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DE4111965A1 - Verfahren zur kalibrierung eines stroemungssensors in einem atemsystem - Google Patents

Verfahren zur kalibrierung eines stroemungssensors in einem atemsystem

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Strömungssensors in einem Atemsystem und mit im Atemsystem angeordneten Stellgliedern zur Beeinflussung des Atemgasstroms und einer Antriebseinheit zur Förderung des Atemgasstroms.
Ein Atemsystem mit einem Strömungssensor ist aus der DE-A1-34 34 908 bekanntgeworden.
Das Atemsystem enthält Sperrventile als Stellglieder und Richtungsventile, welche den Fluß des Atemgasstromes steuern. Über einen Frischgasanschluß und ein erstes Sperrventil wird Frischgas in das Atemsystem eingespeist.
Inspirationsseitig fließt das Atemgas über einen Kohlendioxid-Absorber, ein erstes Richtungsventil und einen Drucksensor zur Lunge eines Patienten; auf der Exspirationsseite befinden sich ein Strömungssensor und ein zweites Richtungsventil, über welche das Atemgas zurück in den Inspirationszweig geleitet wird. Im Atemsystem sind ein zweites Sperrventil zum Ablassen von überschüssigem Atemgas und eine Antriebseinheit mit einem veränderbaren Volumen vorgesehen, wobei die Antriebseinheit in rhythmischer Folge Atemgas zu der Lunge des Patienten fördert. Der zeitliche Ablauf der Beatmung wird von einer Steuereinheit festgelegt.
Durch eine entsprechende Ansteuerung der Sperrventile sind verschiedene Beatmungsformen realisierbar. Ein sog. geschlossenes Atemsystem liegt vor, wenn nur soviel Frischgas in das Atemsystem dosiert wird, wie von dem Patienten verbraucht wurde, während bei einem halbgeschlossenen Atemsystem mit einem Überschuß an Frischgas gearbeitet wird und nach jedem Atemzug das überschüssige Atemgas aus dem Atemsystem abgelassen wird.
Die Überwachung der Beatmung geschieht mit einem Drucksensor für den Beatmungsdruck und einem Strömungssensor, der das vom Patienten exspirierte Volumen mißt. Eine verbreitete Ausführungsform für den Strömungssensor beruht auf der Konstanttemperatur- Hitzdrahtanemometrie. Dieses Meßverfahren ist zum einen gasartabhängig, zum anderen muß ein Referenzwert für den Flow "Null" im Meßgerät vorliegen. Bezüglich der Korrektur des Gasarteinflusses sind Kompensationsverfahren bekannt, die in der Lage sind, binäre Gasgemische mit bekannten Komponenten wie z. B. Lachgas und Sauerstoff adäquat zu berücksichtigen. Diese Kompensationsverfahren sind aber nicht in der Lage, Gasgemische mit mehr als zwei Komponenten auszuwerten. Drei Komponenten liegen beispielsweise vor, wenn zusätzlich zu Sauerstoff und Lachgas auch Narkosemittel in das Atemsystem dosiert wird. Der Einfluß des Narkosemittels auf die Strömungsmessung ist zu vernachlässigen, wenn niedrig zu dosierende Narkosemittel verwendet werden, bis zu Konzentrationen von etwa 4%.
Bei hochzudosierenden Narkosemitteln (bis zu 20% ist hingegen eine Einschränkung in der Meßgenauigkeit des Strömungssensors zu erwarten.
Der Referenzwert für den Flow "Null" wird üblicherweise so gewonnen, daß die Antriebseinheit abgeschaltet und beim Stillstand des Atemgasstroms der Referenzwert gemessen wird. Es ist aber auch möglich, diesen Referenzwert während der Umschaltpause zwischen Inspiration und Exspiration zu bestimmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der Kalibrierung eines Strömungssensors in einem Atemsystem zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß zur Kalibrierung die Stellglieder auf ein geschlossenes Atemsystem mit gerichtetem Atemgasstrom geschaltet werden und die Antriebseinheit mit vorgegebener Zeit-Volumen-Beziehung das im Atemsystem befindliche Atemgas über den Strömungssensor fördert und durch Vergleich der Zeit-Volumen-Beziehung mit dem Meßsignal des Strömungssensors ein Kalibrierwert für den Strömungssensor gebildet wird.
Der Vorteil der Erfindung liegt im wesentlichen darin, daß Atemgas aus dem geschlossenen Atemsystem mit der Antriebseinheit in vorgegebener Zeit-Volumen-Beziehung über den Strömungssensor gefördert wird und durch Vergleich des pro Zeiteinheit geförderte Volumen mit dem Meßsignal des Strömungssensors der Kalibrierwert für den Strömungssensor gebildet wird. Somit wird zur Kalibrierung des Strömungssensors das Atemgas in der Zusammensetzung verwendet, wie es sich gerade im Atemsystem befindet. Wegen des geschlossenen Atemsystems kann kein Frischgas in das Atemsystem einströmen und kein Atemgas entweichen. Die Zeit-Volumen-Beziehung wird in der Steuereinheit festgelegt und an die Antriebseinheit weitergegeben. Auf diese Weise ist das Atemgasvolumen pro Zeiteinheit bekannt, das durch den Strömungssensor fließt. Die Bestimmung des Referenzwertes für den Flow-"Null"-Zustand wird in bekannter Weise durchgeführt, indem beispielsweise vor dem Einschalten der Antriebseinheit der Referenzwert bei ruhender Atemgasströmung mit dem Strömungssensor gemessen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es ist zweckmäßig, als Antriebseinheit eine Kolben-Zylindereinheit mit einem Antrieb zu verwenden, welche eine Wegmeßeinrichtung für den Kolbenhub besitzt. Mit dieser Ausführungsform ist eine genaue Weg-Volumen-Beziehung realisierbar. Der Zeitanteil kann in der Weise berücksichtigt werden, daß der Kolben mit definierter Geschwindigkeit, vorzugsweise konstanter Geschwindigkeit, zurückfährt. Durch die Richtungsventile im Atemsystem ist der Atemgasstrom so geführt, daß die Atemgasförderung durch den Strömungssensor in der Exspirationsphase erfolgt.
Es ist zweckmäßig, die Kalibrierung des Strömungssensors in periodischer Folge durchzuführen. Auf diese Weise ist eine kontinuierliche Anpassung der Strömungsmessung an die Gasartzusammensetzung des Atemgases möglich. Es ist aber auch möglich, bei plötzlicher Änderung der Gasartzusammensetzung, z. B. beim Übergang von der Einleitungsphase zur Erhaltungsphase der Narkose, einen Kalibrierzyklus durch die Steuereinheit auszulösen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Atemsystem (1), in welchem das Atemgas längs des Richtungspfeiles (2) zirkuliert. An einem Frischgasanschluß (3) wird Frischgas über ein erstes Stellglied (4), dem ein Atembeutel (5) als Puffervolumen vorgeschaltet ist, in das Atemsystem (1) eingespeist. Ein erstes Richtungsventil (6) und ein zweites Richtungsventil (7) bestimmen die Flußrichtung des Atemgases zu einem Patienten (8) und zurück über einen Strömungssensor (9), der die Menge des ausgeatmeten Atemgases ermittelt. Mit einem Kohlendioxid Absorber (10) wird das vom Patienten (8) ausgeatmete Kohlendioxid aus dem Atemgas entfernt. In Strömungsrichtung hinter dem zweiten Richtungsventil (7) befindet sich ein zweites Stellglied (11), mit dem überschüssiges Atemgas aus dem Atemkreislauf (1) über ein Rückschlagventil (12) abgelassen werden kann.
Die Förderung des Atemgases erfolgt mit einer Antriebseinheit (13), welche aus einer Kolben-Zylindereinheit (14) und einem Antrieb (15) besteht.
Die Auslenkung des Kolbens der Kolben-Zylindereinheit (14) wird mit einer Wegmeßeinrichtung (16) gemessen. Die Ansteuerung der Stellglieder (4, 11) und des Antriebs (15) erfolgt über eine Steuereinheit (17), die die momentane Wegauslenkung der Kolben-Zylindereinheit (14) über die Wegmeßeinrichtung (16) erhält. Der Strömungssensor (9) ist ebenfalls an die Steuereinheit (17) angeschlossen, und es werden die gemessenen Strömungswerte über eine Anzeigeeinheit (18) angezeigt.
Die Kalibrierung des Strömungssensors (9) wird folgendermaßen durchgeführt:
Am Ende des Inspirationshubes befindet sich der Kolben der Kolben-Zylindereinheit (14) an seinem linken Anschlag, d. h. das Atemgas ist vollständig in das Atemsystem (1) gefördert. Danach werden die Stellglieder (4, 11) geschlossen, so daß kein Frischgas in das Atemsystem (1) einströmen kann und kein Atemgas über das Rückschlagventil (12) entweicht. Als Referenzwert für den Strömungssensor (9) wird zunächst bei ruhender Atemgasströmung der Flow-"Null"-Wert gemessen. Danach wird der Kolben der Kolben-Zylindereinheit (14) in von der Steuereinheit (17) vorgegebener Weg-Volumen-Beziehung mit konstanter Geschwindigkeit zurückgefahren und das Atemgas über den Strömungssensor (9) gefördert. Durch Vergleich des von dem Strömungssensor (9) an die Steuereinheit (17) gelieferten Meßwertes mit der Weg-Volumen-Beziehung, wird der Kalibrierwert für den Strömungssensor (9) gebildet.
Um eine Anpassung der Kalibrierung an eine veränderte Gasartzusammensetzung zu erhalten, ist es zweckmäßig, die Kalibrierung in periodischen Abständen zu wiederholen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Kalibrierung eines Strömungssensors in einem Atemsystem und mit im Atemsystem angeordneten Stellgliedern zur Beeinflussung des Atemgasstroms und einer Antriebseinheit zur Förderung des Atemgasstroms, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kalibrierung die Stellglieder (4, 11) auf ein geschlossenes Atemsystem (1) mit gerichtetem Atemgasstrom geschaltet werden und die Antriebseinheit (13) mit vorgegebener Zeit-Volumen-Beziehung das im Atemsystem (1) befindliche Atemgas über den Strömungssensor (9) fördert und durch Vergleich der Zeit-Volumen-Beziehung mit dem Meßsignal des Strömungssensors (9) ein Kalibrierwert für den Strömungssensor (9) gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit als eine Kolben-Zylindereinheit (14) mit einem Antrieb (15) ausgeführt ist und eine Wegmeßeinrichtung (16) für den Kolbenhub besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierung in periodischer Folge durchgeführt wird.
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