is usually compressed in a cylinder and therefore flows into the system under its own pressure. Ambient air is usually drawn in from a gas source and then passed under pressure to the mixing system.

Ein bestimmter Patient muss nach ärztlicher Anweisung eine bestimmte Konzentration des Sauerstoffs in seinem Atemgasgemisch erhalten, und zwar auch ohne Aufsicht über mehrere Stunden oder gar Tage. Für beide oben beschriebenen Arten der Atemgasgemisch-Zubereitung besteht hierbei ein grundsätzliches Problem, das sich durch die Ausatmung der verbrauchten Luft durch den Patienten einstellt.A specific patient must receive a specific concentration of oxygen in their breathing gas mixture according to medical instructions, even without supervision for several hours or even days. Both of the above-described types of breathing gas mixture preparation have a fundamental problem, which arises from the patient exhaling used air.

Die mit CO2-Gas angereicherte ausgeatmete Luft wird von dem Patienten in den oben erwähnten Totraum der Atemmaske gegen den dort herrschenden Überdruck ausgeatmet und sie kann gewöhnlich über die hierfür vorgesehenen Öffnungen oder über ein spezielles Diffusionsfilter entweichen. Hierbei kann das in dem zuführenden Luftschlauch stehendes Gasgemisch soweit zurück gedrängt werden, dass der Sauerstoff über den Luftschlauch in die Gasquelle gelangt, wo er durch seine hohen chemischen Reaktionseigenschaften in dem Bereich des Elektromotors der Gasquelle Brandschäden verursachen kann, bzw. eine teurere, feuerfeste Motorauslegung erforderlich macht.The CO2-enriched exhaled air is exhaled by the patient into the aforementioned dead space of the breathing mask against the prevailing positive pressure. It can usually escape through the designated openings or through a special diffusion filter. This can push back the gas mixture in the supply air hose to such an extent that the oxygen enters the gas source via the air hose. There, due to its highly reactive chemical properties, it can cause fire damage in the area of the gas source's electric motor, or require a more expensive, fire-resistant motor design.

Ein in dem Totraum der Atemmaske positionierter chemischer Sauerstoffsensor wird verwendet, um mit dem gemessenen Wert eine gewünschte Sauerstoffkonzentration einzustellen. Wegen der Trägheit des zumeist chemischen Sauerstoffsensors und der Länge des Luft zuführenden Schlauchs, die gewöhnlich etwa 2 m beträgt, kann dieses System jedoch nur im statischen Betrieb, d.h. ohne einen angeschlossenen Patienten, eine genaue Sauerstoffkonzentration gewährleisten. Die durch den Patienten ausgeatmete Luft verursacht Rückströme, die bis in den Luft zuführenden Schlauch wirken und das Atemgasgemisch mit dem CO2-Gas anreichern.A chemical oxygen sensor positioned in the dead space of the breathing mask is used to set the desired oxygen concentration based on the measured value. However, due to the inertia of the usually chemical oxygen sensor and the length of the air supply hose, which is typically about 2 m, this system can only ensure an accurate oxygen concentration in static operation, i.e., without a connected patient. The air exhaled by the patient causes backflow, which extends into the air supply hose and enriches the breathing gas mixture with CO2 gas.

Abgesehen davon, verursachen die durch die Atemperiodizität bewirkten, vor- und rückwärts gerichteten Gasgemischbewegungen in dem Totraum der Atemmaske, dass dort der Sauerstoffgehalt stark in Abhängigkeit von Atemphasen variiert. Zur Kontrolle der Sauerstoffkonzentration werden Sauerstoff-Sensoren eingesetzt, die bevorzugt unmittelbar im Bereich des Totraums der Atemmaske positioniert werden. Diese chemischen Sauerstoff-Sensoren verfügen jedoch über eine große Zeitkonstante, die eine Trägheit in die Messergebnisse einbringt, wodurch keine Unterscheidung der Sauerstoffkonzentration zu verschiedenen Atemphasen möglich ist.Furthermore, the forward and backward movements of the gas mixture in the dead space of the breathing mask caused by the breathing periodicity cause the oxygen content there to vary greatly depending on the breathing phase. Oxygen sensors are used to monitor the oxygen concentration, which are preferably positioned directly in the dead space of the breathing mask. However, these chemical oxygen sensors have a large time constant, which introduces inertia into the measurement results, making it impossible to differentiate the oxygen concentration during different breathing phases.

Die bekannten Lösungen für diese Probleme sind zum einen eine Zufuhr eines übermäßig mit Sauerstoff angereicherten Atemgasgemisches und zum anderen eine Regelung des Sauerstoffgehalts in Abhängigkeit von einem im Blut des Patienten gemessenen Sauerstoffgehalt. Im ersten Fall kann es neben den unwirtschaftlichen Aspekten zu einer Überversorgung mit Sauerstoff, einer sogenannten Überoxidierung, des Patienten führen und im zweiten Fall ist ein komplexeres System mit einer Erfassung des Sauerstoffgehalts im Blut des Patienten erforderlich. Außerdem besteht bei letzterem Verfahren eine noch längere Zeitkonstante zwischen einer Änderung der Sauerstoffkonzentration in dem Atemgasgemisch und einer durch sie bewirkten Änderung des Sauerstoffgehalts im Blut des Patienten, was zumindest in einer Einstellphase bei besonders schwer betroffenen Patienten unerwünscht sein kann, da hierbei der Patient als ein Messinstrument zum experimentellen Auffinden einer optimalen Einstellung für eine gewisse Zeit benutzt wird.The known solutions to these problems are, on the one hand, the supply of an excessively oxygen-enriched breathing gas mixture and on the other hand, a regulation of the oxygen content depending on the oxygen content measured in the patient's blood. In the first case, in addition to the uneconomical aspects, this can lead to an oversupply of oxygen to the patient, a so-called over-oxidation, and in the second case a more complex system with a recording of the oxygen content in the patient's blood is required. In addition, with the latter method there is an even longer time constant between a change in the oxygen concentration in the breathing gas mixture and a resulting change in the oxygen content in the patient's blood, which can be undesirable, at least during the adjustment phase in particularly severely affected patients, since the patient is used as a measuring instrument to experimentally find an optimal setting for a certain period of time.

In der medizinischen Fachwelt hat sich ein Fachbegriff „FiO2“ für den Sauerstoffgehalt in der Atemluft verbreitet. Die englische Aufschlüsselung für FiO2 ist „Fraction of inspired O2“, was wörtlich „Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs“ bedeutet. Die Bemühungen aller technischen Lösungen und der Medizin lauten möglichst dahingehend, das FiO2 genauer vorgeben zu können, wobei hier eine mehr oder weniger große Differenz zwischen einem theoretisch vorgegebenen, einem gemessenen und dem tatsächlichen FiO2 besteht.In the medical community, the technical term "FiO2" has become widespread for the oxygen content in the air we breathe. The English breakdown of FiO2 is "fraction of inspired O2," which literally means "proportion of inspired oxygen." The efforts of all technical solutions and medicine are aimed at being able to specify the FiO2 as precisely as possible, although there is a greater or lesser difference between a theoretically specified, a measured, and the actual FiO2.

Die zum technologischen Hintergrund zu zählenden, berücksichtigten Veröffentlichungen seien hierbei ohne Einzelbeschreibung angeführt: WO 2005 / 051 280 A3 , US 6 761 165 B2 , CA 1 039 144 A .The publications considered as part of the technological background are listed here without individual description: WO 2005 / 051 280 A3 , US 6 761 165 B2 , CA 1 039 144 A .

Ein weiteres Problem besteht darin, daß in der Beatmung überwiegend hochkonzentrierter Sauerstoff als Beatmungsgas verwendet wird. Insbesondere in der Notfallbeatmung, bei der das Beatmungsgerät mindestens einen Teil seiner Betriebsenergie aus der angeschlossenen Gasdruckflasche bezieht, geht eine große Verschwendung und ein erhöhter Kostenfaktor mit diesem Sachverhalt einher.A further problem is that highly concentrated oxygen is predominantly used as the ventilation gas in ventilation. This is particularly true in emergency ventilation, where the ventilator draws at least part of its operating energy from the connected gas cylinder.

Um die Sauerstoffverschwendung einzudämmen, stellen einige Geräte bereits Beatmungsgas über einen einstellbaren Mix aus Sauerstoff und Umgebungsluft zur Verfügung. Im Allgemeinen ist eine adäquate Versorgung eines beatmungsbedürftigen Patienten mit 50% Sauerstoffanteil in dem Beatmungsgas für die meisten Patienten völlig ausreichend.To reduce oxygen waste, some devices already provide ventilation gas via an adjustable mix of oxygen and ambient air. In general, adequate ventilation of a patient requiring ventilation with 50% oxygen in the ventilation gas is completely sufficient for most patients.

Technisch wird dies meist durch eine Venturidüse realisiert, welche den Venturi-Effekt zur Beimischung von Umgebungsluft dem Treibgas Sauerstoff ausnutzt. Der Sauerstoffstrom wird dabei von einer Gasquelle an die Venturidüse übergeben. Der aus der Venturidüse ausströmende Sauerstoff erzeugt eine Sogwirkung, die es ermöglicht, die Luft aus einer Umgebung anzusaugen. Eine einfache Einstellbarkeit der Sauerstoffdosierung wird dadurch unterstützt, dass die Venturidüse durch einen verstellbaren Ventilkegel reguliert wird. Diese und weitere Beispiele für eine oben genannte Venturidüse sind in der Schrift DE 10 2004 030 747 A1 bereits beschrieben.Technically, this is usually achieved by a Venturi nozzle, which uses the Venturi effect to mix ambient air with the propellant oxygen. The oxygen flow is transferred from a gas source to the Venturi nozzle. The oxygen flowing out of the Venturi nozzle creates a suction effect, which allows the air to be drawn in from the surroundings. The easy adjustment of the oxygen dosage is supported by the fact that the Venturi nozzle is regulated by an adjustable valve cone. This and other examples of the aforementioned Venturi nozzle can be found in the document DE 10 2004 030 747 A1 already described.

Im Bereich der Sauerstofflangzeittherapie wird eine Einsparung von Sauerstoff durch so genannte Sauerstoffsparsysteme erreicht. Diese sind meist an kleinere Sauerstoffdruckflaschen oder Flüssigsauerstoffbehälter kleiner 2 Liter angeschlossen. Der Patient ist über eine Nasenbrille oder Atemmaske mit dem Sparsystem verbunden. Bei der Einatmung pflanzt sich der dabei produzierte Unterdruck bis zum Gerät fort, wird gemessen und zu Beginn der Einatmung ein einstellbarer Bolus abgeliefert.In the field of long-term oxygen therapy, oxygen savings are achieved through so-called oxygen-conserving systems. These are usually connected to small oxygen cylinders or liquid oxygen tanks of less than 2 liters. The patient is connected to the system via a nasal cannula or breathing mask. During inspiration, the resulting negative pressure propagates to the device, is measured, and an adjustable bolus is delivered at the beginning of inspiration.

Durch die im Einatemzyklus erfolgende frühzeitige Abgabe des Sauerstoffes gelangt dieser in die für den Sauerstoff und Kohlendioxidaustausch wirksamen Lungenareale mit Lungenfunktionsgewebe, die sogenannten Alveolen. Die restlichen Atemwege dienen lediglich dem Transport der Atemluft und sind nicht mit Lungenfunktionsgewebe ausgestattet. Bei diesen Systemen erhält man Sparraten von bis zu 5:1 gegenüber einem Dauerflowbetrieb.Due to the early release of oxygen during the inspiratory cycle, it reaches the lung areas, known as the alveoli, which are responsible for oxygen and carbon dioxide exchange. The remaining airways serve only to transport the inhaled air and are not equipped with functional lung tissue. These systems achieve savings of up to 5:1 compared to continuous flow operation.

Aus der DE 39 06 202 A1 sowie der DE 23 21 574 B2 sind jeweils bereits Beatmungsgeräte mit einer Volumenstromerfassung für die Atemgase bekannt.From the DE 39 06 202 A1 and the DE 23 21 574 B2 Ventilators with volume flow measurement for the respiratory gases are already known.

In der EP 0 973 443 B1 wird ein Gasversorgungssystem mit einer Volumenstromerfassung für Atemgase beschrieben.In the EP 0 973 443 B1 A gas supply system with a volume flow measurement for respiratory gases is described.

Die DE 196 26 924 C2 erläutert ein Beatmungsgerät mit einer Sauerstoffdosierung und einer Volumenstromerfassung für die Atemgase.The DE 196 26 924 C2 explains a ventilator with oxygen dosing and volume flow measurement for the respiratory gases.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Zubereitung und die Zuführung eines Atemgasgemischs derart zu gestalten, dass der Sauerstoffgehalt des effektiv für die Einatmung bereitgestellten Atemgasgemisches, d.h FiO2, dynamisch genauer bestimmbar ist, ohne hierfür eine Messung des Sauerstoffgehalts im Blut des Patienten oder in dem Totraum der Atemmaske durchführen zu müssen. Zugleich soll auch das Problem der Rückführung des Sauerstoffs in die Gasquelle gelöst werden.The present invention aims to design the preparation and delivery of a breathing gas mixture in such a way that the oxygen content of the breathing gas mixture effectively provided for inhalation, i.e., FiO2, can be determined dynamically more accurately without having to measure the oxygen content in the patient's blood or in the dead space of the breathing mask. At the same time, the problem of returning the oxygen to the gas source should also be solved.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der bereitzustellenden Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung über mindestens eine Erfassung des Volumenstroms mindestens eines der zu vermischenden Gase oder Gasgemische verfügt, und die Steuerung den mindestens einen erfassten Volumenstromwert des mindestens einen zu vermischenden Gases oder Gasgemischs verarbeitet, und den Volumenstrom mindestens eines der zu vermischenden Gase oder Gasgemische steuert.This object is achieved with regard to the device to be provided in that the device has at least one detection of the Volume flow of at least one of the gases or gas mixtures to be mixed, and the controller processes the at least one detected volume flow value of the at least one gas or gas mixture to be mixed, and controls the volume flow of at least one of the gases or gas mixtures to be mixed.

Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß entlang der Transportleitung an zumindest zwei Punkten die Verteilung der Konzentration mindestens eines Anteils eines Gasgemisches ermittelt wird.With regard to the method according to the invention, the object is achieved in that the distribution of the concentration of at least one portion of a gas mixture is determined at at least two points along the transport line.

Es wird erfindungsgemäß auf die Verwendung eines Sauerstoffsensors zum Bestimmen des Sauerstoffgehalts ganz verzichtet. Die für die erfindungsgemäße Steuerung der Vermischung mindestens zweier Gase, bzw. Gasgemische erforderlichen Messwerte werden erfindungsgemäß aus mindestens einer Erfassung des Volumenstroms mindestens eines der zu vermischenden Gase, bzw. Gasgemische gewonnen. Die hierfür erforderlichen Durchflussmessgeräte weisen sehr gute dynamische Messeigenschaften bei guter Genauigkeit auf, wodurch eine sehr zeitnahe Vermessung eines oder mehrerer Volumenströme ermöglicht wird.According to the invention, the use of an oxygen sensor for determining the oxygen content is completely dispensed with. The measured values required for the inventive control of the mixing of at least two gases or gas mixtures are obtained from at least one measurement of the volume flow of at least one of the gases or gas mixtures to be mixed. The flowmeters required for this purpose exhibit very good dynamic measurement properties with good accuracy, thus enabling very timely measurement of one or more volume flows.

Erfindungsgemäß werden nicht ausschließlich Volumenströme, sondern auch zusätzlich oder alternativ Massenströme bestimmt und gesteuert. Die Verwendung der Begriffe Volumenstrom / Massenstrom und Volumendurchfluss oder Massenfluss erfolgt im Wesentlichen synonym.According to the invention, not only volume flows are determined and controlled, but also, additionally or alternatively, mass flows. The terms volume flow/mass flow and volume flow or mass flow are used essentially synonymously.

Ein weiteres wichtiges erfindungsgemäßes Merkmal ist der in den Luft zuführenden Schlauch verlegte Einleitungspunkt des zweiten zu vermischenden Gases, des Sauerstoffs, der zwischen den beiden Schlauchenden liegt. Die optimale Position dieses Einleitungspunktes wurde erfindungsgemäß in einem Modell experimentell ermittelt und das Volumen in dem Schlauch in diskrete Volumensegmente in diesem Modell rechnerisch aufgeteilt, die orts- und zeitabhängig jeweils eine berechenbare Sauerstoffkonzentration aufweisen.Another important feature of the invention is the inlet point of the second gas to be mixed, oxygen, located between the two hose ends in the air supply hose. The optimal position of this inlet point was determined experimentally in a model, and the volume in the hose was mathematically divided into discrete volume segments in this model, each of which has a calculable oxygen concentration depending on location and time.

Erfindungsgemäß wird in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung mit Hilfe von mindestens einem Durchflussmessgerät der Volumendurchfluss mindestens eines der zu vermischenden Gase erfasst. Der Volumendurchfluss des zweiten Gases oder Gasgemischs kann ebenso in einer bevorzugten Ausführung mit einem Durchflussmessgerät erfasst werden, oder alternativ, in einer anderen Ausführung, als ein konstanter Volumendurchfluss vorgegeben sein, der evtl. in mehreren konstanten Stufen verstellbar ist, um hierdurch eine Anpassung des Atemgemischvolumens durchführen zu können.According to a preferred embodiment of the invention, the volume flow of at least one of the gases to be mixed is measured using at least one flow meter. The volume flow of the second gas or gas mixture can also be measured using a flow meter in a preferred embodiment, or alternatively, in another embodiment, can be specified as a constant volume flow, which can possibly be adjusted in several constant steps, in order to thereby adjust the breathing mixture volume.

Der mindestens eine erfasste Messwert des Volumendurchflusses wird einer Steuerung zugeführt, in der aus dem oder den Messwerten das Volumen des einen oder beider zu vermischenden Gase berechnet wird. Die Information über das volumen des zweiten beteiligten Gases/Gasgemischs liegt der Steuerung dann entweder als eine Konstante oder als ein erfasster Messwert vor.At least one measured volume flow value is fed to a controller, which calculates the volume of one or both gases to be mixed from the measured value(s). The information about the volume of the second gas/gas mixture involved is then available to the controller either as a constant or as a measured value.

Da die Erfassung mittels der Durchflussmessgeräte dynamisch sehr gut dem zeitlichen Ablauf von Inspiration- und Expirations-Phasen (Ein- und Ausatmen) folgen kann, lassen sich aus den gewonnenen zeitabhängigen Signalen u.a. auch Schlüsse auf die Atemfrequenz und dem Atemluftbedarf des Patienten ziehen.Since the flowmeters can dynamically track the temporal sequence of inspiration and expiration phases (breathing in and out) very well, conclusions can be drawn from the obtained time-dependent signals about the patient's respiratory rate and breathing air requirement, among other things.

Beim Ausatmen verursacht die von dem Patienten unter einem gewissen Druck entgegen dem in den Totraum der Atemmaske zugeführten Atemgasgemisch ausgeblasene Atemluft, dass sich dort ein Stau aus den beiden Gasgemischströmen ergibt. In dieser Phase verlangsamt sich der Zustrom des Atemgasgemischs aus dem Schlauch, was die Durchflussmessgeräte in einem verringerten Volumendurchfluss feststellen. Die Steuerung erkennt anhand des oder der verringerten Volumendurchflüsse und der berechneten Volumina die Atemfrequenz und den Atemluftbedarf des Patienten, und regelt, in einer bevorzugten Ausführung, den Zufluss eines oder beider zu vermischender Gase entsprechend den gemessenen und ermittelten Größen.During exhalation, the patient's exhaled air, expelled under a certain pressure against the breathing gas mixture delivered into the dead space of the breathing mask, causes a blockage of the two gas mixture streams. During this phase, the inflow of the breathing gas mixture from the hose slows, which the flow meters detect as a reduced volume flow. Based on the reduced volume flow(s) and the calculated volumes, the control system detects the patient's respiratory rate and breathing air requirement and, in a preferred embodiment, regulates the inflow of one or both gases to be mixed according to the measured and determined values.

Der Algorithmus zur Bestimmung der Regelgrößen für die Regelventile benutzt sowohl eine Zeit-, wie Ortsdiskretisierung der Volumenabschnitte in dem gesamten das Gasgemisch zuführenden System, hauptsächlich dem Schlauch und dem Totraum der Atemmaske, und geht hierfür von den gemessenen Volumendurchflüssen beider beteiligten Gase, bzw. Gasmischungen aus.The algorithm for determining the controlled variables for the control valves uses both a time and spatial discretization of the volume sections in the entire system supplying the gas mixture, mainly the hose and the dead space of the breathing mask, and is based on the measured volume flow rates of both gases or gas mixtures involved.

Die gemessenen Volumendurchflüsse sind durch die Ausatmungsphasen des an das Beatmungssystem angeschlossenen Paftienten zeitabhängig, wodurch deren Größen nach einem Integrationsrechenschritt über die Zeit das jeweilige Volumen für den betrachteten Zeitraum liefern. Untergliedert man die Integrationszeitabschnitte in kleine diskrete Abschnitte, dann erhält man die zugehörigen pro Zeitperiode ins System eingeleiteten Volumina der beiden beteiligten Gase.The measured volume flow rates are time-dependent due to the exhalation phases of the patient connected to the ventilation system. Their values, after an integration calculation over time, provide the respective volume for the period under consideration. If the integration time periods are broken down into small, discrete sections, the corresponding volumes of the two gases involved introduced into the system per time period are obtained.

Durch Referenzmessungen der Sauerstoffkonzentration entlang eines in dem Zuführungsschlauch gebildeten Modells bei verschiedenen simulierten Volumendurchflüssen erhält man eine experimentelle Entsprechung der Konzentrationsentstehung und Verteilung in Abhängigkeit von den Volumendurchflüssen der einzelnen Gase. Hinzu kommt, dass eine dritte Gasmischung, nämlich die ausgeatmete Luft, periodisch entgegen dem Haupfluss der Atemgasmischung in den Modellraum einströmt und durch den erhöhten CO2-Gehalt die Konzentration des Sauerstoffs insbesondere in dem Totraum der Atemmaske periodisch herabsetzt.By reference measurements of the oxygen concentration along a model formed in the supply tube at various simulated volume flow rates, an experimental equivalent of the concentration formation and distribution as a function of the volume flow rates of the individual gases is obtained. This means that a third gas mixture, namely the exhaled air, periodically flows into the model room against the main flow of the breathing gas mixture and, due to the increased CO2 content, periodically reduces the oxygen concentration, particularly in the dead space of the breathing mask.

Eine weitere wichtige Rolle kommt im erfindungsgemäßen System dem Entlüftungssystem zu, durch welches die ausgeatmete Luft in die Umgebung entweichen kann. Es sind Ventile, definierte Lecköffnungen oder Diffusionsfilter hierzu im Einsatz. Der Algorithmus errechnet die entweichende Luftmenge aus dem Gesamtfluss der Atemgasmischung, da diese zusammen mit der ausgeatmeten Luft sämtlich entweichen muss.Another important role in the system according to the invention is played by the venting system, through which the exhaled air can escape into the environment. Valves, defined leak openings, or diffusion filters are used for this purpose. The algorithm calculates the escaping air volume from the total flow of the breathing gas mixture, since this must all escape along with the exhaled air.

Durch Referenzmessungen im selben Model können mit den CO2-Sensoren ebenso die Konzentration und ihre zeitliche, wie örtliche Verteilung im Atemgas führenden System für verschiedene Betriebsregime ermittelt werden und in einer mathematischen Abbildung eine Berücksichtigung in dem Algorithmus finden.Through reference measurements in the same model, the CO2 sensors can also be used to determine the concentration and its temporal and spatial distribution in the respiratory gas-carrying system for different operating regimes and to take this into account in the algorithm in a mathematical representation.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung kann der Volumendurchfluss auch des Sauerstoffs geregelt werden, so dass während der Expirationsphase kein Sauerstoff und in der Inspirationsphase dafür gezielt eine genau benötigte Menge von Sauerstoff beigemischt wird.In a preferred embodiment of the invention, the volume flow of the oxygen can also be regulated so that no oxygen is added during the expiration phase and a precisely required amount of oxygen is added during the inspiration phase.

Als Resultat erhält man ein Vermischungssystem für zwei Gase oder Gasmischungen, das wesentlich genauer ohne Verwendung einer zu trägen chemisch-sensorischen Bestimmung der Sauerstoffkonzentration auskommt, wodurch bei entsprechend sorgfältiger Auslegung des Systems eine verbesserte Genauigkeit der Versorgung eines Patienten mit der für ihn richtigen Sauerstoffmischung ermöglicht wird.The result is a mixing system for two gases or gas mixtures that is significantly more accurate without the use of an overly slow chemical-sensory determination of the oxygen concentration, which, with appropriately careful design of the system, enables improved accuracy in supplying a patient with the correct oxygen mixture for him.

Ferner lassen sich die gleichen Prinzipien und Algorithmen nach der vorliegenden Erfindung auch auf andere technische Gebiete und Systeme übertragen, so auch auf flüssige Stoffe, für mehr als zwei Stoffe und für verschiedenste Anwendungen, bei denen chemisch arbeitende Sensoren zu träge für eine dynamisch veränderliche Mischungsgröße sind, so dass eine Anwendung möglich ist. Ebenfalls kann eine Anwendung in Fällen erfolgen, in denen das System über definierte geometrische und auch durchaus recht komplexe Gestalt gebildet ist, da die Strömungsverhältnisse im wesentlichen erfindungsgemäß mathematisch abgebildet werden können.Furthermore, the same principles and algorithms according to the present invention can also be applied to other technical fields and systems, including liquid substances, for more than two substances, and for a wide variety of applications where chemically operating sensors are too slow to detect dynamically changing mixture sizes, thus making application possible. Application is also possible in cases where the system is formed by a defined geometric and even quite complex shape, since the flow conditions can essentially be mathematically modeled according to the invention.

Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich unter solch komplexen und ähnlichen Bedingungen, wie einem Beatmungssystem, welches über eine entgegen strömende Exspirationsluft verfügt, wesentlich genauere FiO2-Werte gemäß den vorgaben einhalten, als es konventionelle Systeme zu erreichen vermögen.With the present invention, under such complex and similar conditions as a ventilation system that has a counterflowing expiratory air, it is possible to maintain significantly more accurate FiO2 values according to the specifications than conventional systems can achieve.

Hinsichtlich der Einsparung von Sauerstoff besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß die Verbrauchsmenge an Sauerstoff reduziert wird.With regard to the saving of oxygen, one object of the present invention is to improve a method and a device of the type mentioned in the introduction in such a way that the amount of oxygen consumed is reduced.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für einen Zeitbereich einer frühen Inspirationsphase eine hohe Sauerstoffkonzentration im Vergleich zu einer restlichen Inspirationszeit am Ende einer Beatmungsphase bereitgestellt wird.With regard to the method, this task is solved by providing a high oxygen concentration for a time period of an early inspiration phase compared to a remaining inspiration time at the end of a ventilation phase.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuer- und Auswerteeinheit ein Steuerprogramm zur Vorgabe einer Sauerstoffdosierung derart aufweist, daß für einen Zeitbereich einer frühen Inspirationsphase eine hohe Sauerstoffkonzentration im Vergleich zu einer restlichen Inspirationszeit am Ende einer Beatmungsphase vorgegeben ist.With regard to the device, this object is achieved in that the control and evaluation unit has a control program for specifying an oxygen dosage such that a high oxygen concentration is specified for a time range of an early inspiration phase compared to a remaining inspiration time at the end of a ventilation phase.

Vorteil des Verfahrens ist, dass lediglich der Anteil des Atemgases mit hoher Sauerstoffkonzentration bereitgestellt wird, welcher auch physiologisch zur Oxygenierung des Blutes sinnvoll genutzt werden kann. Das weiterhin zur Ventilation nötige Atemgas wird optimiert in der Hinsicht, dass der eingesetzte Sauerstoff minimiert wird. Daraus erwächst eine deutlich verlängerte Einsatzdauer des verfügbaren Drucksauerstoffs.The advantage of this procedure is that only the portion of the breathing gas with a high oxygen concentration is provided, which can also be used physiologically for oxygenating the blood. The remaining breathing gas required for ventilation is optimized to minimize the amount of oxygen used. This results in a significantly extended duration of use of the available compressed oxygen.

Mit optimierten Injektoren nach dem Venturiprinzip zur An saugung von Umgebungsluft ist eine Verlängerung der Sauer stoffverfügbarkeit um den Faktor 2 bis 4 möglich.With optimized injectors based on the Venturi principle for intake of ambient air, it is possible to extend the oxygen availability by a factor of 2 to 4.

Durch eine Dosierung von höchstkonzentriertem Sauerstoff zu Beginn einer Inspiration wird eine bestmögliche Versorgung der Alveolen mit Sauerstoff erzielt, auch wenn im nachfolgenden Verlauf der Inspiration die Sauerstoffkonzentration verringert wird. Diese Verringerung kann durch Beimischung von z.B. Umgebungsluft oder Luft aus Haussystemen, wie sie in Krankenhäusern vorzufinden sind, durch ein Venturiprinzip o.ä. erfolgen. Dieses Gas mit verringerter Sauerstoffkonzentration dient in erster Linie dazu, um den Bolus hoher O2-Konzentration bis zu den Alveolen zu transportieren, wobei es selbst nur die Atemwege und nicht die Areale mit Lungenfunktionsgewebe erreicht.By dosing highly concentrated oxygen at the beginning of inspiration, the best possible supply of oxygen to the alveoli is achieved, even if the oxygen concentration is reduced during subsequent inspiration. This reduction can be achieved by admixing, for example, ambient air or air from house systems such as those found in hospitals, using a Venturi principle or similar. This gas with reduced oxygen concentration primarily serves to transport the bolus of high O2 concentration to the alveoli, although it only reaches the airways and not the areas with functioning lung tissue.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann die zeitlich begrenzte Abgabe der hohen Sauerstoffkonzentration zu Beginn der Inspiration unabhängig von den Beatmungsparametern erfolgen. Der Zeitbereich der erhöhten Sauerstoffabgabe kann fest vorgeben werden.In one embodiment of the invention, the time-limited delivery of the high oxygen concentration at the beginning of inspiration can occur independently of the ventilation parameters. The range of increased oxygen release can be specified.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die begrenzte Abgabe der hohen Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit von Beatmungsparametern erfolgen. Dabei kann beispielsweise eine beliebige Kombination aus Inspirationszeit, Inspirationsflow und Inspirationsdruck sowie generell Druck-, Flow- und Volumen-Kriterien, beispielsweise in Abhängigkeit von der Inspirationszeit Ti, in unterschiedlichen Gewichtungen zur Festlegung des Zeitbereiches für die Abgabe der hohen Sauerstoffkonzentration herangezogen werden.In a further embodiment of the invention, the limited delivery of the high oxygen concentration can be dependent on ventilation parameters. For example, any combination of inspiratory time, inspiratory flow, and inspiratory pressure, as well as general pressure, flow, and volume criteria, for example, depending on the inspiratory time Ti, can be used with different weightings to determine the time range for the delivery of the high oxygen concentration.

Ebenso können weitere physiologische Parameter wie z.B. Hämoglobinwert, etCO2, spO2 oder weitere direkte oder indirekte Indikatoren für eine Oxygenierung des Blutes genutzt werden. Ferner können gerätetechnische Parameter wie Schlauchvolumen, Volumen der gesamten Beatmungsstrecke, Vo lumen Geräteblock, pneumatische Widerstände der Beatmungs gerätkomponenten sowie weitere zur Berechnung des richtigen Applikationszeitpunktes des Sauerstoffes notwendige technische Parameter in das Verfahren einfließen.Other physiological parameters such as hemoglobin level, etCO2, spO2, or other direct or indirect indicators of blood oxygenation can also be used. Furthermore, device-related parameters such as tube volume, volume of the entire ventilation path, device block volume, pneumatic resistance of the ventilator components, and other technical parameters necessary for calculating the correct time to administer oxygen can be incorporated into the process.

Der Zeitpunkt der Auslösung des Bolus ist durch das Volumen zwischen dem Ort der Sauerstoffeinspeisung und dem Ort des Gemischausganges mit einer Vorlaufzeit t_x versetzt vorher auszulösen. Dazu sind unter anderem Flow und Beatmungsstreckenvolumen auszuwerten.The time of bolus initiation must be pre-determined by the volume between the oxygen inlet and the mixture outlet, with a lead time t_x. This requires the evaluation of flow and ventilator volume, among other factors.

In einer weiteren Ausführungsform werden die physiologischen, beatmungsrelevanten Parameter mit verschiedenen Sensoren erfasst und einer Trendanalyse unterzogen. Diese versucht, die nächsten Atembewegungen des Patienten vorherzusagen, um die Vorlaufzeit t_x optimal zu berechnen.In another embodiment, the physiological, ventilation-relevant parameters are recorded using various sensors and subjected to a trend analysis. This attempts to predict the patient's next respiratory movements in order to optimally calculate the lead time t_x.

Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen lediglich beispielhaft beschrieben, wobei funktionell gleiche Teile mit entsprechenden gleichen Bezugskennziffern bezeichnet sind.

1 zeigt eine prinzipielle Anordnung eines Volumenmodels einer bevorzugter Ausführung vorliegender Erfindung,
2 zeigt ein Flussdiagramm des Algorithmus zur Berechnung der Austrittskonzentration und des FiO2 der bevorzugten Ausführung vorliegender Erfindung,
3 zeigt einen Algorithmus der FiO2-Regelung,
4 zeigt ein Blockschaltbild der FiO2-Regelung,
5 zeigt eine graphische Darstellung des Volumendurchflussverlaufs,
6 zeigt eine schematische Anordnung eines erfindungsgemäßen Beatmungssystems,
7 zeigt einen Längsschnitt durch einen Venturiinjektor mit angeschlossenen Funktionskomponenten,
8 zeigt eine Darstellung einer Beatmungsphase mit erfindungsgemäßer Sauerstoffdosierung,
9 zeigt eine gegenüber 8 abgewandelten Darstellung unter Berücksichtigung einer Vorlaufzeit und
10 zeigt eine Darstellung mit konstanter Sauerstoffdosierung während der gesamten Inspirationsphase.

Embodiments of the present invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings, in which functionally identical parts are designated by corresponding identical reference numerals.

1 shows a basic arrangement of a volume model of a preferred embodiment of the present invention,
2 shows a flowchart of the algorithm for calculating the exit concentration and FiO2 of the preferred embodiment of the present invention,
3 shows an algorithm of FiO2 control,
4 shows a block diagram of the FiO2 control,
5 shows a graphical representation of the volume flow curve,
6 shows a schematic arrangement of a ventilation system according to the invention,
7 shows a longitudinal section through a Venturi injector with connected functional components,
8 shows a representation of a ventilation phase with oxygen dosage according to the invention,
9 shows a opposite 8 modified representation taking into account a lead time and
10 shows a representation with constant oxygen dosage throughout the entire inspiration phase.

In 1 ist eine prinzipielle Anordnung eines Volumenmodels einer bevorzugter Ausführung vorliegender Erfindung zu sehen. Ganz allgemein erklärt, wird aus einer Quelle 1 ein nicht fester Stoff erster Art, ein flüssiger oder gasförmiger, mit einem Volumen Vins,n(cins,n) in einen relativ zu seinem Durchmesser länglich ausgebildeten Mischraum 2 mit einem bestimmten Volumendurchfluss unter Druck eingegeben. In einem Einleitungspunkt 4 wird in den Mischraum 2 ein nicht fester Stoff zweiter Art, ein flüssiger oder gasförmiger, mit einem Volumen VO2,n unter Druck eingeleitet. Aus dem Mischraum 2 tritt ein Gemisch aus den zwei nicht festen Stoffen mit einem Volumen Vadd3,n(cmix3, n) heraus.In 1 A basic arrangement of a volume model of a preferred embodiment of the present invention can be seen. In very general terms, a non-solid substance of the first type, a liquid or gaseous one, with a volume Vins,n(cins,n) is fed from a source 1 into a mixing chamber 2 that is elongated relative to its diameter and has a specific volume flow rate under pressure. At an inlet point 4, a non-solid substance of the second type, a liquid or gaseous one, with a volume VO2,n is introduced into the mixing chamber 2 under pressure. A mixture of the two non-solid substances with a volume Vadd3,n(cmix3,n) emerges from the mixing chamber 2.

Der nicht feste Stoff erster Art mit dem Volumen Vins,n(cins,n) weist eine konzentration c1 des nicht festen Stoffes zweiter Art auf. In der bevorzugten Ausführung ist der Stoff zweiter Art der reine Sauerstoff (bzw. ein hochkonzentriertes Sauerstoff-Gemisch) und der Stoff erster Art ist ein Gasgemisch, das im wesentlichen der atmosphärischen Luft entspricht. Vorzugsweise ist der Einleitungspunkt als ein Rohr ausgeführt, der in Flussrichtung in dem Mischraum 2 angeordnet ist. Die Zahl n in Klammern bei dem Volumen Vadd2,n(cmix2,n) steht für ein gedachtes diskretes Teilvolumen, dessen Konzentration des zweiten in ihm enthaltenen nicht festen Stoffs, hierbei des Sauerstoffs, eine orts- und zeitabhängige Variable cmix ist.The non-solid substance of the first type with the volume Vins,n(cins,n) has a concentration c1 of the non-solid substance of the second type. In the preferred embodiment, the second type is pure oxygen (or a highly concentrated oxygen mixture), and the first type is a gas mixture that essentially corresponds to atmospheric air. Preferably, the introduction point is designed as a pipe arranged in the direction of flow in the mixing chamber 2. The number n in parentheses next to the volume Vadd2,n(cmix2,n) stands for an imaginary discrete sub-volume whose concentration of the second non-solid substance contained therein, in this case oxygen, is a location- and time-dependent variable cmix.

Am Ausgang aus dem Mischraum 2 tritt das Gemisch aus den zwei vermischten Stoffen erster und zweiter Art mit einem gesamten Volumen Vadd3,n(cmix3,n) heraus, welches eine Konzentration des zweiten nichtfesten Stoffs von cmix3,n aufweist, die ebenso in diskreten Volumenmengen-Schritten n sich in einem Fertiggemisch-Raum 5 orts- und zeitabhängig verändert. Ein nicht festes Stoffgemisch dritter Art mit dem Volumen V3,n(cexp,n) ist in den Fertiggemisch-Raum 5 eingeleitet. In der bevorzugten Ausführung ist es die ausgeatmete Luft einer Person, wobei die Luft periodisch zeit- und ortsabhängig ihre Richtung, Sauerstoff-, CO2-Gehalt usw. verändert.At the exit from mixing chamber 2, the mixture of the two mixed substances of the first and second type emerges with a total volume Vadd3,n(cmix3,n), which has a concentration of the second non-solid substance of cmix3,n, which also varies in discrete volume steps n in a ready-mix chamber 5 depending on location and time. A non-solid mixture of the third type with the volume V3,n(cexp,n) is introduced into the ready-mix chamber 5. In the preferred embodiment, it is the exhaled air of a person, whereby the air periodically changes its direction, oxygen, CO2 content, etc. depending on time and location.

Nicht eingezeichnet sind die Volumendurchfluss oder Massen stromsensoren, die die beiden, bzw. zumindest einen von beiden, Volumenströme der beiden zu vermischenden Stoffe messen, sowie Regelstelleinheiten, wie elektromechanisch gesteuerte Ventile, mittels derer eine Steuerung mindestens einen der Volumenströme in Abhängigkeit von gemessenen und vorliegenden Volumenströmen bzw. Massenströmen steuert.Not shown are the volume flow or mass flow sensors that measure the two, or at least one of the two, volume flows of the two substances to be mixed, as well as control units, such as electromechanically controlled valves, by means of which a controller controls at least one of the volume flows depending on measured and existing volume flows or mass flows.

Des Weiteren sind zwei weitere Abschnitte des Mischraums 2 aufgezeigt: Vorraum 2' und Nachraum 2'' bezogen auf den Einleitungspunkt 4Furthermore, two further sections of the mixing chamber 2 are shown: anteroom 2' and postroom 2'' related to the inlet point 4

In 2 ist ein Flussdiagramm des Algorithmus zur Berechnung der Austrittskonzentration und des FiO2 der bevorzugten Ausführung nach vorliegender Erfindung zu sehen.In 2 is a flowchart of the algorithm for calculating the exit concentration and FiO2 of the preferred embodiment of the present invention.

Dem Prozess liegen zunächst die Werte für eine jeweilige Grundkonzentration in den beiden Abschnitten des Mischraums 2, zugrunde einem Wert im Vorraum 2' und einem Wert im Nachraum 2'' bezogen auf den Einleitungspunkt 4.The process is initially based on the values for a respective basic concentration in the two sections of the mixing chamber 2, a value in the anteroom 2' and a value in the postroom 2'' related to the introduction point 4.

Im ersten Prozessschritt werden die Messwerte der Volumenströme V̇_insp,n, V̇_O2,n mittels Volumendurchflusssensoren erfasst, bzw. mindestens ein Wert als Messwert erfasst, wenn der andere Wert als ein konstanter Durchfluss vorliegt. Da die Volumenströme erste zeitabhängige Ableitungen des zugehörigen Volumens sind, wird in einem nächsten Schritt aus den gemessenen Volumenströmen jeweils das zugehörige Volumen V_insp,n, V_O2,n, V_add2,n in einer Steuerung berechnet. Mit den dann vorliegenden Werten wird in der Steuerung die Mischkonzentration c_mix2,n berechnet. Ferner wird in der Steuerung nach einem geeigneten Algorithmus ortsabhängig die Konzentration des Sauerstoffs für diskrete Volumen berechnet. Abhängig von den Inspirations- und Exspirationsphasen wird daraus eine Volumenverschiebung berechnet und als Resultat eine Austrittskonzentration c_mix3,n für die fertige Gasmischung am Austrittsende des Mischraums berechnet, die zeitabhängig die Verschiebung der ortsdiskreten Volumenabschnitte verschiedener Konzentrationen berechnet.In the first process step, the measured values of the volume flows V̇ _insp,n , V̇ _O2,n are recorded using volume flow sensors, or at least one value is recorded as a measured value if the other value is a constant flow. Since the volume flows are first time-dependent derivatives of the corresponding volume, in a next step the corresponding volume V _insp,n , V _O2,n , V _add2,n is calculated from the measured volume flows in a controller. The mixed concentration c _mix2,n is then used in the controller to calculate the mixture concentration. Furthermore, the oxygen concentration for discrete volumes is calculated in the controller using a suitable algorithm, depending on the location. Depending on the inspiration and expiration phases, a volume shift is calculated from this and as a result an outlet concentration c _mix3,n is calculated for the finished gas mixture at the outlet end of the mixing chamber. This outlet concentration c mix3,n calculates the shift of the spatially discrete volume sections of different concentrations as a function of time.

Die austretende Gasmischung wird, wenn gerade zeitablauftechnisch mit der Beatmung der Person passend, in einer Inspirationsphase eingeatmet. Falls diese Bedingung nicht vorliegt, wird in dem Ablauf an den Anfang verzweigt.The escaping gas mixture is inhaled during an inspiration phase, if the timing is right for the patient's ventilation. If this condition is not met, the process branches back to the beginning.

Für die Berechnung des FIO2, d.h. des Sauerstoffgehalts in der Atemgasmischung, wird in einer bevorzugten Ausführung ein am Schluss des Diagramms gezeigter Algorithmus verwendet. Weitere genauere Algorithmen sind denkbar, sowohl aus theoretischen, wie experimentellen Ansätzen.To calculate FIO2, i.e., the oxygen content in the breathing gas mixture, a preferred embodiment uses an algorithm shown at the end of the diagram. Other, more precise algorithms are conceivable, both based on theoretical and experimental approaches.

In 3 ist ein Algorithmus der Steuerung des Sauerstoffgehalts, des FIO2, der Atemluft zu sehen.In 3 An algorithm for controlling the oxygen content, FIO2, of the breathing air can be seen.

Als Eingangsgrößen liegen die Therapieparameter für FiO2 vor, die beispielsweise ein Arzt für einen bestimmten Patienten vorschreibt. Diese werden mittels einer Eingabeeinheit in das System eingegeben.The input variables are the therapy parameters for FiO2, which, for example, a physician prescribes for a specific patient. These are entered into the system using an input unit.

Im nächsten Verfahrensschritt wird ein Vergleich zwischen dem vorgegebenen FiO2-Sollwert und dem ermittelten FiO2-Istwert durchgeführt und aus diesem Vergleich werden ein oder zwei Werte für einen anschließend folgenden Verfahrensschritt bereit gestellt, in dem eine Regelung des Sauerstoff-Volumenstroms durchgeführt wird. Für die Ausführung dieser Regelung des Volumenstroms sind in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung elektromechanisch angetriebene Ventile oder Stelleinheiten vorgesehen, die jeweils einen der beteiligten nichtfesten Stoffe, hierbei im Beispiel Gase und Gasmischungen, vorgesehen.In the next process step, a comparison is made between the specified FiO2 target value and the determined FiO2 actual value. From this comparison, one or two values are provided for a subsequent process step in which the oxygen volume flow is controlled. To implement this volume flow control, a preferred embodiment of the invention provides electromechanically driven valves or actuators, each of which controls one of the non-solid substances involved, in this example, gases and gas mixtures.

In einer vereinfachten bevorzugten Ausführung der Erfindunc wird nur einer der beiden zu vermischenden Stoffe mit einer Regelung, d.h. einem elektromechanischen Ventil oder einer Stelleinheit, ausgestattet, während für den Volumenstron des zweiten beteiligten Stoffes eine konstante Größe vorgegeben wird, die durch eine kalibrierte Durchlassöffnung strömungshydraulisch vorgegeben ist.In a simplified preferred embodiment of the invention, only one of the two substances to be mixed is equipped with a control, i.e. an electromechanical valve or an actuating unit, while a constant value is specified for the volume flow of the second substance involved, which is flow-hydraulically specified by a calibrated passage opening.

Im nächsten Verfahrensschritt steht die zubereitete Atemgasmischung der Beatmung des Patienten zur Verfügung.In the next step, the prepared breathing gas mixture is available for the patient’s ventilation.

Der nächste folgende Verfahrensschritt beinhaltet die unter 2 beschriebene Berechnung des FiO2-Wertes aus den gemessenen Volumendurchflusswerten, woraus die FiO2-Istwerte für den geschlossenen Regelkreis ermittelt werden und wieder an seinen Anfang dem Verfahrensschritt zugeführt werden, in dem ein Sollwert-Istwert-Vergleich stattfindet.The next step in the process includes the 2 described calculation of the FiO2 value from the measured volume flow values, from which the FiO2 actual values for the closed control loop are determined and fed back to the beginning of the process step in which a setpoint-actual value comparison takes place.

In 4 ist ein Blockschaltbild der FIO2-Regelung nach einer bevorzugten Ausführung vorliegender Erfindung dargestellt. Es schließt als ein Teilelement einen Patienten 12 mit ein, und umfasst eine Steuerung 7 mit einer in ihr enthaltenen Recheneinheit (CPU), eine pneumatische Einheit 10, eine Benutzerschnittstelle 11, die in der bevorzugten Ausführung der Erfindung einer Atemmaske entspricht, und einer zwischen der Steuerung 7 und der pneumatischen Einheit geschalteten Sensorikeinheit 8, sowie einer Aktorikeinheit 9.In 4 A block diagram of the FIO2 control according to a preferred embodiment of the present invention is shown. It includes a patient 12 as a sub-element and comprises a controller 7 with a computing unit (CPU) contained therein, a pneumatic unit 10, a user interface 11, which in the preceding preferred embodiment of the invention corresponds to a breathing mask, and a sensor unit 8 connected between the controller 7 and the pneumatic unit, as well as an actuator unit 9.

Die pneumatische Einheit 10 umfasst alle die Pneumatik betreffenden Teile, wie den Mischraum, der in einer bevorzugten Ausführung als ein Schlauch gestaltet ist und einen zweiten Zuführungsschlauch, über den der Sauerstoff in den Mischraum eingespeist wird, sowie kalibrierte öffnungen, die strömungshydraulisch für einen vorgegebenen normalen oder maximalen Volumendurchfluss sorgen.The pneumatic unit 10 comprises all parts relating to the pneumatics, such as the mixing chamber, which in a preferred embodiment is designed as a hose, and a second supply hose through which the oxygen is fed into the mixing chamber, as well as calibrated openings which, in terms of flow hydraulics, ensure a predetermined normal or maximum volume flow.

Die Steuerung 7 umfasst eine Recheneinheit, die in der bevorzugten Ausführung mit den üblichen Mitteln zum Laden, Vorhalten und Zwischenspeichern von Daten, sowie einer datentechnischen Peripherie-Schnittstelle ergänzt ist. Sie empfängt über diese Peripherie-Schnittstelle von den Volumendurchflusssensoren die gemessenen Signale und verarbeitet sie nach einem programmtechnisch in der Recheneinheit ablaufenden Algorithmus. Als Ergebnis gibt die Steuerung 7 über einen Ausgabeteil der Peripherie-Schnittstelle den rechnerisch ermittelten Regel-Stellgrößen entsprechende elektrische Signale für eine oder mehrere Stelleinheiten aus, die den Volumendurchfluss eines jeweiligen zu vermischenden Stoffes regeln.The controller 7 comprises a computing unit, which in the preferred embodiment is supplemented with the usual means for loading, maintaining, and temporarily storing data, as well as a data-related peripheral interface. It receives the measured signals from the volume flow sensors via this peripheral interface and processes them according to an algorithm running in the computing unit. As a result, the controller 7 outputs electrical signals corresponding to the computationally determined control variables via an output section of the peripheral interface to one or more control units that control the volume flow of a particular substance to be mixed.

Die Benutzerschnittstelle 11 ist in der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Atemmaske, die als Bindeglied zwischen dem ein Atemgasgemisch zubereitenden System und dem Patienten dient.In the preferred embodiment of the present invention, the user interface 11 is a breathing mask that serves as a link between the system preparing a breathing gas mixture and the patient.

Die Sensorikeinheit 8 umfasst den oder die Volumendurchfluss-Sensoren, sowie dazu gehörende Leitungen und evtl. benötigte Signalumsetzer. Als Volumendurchfluss-Sensoren eignen sich vorzugsweise Hitzedraht- oder Differenzdrucksensoren, die über gute dynamische Eigenschaften verfügen.Sensor unit 8 comprises the volume flow sensor(s), as well as the associated cables and any required signal converters. Hot-wire or differential pressure sensors, which have good dynamic properties, are preferably suitable as volume flow sensors.

Die Aktorikeinheit 9 umfasst ein oder mehrere elektromechanisch angetriebene Regelventile, bzw. Stelleinheiten, die den Volumendurchfluss variieren können, sowie dazu gehörende Leitungen und evtl. benötigte Signalumsetzer.The actuator unit 9 comprises one or more electromechanically driven control valves or actuating units that can vary the volume flow, as well as associated lines and any required signal converters.

In 5 ist eine graphische Darstellung des Volumendurchflussverlaufs zu sehen. In dieser bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Volumendurchfluss des Sauerstoffs konstant vorgegeben, hierbei dargestellt mit der durchgezogenen Linie. Die gepunktete Linie stellt den Volumendurchfluss der mit dem Sauerstoff zu vermischenden Luft dar, und die gestrichelte Linie zeigt den Verlauf des gesamten summierten Volumendurchflusses und/oder O2-Regelung der zubereiteten Atemgasmischung. Es ist ersichtlich, dass zwischen der Startzeit und der Zeit T1 eine Inspiration, d.h. ein Einatmen, stattfindet, und zwischen der Zeit T1 und T2 die Exspiration oder ein Ausatmen stattfindet. Die erfindungsgemäße Steuerung regelt hierbei den Volumendurchfluss in Abhängigkeit von der aus den gemessenen Durchflusswerten ermittelten Atemfrequenz hoch und runter.In 5 a graphical representation of the volume flow rate curve can be seen. In this preferred embodiment of the invention, the volume flow rate of the oxygen is constant, represented here by the solid line. The dotted line represents the volume flow rate of the air to be mixed with the oxygen, and the dashed line shows the curve of the total summed volume flow and/or O2 regulation of the prepared breathing gas mixture. It can be seen that between the start time and time T1 inspiration, i.e. inhalation, takes place, and between the times T1 and T2 expiration or exhalation takes place. The control according to the invention regulates the volume flow up and down depending on the respiratory rate determined from the measured flow values.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist auch der Durchfluss des Sauerstoffs abhängig von den Atemphasen gesteuert - dann erhalten alle drei Kurvenverläufe eine ähnliche Gestalt.In a further preferred embodiment of the invention, the oxygen flow is also controlled depending on the breathing phases - then all three curves have a similar shape.

6 zeigt eine schematische Anordnung einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Beatmungssystems. 6 shows a schematic arrangement of a preferred embodiment of the ventilation system according to the invention.

Das System besitzt eine Gasquelle 13, welche eines der zu vermischenden Stoffe, hierbei die Umgebungsluft, komprimiert und in den Schlauch 10' einleitet. Der zweite zu vermischende Stoff, der hierbei Sauerstoff ist, ist über eine eigene Zuleitung 16 in den Schlauch 10' an einem günstig positionierten Einleitpunkt 4, der sich zwischen den Enden des Schlauchs 10' befindet, eingeleitet. Der Sauerstoff wird entweder, wie zumeist üblich, aus einer Gasflasche über einen Druckminderer entnommen, oder von einem Erzeugergerät direkt geliefert (beide sind nicht dargestellt).The system has a gas source 13, which compresses one of the substances to be mixed, in this case the ambient air, and introduces it into the hose 10'. The second substance to be mixed, which in this case is oxygen, is introduced via a separate supply line 16 into the hose 10' at a conveniently positioned inlet point 4 located between the ends of the hose 10'. The oxygen is either drawn from a gas cylinder via a pressure reducer, as is usually the case, or supplied directly from a generator (neither are shown).

Die Zufuhr der Umgebungsluft wird mit dem vorzugsweise am Anfang des Schlauchs 10' positionierten Volumendurchfluss sensor 14 erfasst und mit einem elektromechanisch angetrie benen Regelventil 15 gesteuert, dessen Durchflussöffnung sich verstellen lässt.The supply of ambient air is detected by the volume flow sensor 14, preferably positioned at the beginning of the hose 10', and controlled by an electromechanically driven control valve 15, the flow opening of which can be adjusted.

In dem Schlauch 10' zwischen seinen beiden Enden ist de: Einleitpunkt 4 der Zuleitung 16 positioniert, über den de: Sauerstoff eingeleitet wird. Die Zuleitung 16 für die Sauerstoffzufuhr weist in dieser bevorzugten Ausführung der Erfindung ebenso einen Volumendurchflusssensor 17 und ein elektromechanisch angetriebenes Regelventil 18 auf, die eine Steuerung des Volumendurchflusses des Sauerstoffs ermöglichen.In the hose 10', between its two ends, is positioned the inlet point 4 of the supply line 16, through which the oxygen is introduced. In this preferred embodiment of the invention, the supply line 16 for the oxygen supply also has a volume flow sensor 17 and an electromechanically driven control valve 18, which enable control of the volume flow of the oxygen.

Die Signale der Volumendurchflusssensoren 14 und 17 werden der Steuerung 7 zugeführt, die sie auswertet und nach einem Algorithmus berechneten Stellwerte für die ebenso an sie angeschlossenen elektromechanisch angetriebenen Regelventile 15 und 18 ausgibt. Die Steuerung 7 gibt außerdem Messwerte und/oder berechnete Werte auf einer Anzeigevorrichtung 19 zu Kontrollzwecken aus. Für die manuelle Vorgabe von Sollwerten für die Sauerstoffkonzentration, des FiO2-Wertes, ist eine Eingabeeinheit 20 vorgesehen.The signals from the volume flow sensors 14 and 17 are fed to the controller 7, which evaluates them and outputs control values calculated according to an algorithm for the electromechanically driven control valves 15 and 18, which are also connected to them. The controller 7 also displays measured values and/or calculated values on a display device 19 for control purposes. An input unit 20 is provided for the manual specification of setpoints for the oxygen concentration, the FiO2 value.

Am Ende des Schlauchs 10' befindet sich ein Ausatemsystem 10'', das zumeist entweder als ein Diffusionsfilter oder eine Öffnung realisiert ist. Unmittelbar daran anschließend folgt eine Benutzerschnittstelle 11, die in der vorliegenden bevorzugten Ausführung als eine Atemmaske ausgeführt ist. Diese Benutzerschnittstelle ist an die Atemorgane eines Patienten 12 angeschlossen und sorgt für eine komfortable erträgliche Anbindung des Menschen an das Beatmungssystem.At the end of the tube 10' is an exhalation system 10'', which is usually implemented either as a diffusion filter or an opening. Immediately adjacent to this is a user interface 11, which in the present preferred embodiment is designed as a breathing mask. This user interface is connected to the respiratory organs of a patient 12 and ensures a comfortable and tolerable connection of the person to the ventilation system.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mittels eines in der Steuerung 7 ablaufenden Programms realisiert, welches anhand gemessener Volumendurchflusswerte für den einen oder beide zu vermischende Stoffe deren Volumina im zeitlichen und örtlichen Verlauf erfasst, daraus nach einem Algorith-, mus den Verlauf der FiO2-Konzentration im Schlauch 10', dem Ausatemsystem 10" und der Benutzerschnittstelle 11 berechnet und auf der Anzeigevorrichtung 19 anzeigt.The method according to the invention is implemented by means of a program running in the controller 7, which program records the volumes of one or both substances to be mixed over time and space based on measured volume flow values, calculates therefrom the course of the FiO2 concentration in the hose 10', the exhalation system 10" and the user interface 11 according to an algorithm and displays it on the display device 19.

7 zeigt eine Druckgasquelle (21), die über einen Druckregler (22) und ein Steuerventil (23) an eine Mischeinrichtung (24) angeschlossen ist. Die Mischeinrichtung (24) besitzt einen Druckgaseingang (25), mindestens einen Umgebungsluftanschluß (26, 27) sowie einen Ausgang (28). 7 shows a compressed gas source (21) connected to a mixing device (24) via a pressure regulator (22) and a control valve (23). The mixing device (24) has a compressed gas inlet (25), at least one ambient air connection (26, 27), and an outlet (28).

Die Druckgasquelle (21) kann beispielsweise als eine Flüssiggasquelle ausgebildet sein, deren Druck vom Druckregler (22) auf einen Bereich von 2,7 bis 6 bar eingestellt wird. Das Steuerventil (23) kann als ein Proportionalventil ausgebildet sein. Den Umgebungsluftanschlüssen (26, 27) wird die Umgebungsluft vorteilhafterweise über einen Luftfilter (29) zugeführt.The compressed gas source (21) can, for example, be designed as a liquid gas source, the pressure of which is adjusted by the pressure regulator (22) to a range of 2.7 to 6 bar. The control valve (23) can be designed as a proportional valve. The ambient air is advantageously supplied to the ambient air connections (26, 27) via an air filter (29).

Die Mischeinrichtung (24) gemäß 1 weist zwei Venturidüsen (30, 31) auf, wobei die Venturidüse (30) eine Grundstromstufe für einen unteren Lastbereich und die Venturidüse (31) eine Vollstromstufe für einen oberen Lastbereich bereitstellt. Insbesondere ist daran gedacht, im oberen Lastbereich die Venturidüsen (30, 31) relativ zueinander parallel zu betreiben.The mixing device (24) according to 1 has two Venturi nozzles (30, 31), wherein the Venturi nozzle (30) provides a base flow stage for a lower load range and the Venturi nozzle (31) provides a full flow stage for an upper load range. In particular, it is intended to operate the Venturi nozzles (30, 31) in parallel relative to one another in the upper load range.

Die Venturidüse (30) ist als ein Festinjektor ausgebildet, dem über den Druckgaseingang (25) das Druckgas als Treibgas zugeführt wird. Die Umgebungsluft wird über den Umgebungsluftanschluß (26) zur Venturidüse (30) geleitet. Aufgrund der Injektorwirkung der aus der Venturidüse (30) ausströmenden Gasströmung an Druckgas wird Umgebungsluft mitgerissen, im Bereich einer Mischkammer (32) mit dem Druckgas vermengt und anschließend in Richtung auf den Ausgang (28) geleitet. Dabei wird über einem Diffusor (32a) erneut Druck aufgebaut.The Venturi nozzle (30) is designed as a fixed injector, to which the compressed gas is supplied as propellant via the compressed gas inlet (25). The ambient air is fed to the Venturi nozzle (30) via the ambient air connection (26). Due to the injector effect of the compressed gas flow flowing out of the Venturi nozzle (30), ambient air is entrained, mixed with the compressed gas in the area of a mixing chamber (32), and then directed toward the outlet (28). In this process, pressure is rebuilt via a diffuser (32a).

Die Venturidüse (31) ist als ein Nadelinjektor ausgebildet, wobei bei in dem in 1 dargestellten Betriebszustand eine Nadel (33) den Düsenausgang (34) verschließt. Die Nadel (33) ist von einem Nadelträger (35) gehaltert, in dem die Nadel (33) in Richtung einer Nadellängsachse (16) beweglich geführt ist. Eine Nadelspitze (37) ragt aus dem Düsenausgang (34) heraus. Ein der Nadelspitze (37) abgewandter Nadelsockel (38) ist auf einer Membran (39) befestigt, die in einer Membrankammer (40) angeordnet ist. Die Membrankammer (40) ist über einen Steuerkanal (41) mit dem Druckgaseingang (25) verbunden. Darüber hinaus ist die Membran (39) im Bereich ihrer der Membrankammer (40) abgewandten Oberfläche von einem Gegenelement (42) abgestützt, das über eine Feder (43) gegenüber einem Kammergehäuse (44) verspannt ist.The Venturi nozzle (31) is designed as a needle injector, wherein in the 1 In the operating state shown, a needle (33) closes the nozzle outlet (34). The needle (33) is held by a needle carrier (35) in which the needle (33) is movably guided in the direction of a needle longitudinal axis (16). A needle tip (37) projects from the nozzle outlet (34). A needle base (38) facing away from the needle tip (37) is fastened to a diaphragm (39) which is arranged in a diaphragm chamber (40). The diaphragm chamber (40) is connected to the compressed gas inlet (25) via a control channel (41). In addition, the diaphragm (39) is supported in the region of its surface facing away from the diaphragm chamber (40) by a counter-element (42) which is braced against a chamber housing (44) by a spring (43).

Die Kraft der Feder (43) ist derart dimensioniert und mit Hilfe einer Einstellschraube (43a) so voreingestellt, daß bei einem am Druckgaseingang (25) anliegenden unteren Druckbereich, der über den Steuerkanal (41) auf die Membrankammer (40) übertragen wird, die Kraft der Feder (43) ausreichend ist, um die Nadel (33) abdichtend in den Düsenausgang (34) zu drücken.The force of the spring (43) is dimensioned and preset by means of an adjusting screw (43a) in such a way that, when the pressure at the compressed gas inlet (25) is at a lower pressure range, which is transmitted to the diaphragm chamber (40) via the control channel (41), the force of the spring (43) is sufficient to press the needle (33) sealingly into the nozzle outlet (34).

Zur Unterstützung einer kompakten Ausbildung der Mischeinrichtung (24) verläuft ein Verbindungskanal (45) ausgehend vom Druckgaseingang (25) am Nadelträger (15) vorbei bis zu einem Eingangskanal (46) der Venturidüse (30). Hierdurch kann eine gemeinsame Druckgasversorgung beider Venturidüsen (30, 31) erreicht werden.To support a compact design of the mixing device (24), a connecting channel (45) extends from the compressed gas inlet (25) past the needle carrier (15) to an inlet channel (46) of the Venturi nozzle (30). This allows a common compressed gas supply to both Venturi nozzles (30, 31).

8 zeigt einen Verlauf eines Beatmungszyklus mit einer Inspirationsphase und einer Exspirationsphase. Während eines Teiles der Dauer des Exspirationsphase wird Sauerstoff zudosiert. Die Zeitspanne der Zudosierung ist durch den gestrichelten Verlauf gekennzeichnet. Es ist zu erkennen, daß die Sauerstoffdosierung unmittelbar mit dem Beginn der Inspirationsphase startet und noch innerhalb der Inspirationsphase zu einem geeigneten Zeitpunkt beendet wird, an dem die Effektivität einer Sauerstoffaufnahme durch den Patienten zurückgeht. 8 shows the progression of a ventilation cycle with an inspiration phase and an expiration phase. Oxygen is administered during part of the expiration phase. The duration of the administration is indicated by the dashed line. It can be seen that oxygen administration begins immediately at the beginning of the inspiration phase and is terminated at a suitable point within the inspiration phase when the effectiveness of oxygen uptake by the patient decreases.

9 zeigt eine gegenüber der Darstellung in 8 abgewandelte Dosierung des Sauerstoffes. Die Dosierung beginnt hier unter Berücksichtigung einer Vorlaufzeit TX, die die Laufzeit der der Sauerstoffeinspeisung zugeordneten Volumeneinheiten durch das Beatmungssystem hindurch bis in den Bereich des Applikationsortes berücksichtigt. 9 shows a difference compared to the representation in 8 Modified oxygen dosage. Dosing begins here, taking into account a lead time TX, which accounts for the transit time of the volume units assigned to the oxygen supply through the ventilation system to the area of the application site.

10 zeigt eine Sauerstoffdosierung, die sich über den gesamten Zeitraum der Inspirationszeit erstreckt. 10 shows an oxygen dosage that extends over the entire period of inspiration time.

Claims

Device for providing a breathing gas mixture consisting of at least two gases, comprising a user interface (11) designed as a breathing mask, a hose (10') supplying at least one of the gases to be mixed or a gas mixture and connected to a gas source (13), an oxygen hose (16) supplying oxygen and connected to an oxygen source, means (10") designed as a venting system for discharging the exhaled air, a control valve (15, 18) regulating the volume flow of at least one of the gases to be mixed, and a controller (7), wherein the device has at least one detection of the volume flow or the gas composition of at least one of the gases or gas mixtures to be mixed, and the controller (7) processes the at least one detected volume flow value of the at least one gas or gas mixture to be mixed, and controls the volume flow of at least one of the gases or gas mixtures to be mixed, characterized in that the controller (7) (11) - supplied breathing gas mixture, exhaled breathing air, and thus recognizes the respiratory rate and the breathing air requirement of the patient on the basis of the reduced volume flow(s) and the calculated volumes, and regulates the inflow of one or both gases to be mixed according to the measured and determined quantities and taking into account the exhaled air escaping from the ventilation system (10") into the environment, wherein the control (7) starts an oxygen dosage immediately at the beginning of an inspiration phase and ends it within the inspiration phase at a suitable time at which the effectiveness of oxygen uptake by the patient decreases.

Device according to Claim 1 , characterized in that one of the gases to be mixed is a gas mixture.

Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that one of the gases to be mixed is a gas mixture, preferably air.

Device according to Claim 1 , characterized in that the detection of the volume flow and/or mass flow extends to at least a second gas to be mixed or a gas mixture and the controller (7) also processes these measured values.

Device according to Claim 1 , characterized in that the oxygen hose (16) is laid inside the air supply hose (10').

Device according to Claim 1 , characterized in that the oxygen hose (16) is laid outside the air supply hose (10').

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet point (4) of the oxygen into the air supplying hose (10') is located between its connection to the user interface (11) and its connection to the gas source (13).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the controller (7) controls the volume flow and/or mass flow of at least one further gas to be mixed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the gases or gas mixtures to be mixed is introduced into the associated hose (10', 16) with a constant volume flow and/or mass flow.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen source is a pressure vessel with pre-compressed oxygen (21).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen source (21) is an oxygen generator.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the volume flow and/or mass flow is detected by means of at least one flow measuring device (14, 17).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control of the volume flow of at least one of the substances to be mixed is carried out by means of at least one electromechanically driven control valve (15, 18).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the controller (7) has an interface which receives incoming signals from one or more volume flow and/or mass flow sensors and outputs outgoing signals for one or more control valves (15, 18).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Control (7) has a display device (19).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the controller (7) has an input device (20).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the user interface (11) is designed as a breathing mask or an endotracheal tube or a tracheostomy.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas source (1) is designed as a blower.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas source (1) is designed as a pre-compressed pressure vessel.

Method for determining the concentration of at least a portion of a gas mixture consisting of at least two gases with known concentrations of the respective ingredients, using the device according to Claim 1 , wherein at least one second gas is metered in at least temporarily in the region of a mixing point (2) to the volume flow and/or the mass flow of at least one first gas flowing through a transport line (10'), and the volume flows and/or the mass flows of the gases to be mixed are recorded and/or specified, and the displaced volumes of the gases in the respective transport line (10', 16) are determined, the mixed concentration in the region of the mixing point (2) being determined from the calculated concentrations of the displaced volumes and/or masses, characterized in that the distribution of the concentration of at least one portion of a gas mixture is determined at at least two points along the transport line (10').

Procedure according to Claim 20 , characterized in that the dimensions of the transport line (10') are known or determined.

Procedure according to Claim 20 or 21 , characterized in that one of the non-solid substances to be mixed, preferably gases or gas mixtures, is supplied with a constant volume flow and/or mass flow, and no detection of the volume flow and/or mass flow is carried out for this purpose.

Method according to one of the Claims 21 until 22 , characterized in that one of the gases to be mixed is oxygen.

Method according to one of the Claims 21 until 23 , characterized in that one of the gases to be mixed is air.

Method according to one of the Claims 21 until 24 , characterized in that the control of the volume flow and/or mass flow is carried out for oxygen.

Method according to one of the Claims 21 until 25 , characterized in that the CO2 concentration is calculated in the area below the user interface (11).

Method according to one of the Claims 21 until 26 , characterized in that the nitrogen concentration is calculated in the area below the user interface (11).

Method according to one of the Claims 21 until 27 , characterized in that an alarm is triggered in the event of a deviation of the calculated gas concentration from the predetermined target value.

Method according to one of the Claims 21 until 28 , characterized in that the breathing phases, in particular the inhalation and exhalation, of the patient (12) are recorded and the volume flow and/or mass flow of at least one of the gases or gas mixtures to be mixed is controlled as a function of the breathing phases.

Procedure according to Claim 25 , characterized in that the breathing phases are carried out by detecting the volume flow and/or mass flow of at least one of the gases or gas mixtures to be mixed and evaluating the measurement results.

Method according to one of the Claims 21 until 30 , characterized in that the concentration of at least a portion of a gas mixture is determined at the end of the transport line (10).

Method according to one of the Claims 21 until 31 , characterized in that a comparison of the predetermined target value and the calculated actual value of the mixed concentration is carried out, and that the comparison result is used to control the volume flow and/or mass flow of at least one of the non-solid substances involved, preferably gases or mixtures.