WO2008113424A1 - Respirator - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a ventilator with the features of the preamble of claim 1.
- a ventilator is designed with a supply device for supplying inspiratory air to a patient, a discharge device for discharging expired air from the patient and at least one moisture measuring device for determining the moisture supplied to the patient Inspiratory air and / or patient exhaled air.
- Mechanical ventilation plays an important life-sustaining role in intensive care, anaesthesiology and emergency medicine.
- mechanical ventilators with a supply line and a discharge line for breathing gas are known, which open into a tube, a mask or a cannula, in particular an endotracheal tube.
- the humidity regime must be observed.
- the mucous membrane of the respiratory tract on the way to the lung periphery releases so much water and heat to the inspiratory air that the air in the alveoli arrives body-warm and saturated with water vapor and, in particular, an isothermal saturation state prevails.
- This air conditioning of the respiratory air takes place predominantly in the upper airways, ie in the nose and in the naso-acrary.
- the absolute humidification or warming capacity of the lower airways is rather low.
- Mechanical ventilation by means of a breathing tube usually involves bridging the upper respiratory tract, in which the respiratory air is moistened, heated and cleaned. Due to the bridging of the upper airways associated with intubation, their respiratory air conditioning function is at least partially switched off. The warming and moistening of the respiratory gases shifts in the direction of the lung periphery and thus into areas which are only limitedly suitable for the heat and moisture exchange. This may be associated with an increase in the loss of water due to evaporation from the lower airways compared to the conditions of nasal breathing.
- the mucous membranes could become dehydrated and disorders of the mucociliary clearance function could occur. Prolonged exposure to dry and cold respiratory gases can lead to detectable morphological damage to the ciliary, mucous and epithelial cells, as well as profound changes in the basement membrane. Bacterial colonization is facilitated under these conditions, with patients with prominent pulmonary diseases being particularly at risk. Damaged epithelium can only contribute to humidification and warming to a limited extent, so that the isothermal saturation limit would be shifted ever further towards the small airways.
- the temperature of the exhaust gas is generally measured.
- humidity measurements in the supply air or exhaust air flow were also carried out on a laboratory scale.
- capacitive humidity sensors For moisture measurement, for example in the respiratory air flow, capacitive humidity sensors are known. Such capacitive humidity sensors usually work passively and measure the relative humidity. Although capacitive humidity sensors can be manufactured at reasonable prices, their reliability can be limited in the saturation range. Since the air-conditioned breathing air used for ventilation is usually almost saturated, the usefulness of capacitive humidity sensors in breathing air measurement may be associated with limitations. There have therefore been attempts to heat a capacitive sensor, thus leaving the saturation region. A corresponding sensor is described in EP 0 778 941 B1.
- capacitive humidity sensors even in the non-saturation region, may be limited, requiring frequent recalibration, which is undesirable in routine clinical use.
- capacitive humidity sensors can be comparatively sensitive to soiling and can no longer be used for a prolonged period of time when condensation starts, so that under certain circumstances unwanted incorrect measurements can occur.
- a humidity sensor for medical ventilators which is based on the measurement of infrared absorption in the gas, is known from EP 0 762 107 A1.
- the ventilator according to the invention is characterized in that the moisture measuring device has a condensation surface, means for adjusting the temperature of the condensation surface and an optical detection device for determining the condensation state of the condensation surface.
- a basic idea of the invention can be seen in the optical determination of the determination of the humidity in the respiratory air of the ventilator.
- the moisture measuring device on a condensation surface which is in contact with the air flow to be measured.
- the temperature of the condensation surface is selectively varied and this changes the BetauungsShes, in particular the onset of condensation or the evaporation of condensate, brought about.
- These changes in the state of condensation are detected optically, for example as a change in the reflectivity of the condensation surface. From the temperature at which the BetauungsSullivan changes, can be deduced the dew point temperature, from which in turn the humidity, in particular the absolute humidity and / or the relative humidity can be determined.
- an optical moisture measuring device at low cost, a particularly high accuracy, a particularly high long-term stability and a particularly high reproducibility with low hysteresis or memory effect can be obtained.
- a particularly large measuring range can be achieved with an optical moisture measuring device, which is particularly suitable for measuring in the saturation-near humidity range and / or at low dew point temperatures. Condensation is systemic in a moisture measuring device according to the invention and leads, in contrast to capacitive moisture measurement, no negative effects. Also, no adjustment under moisture is usually required and a simple visual function test is possible.
- the moisture measuring device according to the invention allows the implementation of a primary measurement method in which the absolute humidity is determined. This measure is independent of the gas composition and the ambient pressure.
- the supply device has a humidifying device for the supplied inspiration air. This can be counteracted unwanted loss of water during ventilation.
- the moistening device can be designed, for example, as an active moistening device, in particular as a nebulizer, evaporator and / or bubbler.
- a proper humidity measuring device can be provided for monitoring the function of the moistening device.
- the humidifying device is a passive humidifying device, with which humidity from the expired air can be stored and the stored humidity of the subsequently supplied inspiratory air can be supplied.
- a passive moistening device may, in particular, be understood as meaning a moistening device which is independent of external energy sources and / or water reservoirs.
- Such a passive humidifier may also be referred to as a Heat and Moisture Exchanger (HME).
- HME Heat and Moisture Exchanger
- Such a Heat and Moisture Ex changer removes heat and moisture from the exhaled air of the patient, stores them reversibly in the inner material and feeds them into the respiratory air during the subsequent inspiration process.
- a moisture measuring device makes it possible to check the performance of the passive humidifying device in a particularly simple and accurate manner.
- the moisture measuring device for determining the residual moisture of the expiratory air dehumidified by the passive humidifying device can be provided for this purpose.
- the moisture measuring device is suitably arranged downstream of the passive moistening device. A low moisture content of the expired air can be seen as an indication of a satisfactory Atemgasstitmaschine.
- the condensation surface In principle, it is possible to irradiate the condensation surface with light through the measurement gas and, for determining the condensation state, to detect the light intensity reflected back into the measurement gas.
- a so-called TauLitean Aunt may be relatively susceptible to Meßgasverunlessnessen, such as dust and aerosols, because these impurities can get into the beam path and thus can influence the used to detect the condensation, reflected back light intensity.
- the condensation surface It is therefore particularly preferred for the condensation surface to be arranged on an optical waveguide, and for the optical detection device to have a light source for emitting light through the optical waveguide onto the condensation surface and a light receiver for determining the light reflected back from the condensation surface into the optical waveguide.
- the measuring beam path runs in the interior of the optical waveguide and the internal reflection, in particular , ,
- the condensation surface in the detection device based on the principle of internal reflection, only the condensation surface must be in communication with the measurement gas, while the light source and the light receiver can be arranged at a distance from the measurement gas on the rear side of the optical waveguide facing away from the condensation surface. This makes it possible to seal the components of the moisture measuring device, in particular the light source and the light receiver, in a particularly simple manner with respect to the sample gas, so that a particularly high corrosion resistance is achieved.
- all electronic and optical components can be arranged in a particularly simple manner in a housing. Since only the condensation surface must be open, a particularly simple cleaning of the moisture meter is given.
- the condensation surface is suitably flat.
- the optical waveguide is preferably at least approximately plate-like. shaped and / or cuboid shaped.
- the optical waveguide is made of glass.
- the optical waveguide may be coated on the condensation surface.
- a passivation layer of silicon dioxide may be provided on the condensation surface.
- the light source a light beam in the optical waveguide is generated whose angle of incidence on the condensation surface between the critical angle of the transition optical fiber / air and the critical angle of the transition optical fiber / water.
- the condensation surface is dry, total internal reflection of the light irradiated internally to the condensation surface occurs.
- part of the incident light is coupled out of the optical waveguide and the light intensity reflected back to the light receiver decreases.
- the condensation surface is suitably semi-hydrophobic, semi-hydrophobicity being understood in particular in the sense of the publications WO2006 / 015734A1 and / or DE102004038397B.
- the light source and the light receiver are arranged so that the light emitted by the light source reaches the light receiver after multiple internal reflection in the optical waveguide.
- the distance between the light source and the light receiver significantly larger, in particular by at least an order of magnitude greater than the thickness of the optical waveguide are selected perpendicular to the condensation surface.
- the cost of the humidity measuring device can be further reduced with particularly high reliability, characterized in that the means for adjusting the temperature of the condensation surface are formed as a Peltier element.
- this Peltier element is arranged centrally between the light source and the light receiver.
- the Peltier element is arranged on the one hand on the light guide and on the other hand on a housing of the moisture measurement device.
- the heat dissipation from the Peltier element can be done through the housing.
- At least the housing parts in contact with the Peltier element are made metallic.
- copper in particular nickel-plated copper, and / or aluminum, in particular cast aluminum, may be used as the metal material.
- the inspiratory air temperature is typically set at about 3 ° C below body temperature, that is about 34 ° C.
- the moisture content of the inspiratory air must not be less than 33 mg / l according to ISO 8185, which corresponds to a dew point temperature of at least 32 ° C. This means that in normal operation, the dew point distance must not exceed -2 °.
- the maximum temperature for the inspiratory air is typically 42 °.
- the metrologically relevant temperature range thus extends from 32 0 C to 42 ° C.
- the cooling / heating power which must be provided by the means for adjusting the temperature, in particular by the Peltier element, is thus generally about +/- 5 ° C.
- the cooling surface required for heat dissipation of the Peltier element can thus be made comparatively small.
- the moisture measuring device has a surface temperature sensor for determining the temperature of the condensation surface.
- This sensor is suitably arranged on the condensation surface and in particular has a temperature-dependent conductor.
- the surface temperature sensor may have a temperature-dependent conductor layer which is applied to the condensation surface, for example vapor-deposited.
- the moisture measuring device has a controller which is adapted to vary the temperature of the condensation surface by means of the means for adjusting the temperature of the condensation surface to detect a change in the condensation state of the condensation surface by means of the optical detection means, the temperature to determine the condensation surface at which the change in the BetauungsSches has occurred, and to determine the moisture from this temperature.
- further measured variables such as, for example, the sample gas temperature, can be used. , ,
- the humidity measuring device For a particularly meaningful monitoring of the ventilation and / or for a particularly high precision in the determination of the humidity, in particular the relative humidity, it is advantageous for the humidity measuring device to have a gas temperature sensor for determining the temperature of the air flowing past the humidity measuring device.
- the gas temperature sensor and the optical waveguide preferably form a unit and / or are arranged on a common housing.
- the gas temperature sensor can be arranged on the optical waveguide, for example, next to the condensation surface.
- the temperature sensor may also be formed protruding with respect to the condensation surface, so that it projects into the respiratory gas flow.
- the gas temperature sensor may, for example, have a temperature-dependent conductor.
- a temperature-dependent conductor layer can be provided, which is arranged on the optical waveguide.
- the gas temperature sensor may also be referred to as a layer sensor.
- the temperature-dependent conductor may, for example, comprise platinum.
- a structurally particularly simple arrangement is provided in that at least part of the moisture measuring device is arranged on a line of the feed device or the discharge device.
- the pipe may be, for example, a pipe or a hose.
- the moisture measuring device is arranged detachably on the line.
- the moisture measuring device may be arranged, for example, positively and / or flush on the line.
- the moisture measuring device can be arranged by means of a sliding closure and / or by means of a snap closure on the line.
- the moisture measuring device is designed so that it can be snapped and / or pushed directly from outside on the line.
- a detachable arrangement allows the reuse of the moisture meter.
- the line for a gas connection of the condensation surface with the interior of the conduit in its jacket has a passage opening.
- the invention also encompasses the use of the moisture measuring device described here for determining the humidity of a patient. _ _
- the invention further comprises the described humidity measuring device for use in a ventilator.
- FIG. 1 shows an inventive ventilator with a moisture measuring device.
- FIG. 2 is a sectional view of the humidity measuring device of FIG. 1;
- FIG. 3 is a sectional detail view of the moisture measuring device of FIG. 2; FIG.
- FIG. 4 is a side view of the housing of the moisture measuring device of FIG.
- Fig. 5 is an end view of the moisture measuring device of Fig. 2;
- FIG. 6 shows a side view of the moisture measuring device from FIG. 2 for the representation of holding elements for holding the moisture measuring device on a line;
- FIGS. 7 and 8 are front views of two differently mounted moisture measuring devices
- FIG. 9 shows a plan view of the moisture measuring device from FIG. 2 from below; FIG. and
- FIG. 10 is a plan view of a further embodiment of a moisture measuring device according to the invention from below.
- FIG. 1 An embodiment of a ventilator according to the invention is shown schematically in FIG.
- the ventilator has a delivery device 2 with a line 4 for supplying breathing air to a patient and a discharge device 3 with a line 5 for discharging breathing air from the patient.
- the lines 4, 5 are arranged on a ventilator 7, which supplies breathing air to the line 4 and removes breathing air from the line 5.
- a humidifying device 8 is provided on the line 4 of the feeder 2, for enriching the incoming air from the fan 7 with moisture.
- a humidifier 1 is further provided on the line 4 downstream of the humidifier 8, to control the moisture content of the incoming air following the humidification.
- the moisture measuring device 1 is shown in Fig. 2 and in particular in Figures 3 and 9 in detail. It has an optical waveguide 11 in the form of a planar glass plate, on which a condensation surface 10 is formed. This condensation surface 10 is in fluid communication with the measuring gas flowing in the interior of the conduit 4 via a passage opening 20, which is formed in the jacket of the conduit 4.
- an optical detection device 16 is provided which has a light source 17 configured as a light-emitting diode and a light receiver 18 designed as a photodiode.
- Light source 17 and light receiver 18 are arranged on the side of the optical waveguide 11 facing away from the line inside and thus away from the measurement gas. By means of the light source 17, a light beam can be generated which falls through the optical waveguide 11 on the condensation surface 10, depending on the BetauungsSullivan the condensation surface 10 is reflected back into the optical waveguide 11 and finally detected by the light receiver 18.
- Peltier element means 13 Centered between the light source 17 and the light receiver 18 are formed as a Peltier element means 13 for adjusting the temperature of the condensation surface 10 is provided.
- the formed as a Peltier element means 13 lie on the condensation surface 10 facing away from the back of the optical waveguide 11 on the optical waveguide 11, so that via the optical waveguide 11, a thermal coupling between the condensation surface 10 and the means 13 is given.
- the light source 17 and the light receiver 18 are arranged on a common printed circuit board 31, on which further electronic components 34, in addition _ _
- a cable 32 is connected to the measured value output.
- the condensation surface 10 is semi-hydrophobic and has a silicon dioxide passivation coating.
- the condensation surface 10 is suitably smooth, that is, in particular, its roughness is less than the wavelength of the light.
- a gas temperature sensor 25 is further provided, which protrudes from the humidity measuring device 1 and extends into the interior of the conduit 4. By means of this gas temperature sensor 25, the temperature of the flowing past the condensation surface 10 gas can be determined.
- a surface temperature sensor 21 is provided on the surface of the optical waveguide 11 in the vicinity of the condensing surface 10.
- This surface temperature sensor 21 is formed by a temperature-dependent conductor, which is applied as a layer on the surface of the optical waveguide 11 and surrounds the condensation surface 10 in a U-shape. By means of this surface temperature sensor 21, the temperature of the condensation surface 10 can be determined.
- the circuit board 31 together with the light source 17, light receiver 18 and electronic components 34 and the means 13 for adjusting the temperature of the condensation surface 10 are housed in a housing 40.
- This housing 40 has a first housing part 41, which closes off the moisture measuring device 1 on the rear side facing away from the condensation surface 10.
- This first housing part 41 is metallic. It has a projection 45 which projects into the interior of the housing and adjoins the means 13 configured as a Peltier element for adjusting the temperature of the condensation surface 10.
- a thermal coupling between the metallic first housing part 41 and the means 13 formed as a Peltier element is provided, so that the first housing part 41 can serve as a temperature sink.
- the housing 40 further has a ring-like, second housing part 42, in which the first housing part 41 is embedded and which is adjacent to the underside of the optical waveguide 11.
- the second housing part 42 is made of plastic.
- FIG. 4 to 6 An attachment of the moisture measuring device 1 to the line 4 is shown in Figures 4 to 6.
- grooves 47, 47 'running parallel to the line 4 are provided on the second housing part 42 of the housing 40 of the moisture measuring device 1.
- These flexible snap elements 48, 48 'each have a nose 49, 49', which in each case in one of the grooves 47, 47 'can engage and secure the housing 40 on the pipe 4 formed as a pipe.
- FIG. 7 the housing 40 is secured by means of a sliding connection to a base member 53 which projects from the conduit 5, in the present embodiment, the discharge device 3.
- the housing 40 has a concave, cylinder-segment-shaped recess, so that the housing 40 can cling to the jacket of the line 5.
- Fig. 10 shows another embodiment of a humidity measuring device 1.
- a protruding gas temperature sensor 25 is provided, which projects into the interior of the conduit 4
- the gas temperature sensor 26 is in the embodiment of FIG Given temperature-dependent conductor, which is provided as a vapor-deposited layer on the optical waveguide 11.
- the humidity measuring devices 1 shown in the figures can be arranged both on the line 4 of the feed device 2 and on the line 5 of the discharge device 3.
- the specified lines are therefore only to be regarded as examples.
- the ventilator according to the invention is preferably provided for the active, external ventilation of the patient and for this purpose suitably comprises a pumping device for the air.
- the ventilation device can also be designed as a pure measuring device for the air humidity, in particular the expired air, in which the air flow is caused by the natural breathing activity of the patient.
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Abstract
Description
Beatmunqsqerät Beatmunqsqerät
Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein solches Beatmungsgerät ist ausgebildet mit einer Zuführeinrichtung zum Zuführen von Inspirationsluft zu einem Patienten, einer Abführeinrichtung zum Abführen von Exspirationsluft vom Patienten und zumindest einer Feuchtemesseinrichtung zum Bestimmen der Feuchte der dem Patienten zugeführten Inspirationsluft und/oder der vom Patienten abgeführten Exspirationsluft.The invention relates to a ventilator with the features of the preamble of claim 1. Such a ventilator is designed with a supply device for supplying inspiratory air to a patient, a discharge device for discharging expired air from the patient and at least one moisture measuring device for determining the moisture supplied to the patient Inspiratory air and / or patient exhaled air.
Der maschinellen Beatmung kommt in der Intensivmedizin, der Anästhesiologie und der Notfallmedizin eine wichtige, lebenserhaltende Rolle zu. Zur maschinellen Beatmung sind mechanische Ventilatoren mit einer Zuführleitung und einer Abführleitung für Atemgas bekannt, die in einen Tubus, eine Maske oder eine Kanüle, insbesondere einen Endotrachealtubus, einmünden.Mechanical ventilation plays an important life-sustaining role in intensive care, anaesthesiology and emergency medicine. For mechanical ventilation mechanical ventilators with a supply line and a discharge line for breathing gas are known, which open into a tube, a mask or a cannula, in particular an endotracheal tube.
Bei der maschinellen Beatmung, insbesondere über einen längeren Zeitraum, ist das Feuchteregime zu beachten. Bei Normalatmung gibt die Schleimhaut der Atemwege auf dem Weg in die Lungenperipherie so viel Wasser und Wärme an die Inspirationsluft ab, dass die Luft in den Alveolen körperwarm und wasserdampfgesättigt ankommt und insbesondere ein isothermischer Sättigungszustand vorherrscht. Diese Klimatisierung der Atemluft erfolgt vorwiegend in den oberen Luftwegen, also in der Nase und im Na- sopharynx. Die absolute Befeuchtungs- oder Erwärmungsleistung der unteren Luftwege ist demgegenüber eher gering.For mechanical ventilation, especially over a longer period of time, the humidity regime must be observed. During normal breathing, the mucous membrane of the respiratory tract on the way to the lung periphery releases so much water and heat to the inspiratory air that the air in the alveoli arrives body-warm and saturated with water vapor and, in particular, an isothermal saturation state prevails. This air conditioning of the respiratory air takes place predominantly in the upper airways, ie in the nose and in the naso-acrary. In contrast, the absolute humidification or warming capacity of the lower airways is rather low.
Während der Exspiration verläuft der Wasser- und Wärmeaustausch in entgegengesetzter Richtung. Da sich die Schleimhäute aufgrund der Verdunstungsvorgänge während der Inspiration abgekühlt haben, kommt es nun zur Kondensation von Feuchtigkeit auf der Schleimhaut, wobei ein Teil der inspiratorisch an die Atemluft abgegebenen Feuchtigkeit und Wärme zurückgewonnen wird. Die atmungsbedingten Wasser- und Wärmeverluste werden dadurch reduziert. Aufgrund des vergleichsweise hohen Tempe- raturgradienten ist auch dieser Vorgang im Bereich der Nasenhöhle am effektivsten. Im Durchschnitt verliert ein erwachsener Mensch in Ruhe bei Normalatmung von Raumluft ca. 250 ml Wasser pro Tag, wobei sich die Wasserverluste bei körperlicher Betätigung und hohen Atemvolumina erhöhen können.During expiration water and heat exchange are in the opposite direction. Since the mucous membranes have cooled due to evaporation during inspiration, moisture is now condensed on the mucous membrane, recovering some of the moisture and heat inspiratory to the breath. The breath-induced water and heat losses are thereby reduced. Due to the comparatively high temperature This process is most effective in the area of the nasal cavity. On average, an adult at rest loses approximately 250 ml of water per day during normal breathing of room air, which can increase the loss of water during exercise and high volumes of breathing.
Bei der maschinellen Beatmung mittels eines Beatmungstubus findet in der Regel eine Überbrückung der oberen Luftwege statt, in denen die Atemluft angefeuchtet, erwärmt und gereinigt wird. Aufgrund der mit der Intubation einhergehenden Überbrückung der oberen Luftwege wird deren atemgasklimatisierende Funktion zumindest teilweise ausgeschaltet. Die Erwärmung und Anfeuchtung der Atemgase verschiebt sich dadurch in Richtung Lungenperipherie und somit in Bereiche, die für den Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch nur eingeschränkt geeignet sind. Dies kann gegenüber den Bedingungen der Nasenatmung mit einer Erhöhung des Wasserverlustes einhergehen, der durch Verdunstung aus den unteren Luftwegen gegeben ist.Mechanical ventilation by means of a breathing tube usually involves bridging the upper respiratory tract, in which the respiratory air is moistened, heated and cleaned. Due to the bridging of the upper airways associated with intubation, their respiratory air conditioning function is at least partially switched off. The warming and moistening of the respiratory gases shifts in the direction of the lung periphery and thus into areas which are only limitedly suitable for the heat and moisture exchange. This may be associated with an increase in the loss of water due to evaporation from the lower airways compared to the conditions of nasal breathing.
Würde dem erhöhten Wasserverlust nicht entgegengewirkt, so könnte es zu einer Austrocknung der Schleimhäute und zu Störungen der mukoziliären Clearancefunktion kommen. Länger dauernde Exposition mit trockenen und kalten Atemgasen kann zu nachweisbaren morphologischen Schädigungen der Ziliar-, Schleim- und Epithelzellen bis hin zu tiefgreifenden Veränderungen der Basalmembranen führen. Bakterielle Keimbesiedlung wird unter diesen Bedingungen erleichtert, wobei Patienten mit vorstehenden pulmonalen Erkrankungen besonders gefährdet sind. Geschädigtes Epithel kann nur noch in begrenztem Maße zur Anfeuchtung und Erwärmung beitragen, so dass die isothermische Sättigungsgrenze immer weiter in Richtung der kleinen Atemwege verschoben würde.If the increased water loss were not counteracted, the mucous membranes could become dehydrated and disorders of the mucociliary clearance function could occur. Prolonged exposure to dry and cold respiratory gases can lead to detectable morphological damage to the ciliary, mucous and epithelial cells, as well as profound changes in the basement membrane. Bacterial colonization is facilitated under these conditions, with patients with prominent pulmonary diseases being particularly at risk. Damaged epithelium can only contribute to humidification and warming to a limited extent, so that the isothermal saturation limit would be shifted ever further towards the small airways.
Damit können messbare Veränderungen pulmonaler Parameter einhergehen, wie die Abnahme von funktioneller Residualkapazität und Compliance, die Zunahme der Resistance sowie Einschränkungen des pulmonalen Gasaustausches. Der Schweregrad dieser Veränderungen ist zeitabhängig und umso größer, je niedriger der Wassergehalt der Inspirationsluft ist. Neben der Ausbildung von Dystelektasen und Atelektasen durch Sekretretention in den Atemwegen sind Tubusokklusionen durch zähes Sekret besonders gefürchtet, da sie den Patienten vital bedrohen können.This may be accompanied by measurable changes in pulmonary parameters, such as decreased functional residual capacity and compliance, increased resistance, and pulmonary gas exchange limitations. The severity of these changes is time-dependent and the greater the lower the water content of the inspiratory air. In addition to the formation of dystelectasis and atelectasis by secretion retention in the airways Tubusokklusionen are particularly feared by tough secretions, as they can threaten the patient vital.
Es ist somit erforderlich, unmittelbar nach der Intubation Maßnahmen zur Klimatisierung der Atemgase zu treffen, zumal medizinische Gase aus Druckgasflaschen oder zentra- len Gasversorgungsanlagen in der Regel nur einen sehr geringen Feuchtegehalt aufweisen. Die Atemgasklimatisierung findet dabei geeigneterweise sowohl durch Erwärmen als auch durch Befeuchten des zugeführten Gases statt. Die Atemgasklimatisierung erlaubt es, Störungen der mukoziliären Clearancefunktion zu vermeiden.It is therefore necessary to take measures for the air conditioning of the respiratory gases immediately after the intubation, especially since medical gases from compressed gas cylinders or central As a rule, gas supply systems only have a very low moisture content. The Atemgasklimatisierung suitably takes place both by heating and by moistening the supplied gas. The Atemgasklimatisierung allows to avoid disturbances of the mucociliary clearance function.
Zur Überwachung der Atemgasklimatisierung wird in der Regel die Temperatur des A- temgases gemessen. Auch Feuchtemessungen im Zuluft- oder Abluftstrom wurden jedenfalls im Labormaßstab durchgeführt.In order to monitor the breathing gas air conditioning, the temperature of the exhaust gas is generally measured. In any case, humidity measurements in the supply air or exhaust air flow were also carried out on a laboratory scale.
Zur Feuchtemessung, beispielsweise im Atemluftstrom, sind kapazitive Feuchtesensoren bekannt. Derartige kapazitive Feuchtesensoren arbeiten in der Regel passiv und messen die relative Feuchte. Zwar können kapazitive Feuchtesensoren zu vertretbaren Preisen hergestellt werden, ihre Arbeitszuverlässigkeit kann jedoch im sättigungsnahen Bereich eingeschränkt sein. Da die zur Beatmung verwendete, klimatisierte Atemluft in der Regel annähernd gesättigt ist, kann die Brauchbarkeit kapazitiver Feuchtesensoren bei der Atemluftmessung mit Einschränkungen verbunden sein. Es hat daher Versuche gegeben, einen kapazitiven Sensor aufzuheizen, um somit den Sättigungsbereich zu verlassen. Ein entsprechender Sensor ist in der EP 0 778 941 B1 beschrieben.For moisture measurement, for example in the respiratory air flow, capacitive humidity sensors are known. Such capacitive humidity sensors usually work passively and measure the relative humidity. Although capacitive humidity sensors can be manufactured at reasonable prices, their reliability can be limited in the saturation range. Since the air-conditioned breathing air used for ventilation is usually almost saturated, the usefulness of capacitive humidity sensors in breathing air measurement may be associated with limitations. There have therefore been attempts to heat a capacitive sensor, thus leaving the saturation region. A corresponding sensor is described in EP 0 778 941 B1.
Darüber hinaus kann die Langzeitstabilität von kapazitiven Feuchtesensoren, selbst im nichtsättigungsnahen Bereich, eingeschränkt sein, so dass ein häufiges Nachkalibieren notwendig ist, was im klinischen Alltagsbetrieb nicht wünschenswert ist. Überdies können kapazitive Feuchtesensoren vergleichsweise verschmutzungsempfindlich und beim Einsetzen von Kondensation über längere Zeiträume nicht mehr einsetzbar sein, so dass es unter Umständen zu unerwünschten Fehlmessungen kommen kann.In addition, the long-term stability of capacitive humidity sensors, even in the non-saturation region, may be limited, requiring frequent recalibration, which is undesirable in routine clinical use. In addition, capacitive humidity sensors can be comparatively sensitive to soiling and can no longer be used for a prolonged period of time when condensation starts, so that under certain circumstances unwanted incorrect measurements can occur.
Ein Feuchtesensor für medizinische Beatmungsgeräte, der auf der Messung von Infrarotabsorption im Gas beruht, ist aus der EP 0 762 107 A1 bekannt.A humidity sensor for medical ventilators, which is based on the measurement of infrared absorption in the gas, is known from EP 0 762 107 A1.
A u f g a b e der Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät anzugeben, mit dem eine zuverlässige und genaue Überwachung des Feuchtegehaltes der Atemluft mit einem besonders geringen Kostenaufwand realisiert werden kann.It is an object of the invention to specify a ventilator with which a reliable and accurate monitoring of the moisture content of the respiratory air can be realized with a particularly low cost.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Beatmungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. . .The object is achieved by a ventilator with the features of claim 1. Preferred embodiments are given in the dependent claims. , ,
Das erfindungsgemäße Beatmungsgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtemesseinrichtung eine Kondensationsoberfläche, Mittel zum Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche und eine optische Nachweiseinrichtung zum Bestimmen des Betauungszustandes der Kondensationsoberfläche aufweist.The ventilator according to the invention is characterized in that the moisture measuring device has a condensation surface, means for adjusting the temperature of the condensation surface and an optical detection device for determining the condensation state of the condensation surface.
Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, die Bestimmung der Feuchte in der Atemluft des Beatmungsgerätes auf optischem Wege durchzuführen. Hierzu weist die Feuchtemesseinrichtung eine Kondensationsoberfläche auf, die in Kontakt mit dem zu vermessenden Luftstrom steht. Die Temperatur der Kondensationsoberfläche wird gezielt variiert und hierbei werden Änderungen des Betauungszustandes, insbesondere das Einsetzen von Kondensation oder das Verdampfen von Kondensat, herbeigeführt. Diese Änderungen des Betauungszustandes werden optisch, beispielsweise als Änderung des Reflexionsvermögens der Kondensationsoberfläche, nachgewiesen. Aus der Temperatur, bei der sich der Betauungszustand ändert, kann auf die Taupunkttemperatur rückgeschlossen werden, woraus wiederum die Feuchte, insbesondere die absolute Luftfeuchtigkeit und/oder die relative Luftfeuchtigkeit ermittelt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen optischen Feuchtemesseinrichtung bei geringen Kosten eine besonders hohe Genauigkeit, eine besonders hohe Langzeitstabilität und eine besondere hohe Reproduzierbarkeit mit geringem Hystereseoder Memoryeffekt erhalten werden kann. Überdies lässt sich mit einer optischen Feuchtemesseinrichtung ein besonders großer Messbereich erzielen, der besonders zum Messen im sättigungsnahen Feuchtebereich und/oder bei niedrigen Taupunkttemperaturen geeignet ist. Kondensation ist bei einer erfindungsgemäßen Feuchtemesseinrichtung systembedingt und führt, im Gegensatz zu kapazitiven Feuchtemessverfahren, zu keinen negativen Effekten. Auch ist in der Regel kein Abgleich unter Feuchtigkeit erforderlich und ein einfacher visueller Funktionstest ist möglich. Die erfindungsgemäße Feuchtemesseinrichtung erlaubt die Durchführung eines Primärmessverfahrens, bei dem die absolute Feuchtigkeit bestimmt wird. Diese Messgröße ist unabhängig von der Gaszusammensetzung und dem Umgebungsdruck.A basic idea of the invention can be seen in the optical determination of the determination of the humidity in the respiratory air of the ventilator. For this purpose, the moisture measuring device on a condensation surface, which is in contact with the air flow to be measured. The temperature of the condensation surface is selectively varied and this changes the Betauungszustandes, in particular the onset of condensation or the evaporation of condensate, brought about. These changes in the state of condensation are detected optically, for example as a change in the reflectivity of the condensation surface. From the temperature at which the Betauungszustand changes, can be deduced the dew point temperature, from which in turn the humidity, in particular the absolute humidity and / or the relative humidity can be determined. It has been found that with such an optical moisture measuring device at low cost, a particularly high accuracy, a particularly high long-term stability and a particularly high reproducibility with low hysteresis or memory effect can be obtained. Moreover, a particularly large measuring range can be achieved with an optical moisture measuring device, which is particularly suitable for measuring in the saturation-near humidity range and / or at low dew point temperatures. Condensation is systemic in a moisture measuring device according to the invention and leads, in contrast to capacitive moisture measurement, no negative effects. Also, no adjustment under moisture is usually required and a simple visual function test is possible. The moisture measuring device according to the invention allows the implementation of a primary measurement method in which the absolute humidity is determined. This measure is independent of the gas composition and the ambient pressure.
Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass die Zuführeinrichtung eine Befeuchtungseinrichtung für die zugeführte Inspirationsluft aufweist. Hierdurch kann einem unerwünschten Wasserverlust bei der Beatmung entgegengewirkt werden. Die Befeuchtungseinrichtung kann beispielsweise als aktive Befeuchtungseinrichtung, insbesondere als Vernebler, Verdunster und/oder Sprudler ausgebildet sein. Die erfindungs- - -According to the invention, it is particularly preferred that the supply device has a humidifying device for the supplied inspiration air. This can be counteracted unwanted loss of water during ventilation. The moistening device can be designed, for example, as an active moistening device, in particular as a nebulizer, evaporator and / or bubbler. The invention - -
gemäße Feuchtemesseinrichtung kann zur Überwachung der Funktion der Befeuchtungseinrichtung vorgesehen sein.A proper humidity measuring device can be provided for monitoring the function of the moistening device.
Eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei der Befeuchtung ist nach der Erfindung dadurch gegeben, dass die Befeuchtungseinrichtung eine passive Befeuchtungseinrichtung ist, mit welcher Luftfeuchte aus der Exspirationsluft speicherbar und die gespeicherte Feuchte der anschließend zugeführten Inspirationsluft zuführbar ist. Unter einer passiven Befeuchtungseinrichtung kann insbesondere eine Befeuchtungseinrichtung verstanden werden, die unabhängig von äußeren Energiequellen und/oder Wasserreservoiren ist. Eine solche passive Befeuchtungseinrichtung kann auch als Heat and Moisture Exchanger (HME) bezeichnet werden. Ein solcher Heat and Moisture Ex- changer entzieht der Exspirationsluft des Patienten Wärme und Feuchtigkeit, speichert sie reversibel im Innenmaterial und führt sie beim anschließenden Inspirationsvorgang der Atemluft zu. Eine erfindungsgemäße Feuchtemesseinrichtung ermöglicht dabei in besonders einfacher und genauer Weise eine Überprüfung der Leistungsfähigkeit der passiven Befeuchtungseinrichtung. Insbesondere kann hierzu die Feuchtemesseinrichtung zur Bestimmung der Restfeuchte der von der passiven Befeuchtungseinrichtung entfeuchteten Exspirationsluft vorgesehen sein. Hierfür ist die Feuchtemesseinrichtung geeigneterweise unterstromig der passiven Befeuchtungseinrichtung angeordnet. Ein niedriger Feuchtegehalt der Exspirationsluft kann dabei als Hinweis auf eine befriedigende Atemgasklimatisierung gesehen werden.A particularly high degree of reliability in humidification is provided according to the invention in that the humidifying device is a passive humidifying device, with which humidity from the expired air can be stored and the stored humidity of the subsequently supplied inspiratory air can be supplied. A passive moistening device may, in particular, be understood as meaning a moistening device which is independent of external energy sources and / or water reservoirs. Such a passive humidifier may also be referred to as a Heat and Moisture Exchanger (HME). Such a Heat and Moisture Ex changer removes heat and moisture from the exhaled air of the patient, stores them reversibly in the inner material and feeds them into the respiratory air during the subsequent inspiration process. A moisture measuring device according to the invention makes it possible to check the performance of the passive humidifying device in a particularly simple and accurate manner. In particular, the moisture measuring device for determining the residual moisture of the expiratory air dehumidified by the passive humidifying device can be provided for this purpose. For this purpose, the moisture measuring device is suitably arranged downstream of the passive moistening device. A low moisture content of the expired air can be seen as an indication of a satisfactory Atemgasklimatisierung.
Grundsätzlich ist es möglich, die Kondensationsoberfläche durch das Messgas hindurch mit Licht zu bescheinen und zum Bestimmen des Betauungszustandes die in das Messgas zurückreflektierte Lichtintensität nachzuweisen. Eine solche so genannte Tauspiegelanordnung kann jedoch vergleichsweise anfällig gegenüber Messgasverunreinigungen, beispielsweise Staub und Aerosolen, sein, da diese Verunreinigungen in den Strahlengang gelangen können und somit die zum Nachweis der Betauung herangezogene, rückreflektierte Lichtintensität beeinflussen können. Besonders bevorzugt ist es daher, dass die Kondensationsoberfläche auf einem Lichtwellenleiter angeordnet ist, und dass die optische Nachweiseinrichtung eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht durch den Lichtwellenleiter hindurch auf die Kondensationsoberfläche und einen Lichtempfänger zum Ermitteln des von der Kondensationsoberfläche in den Lichtwellenleiter zurückreflektierten Lichtes aufweist. In diese Ausführungsform verläuft der Messstrahlengang im Inneren des Lichtwellenleiters und es wird die interne Reflexion, insbeson- . .In principle, it is possible to irradiate the condensation surface with light through the measurement gas and, for determining the condensation state, to detect the light intensity reflected back into the measurement gas. However, such a so-called Tauspiegelanordnung may be relatively susceptible to Meßgasverunreinigungen, such as dust and aerosols, because these impurities can get into the beam path and thus can influence the used to detect the condensation, reflected back light intensity. It is therefore particularly preferred for the condensation surface to be arranged on an optical waveguide, and for the optical detection device to have a light source for emitting light through the optical waveguide onto the condensation surface and a light receiver for determining the light reflected back from the condensation surface into the optical waveguide. In this embodiment, the measuring beam path runs in the interior of the optical waveguide and the internal reflection, in particular , ,
dere Totalreflexion, des Lichtes an der Kondensationsoberfläche zum Nachweis der Betauung herangezogen. Diesem Ausführungsbeispiel liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei ändernder Betauung der Kondensationsoberfläche der Anteil des intern auf die Kondensationsoberfläche eingestrahlten Lichtes ändert, der aus dem Wellenleiter in die Umgebung ausgekoppelt wird. Entsprechend ändert sich hierbei die in den Lichtwellenleiter zurückreflektierte Lichtintensität, so dass diese Intensität ein Maß für die Betauung darstellt.Total reflection, of the light on the condensation surface used to demonstrate the condensation. This embodiment is based on the finding that, as the condensation surface changes, the proportion of light radiated internally onto the condensation surface, which is coupled out of the waveguide into the environment, changes. Correspondingly, the light intensity reflected back into the optical waveguide changes, so that this intensity represents a measure of the condensation.
Da bei einer auf dem Prinzip der internen Reflexion basierenden Feuchtemesseinrichtung der reflektierte Messstrahlengang nicht durch das Messgas, sondern auf der dem Gas abgewandten Seite der Kondensationsoberfläche durch den Lichtwellenleiter hindurch verläuft, ist diese Anordnung vergleichsweise unempfindlich gegenüber Verschmutzungen im Messgas. Überdies erlaubt eine solche Anordnung eine besonders kompakte Bauform, da die Lichtquelle und der Lichtempfänger in der unmittelbaren Nähe der Kondensationsoberfläche, insbesondere unmittelbar auf dem Lichtwellenleiter, angebracht werden können, ohne dass hierzwischen ein Durchgangskanal für das Messgas gegeben sein muss. Die kompakte, insbesondere modulare Ausführung erlaubt wiederum eine besonders einfache Anordnung an der Zuführleitung oder Abführleitung der Zuführeinrichtung bzw. der Abführeinrichtung des Beatmungsgerätes. Überdies muss bei der auf dem Prinzip der internen Reflexion basierenden Nachweiseinrichtung lediglich die Kondensationsoberfläche mit dem Messgas in Verbindung stehen, während die Lichtquelle und der Lichtempfänger vom Messgas beabstandet auf der der Kondensationsoberfläche abgewandten Rückseite des Lichtwellenleiters angeordnet werden können. Dies ermöglicht es, die Komponenten der Feuchtemesseinrichtung, insbesondere die Lichtquelle und den Lichtempfänger, in besonders einfacher Weise gegenüber dem Messgas abzudichten, so dass eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit gegeben ist.Since, in the case of a moisture measuring device based on the principle of internal reflection, the reflected measuring beam path does not run through the measuring gas but through the optical waveguide on the side of the condensation surface facing away from the gas, this arrangement is comparatively insensitive to contamination in the measuring gas. Moreover, such an arrangement allows a particularly compact design, since the light source and the light receiver in the immediate vicinity of the condensation surface, in particular directly on the optical waveguide, can be attached without a passage for the sample gas must be given between them. The compact, in particular modular design in turn allows a particularly simple arrangement on the supply line or discharge line of the feeder or the discharge device of the ventilator. Moreover, in the detection device based on the principle of internal reflection, only the condensation surface must be in communication with the measurement gas, while the light source and the light receiver can be arranged at a distance from the measurement gas on the rear side of the optical waveguide facing away from the condensation surface. This makes it possible to seal the components of the moisture measuring device, in particular the light source and the light receiver, in a particularly simple manner with respect to the sample gas, so that a particularly high corrosion resistance is achieved.
Insbesondere können alle elektronischen und optischen Komponenten in besonders einfacher Weise in einem Gehäuse angeordnet sein. Da nur die Kondensationsoberfläche offen liegen muss, ist auch eine besonders einfache Reinigung der Feuchtemesseinrichtung gegeben.In particular, all electronic and optical components can be arranged in a particularly simple manner in a housing. Since only the condensation surface must be open, a particularly simple cleaning of the moisture meter is given.
Für eine besonders einfache Bauform ist die Kondensationsoberfläche geeigneterweise eben ausgebildet. Der Lichtwellenleiter ist vorzugsweise zumindest annähernd platten- förmig und/oder quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise besteht der Lichtwellenleiter aus Glas. Der Lichtwellenleiter kann an der Kondensationsoberfläche beschichtet sein. Beispielsweise kann an der Kondensationsoberfläche eine Passivierungsschicht aus Siliziumdioxyd vorgesehen sein.For a particularly simple design, the condensation surface is suitably flat. The optical waveguide is preferably at least approximately plate-like. shaped and / or cuboid shaped. Preferably, the optical waveguide is made of glass. The optical waveguide may be coated on the condensation surface. For example, a passivation layer of silicon dioxide may be provided on the condensation surface.
Insbesondere im Hinblick auf die Signalauswertung ist es besonders vorteilhaft, dass mit der Lichtquelle ein Lichtbündel im Lichtwellenleiter erzeugbar ist, dessen Einfallswinkel auf die Kondensationsoberfläche zwischen dem Grenzwinkel des Übergangs Lichtwellenleiter/Luft und dem Grenzwinkel des Übergangs Lichtwellenleiter/Wasser liegt. Bei einer solchen Anordnung kommt es bei trockener Kondensationsoberfläche zu einer Totalreflexion des intern auf die Kondensationsoberfläche eingestrahlten Lichtes. Sobald sich Kondensat auf der Kondensationsoberfläche niederschlägt, wird hingegen ein Teil des eingestrahlten Lichtes aus dem Lichtwellenleiter ausgekoppelt und die zum Lichtempfänger zurückreflektierte Lichtintensität nimmt ab.Especially with regard to the signal evaluation, it is particularly advantageous that the light source, a light beam in the optical waveguide is generated whose angle of incidence on the condensation surface between the critical angle of the transition optical fiber / air and the critical angle of the transition optical fiber / water. In such an arrangement, when the condensation surface is dry, total internal reflection of the light irradiated internally to the condensation surface occurs. On the other hand, as soon as condensate settles on the condensation surface, part of the incident light is coupled out of the optical waveguide and the light intensity reflected back to the light receiver decreases.
Für eine besonders hohe Messgenauigkeit ist die Kondensationsoberfläche geeigneterweise semihydrophob ausgebildet, wobei Semihydrophobizität insbesondere im Sinne der Veröffentlichungen WO2006/015734A1 und/oder DE102004038397B zu verstehen ist.For a particularly high measuring accuracy, the condensation surface is suitably semi-hydrophobic, semi-hydrophobicity being understood in particular in the sense of the publications WO2006 / 015734A1 and / or DE102004038397B.
Im Hinblick auf die Messgenauigkeit ist es weiterhin vorteilhaft, dass die Lichtquelle und der Lichtempfänger so angeordnet sind, dass das von der Lichtquelle ausgehende Licht den Lichtempfänger nach mehrfacher interner Reflexion im Lichtwellenleiter erreicht. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Abstand zwischen Lichtquelle und Lichtempfänger deutlich größer, insbesondere um zumindest eine Größenordnung größer, als die Dicke des Lichtwellenleiters senkrecht zur Kondensationsoberfläche gewählt werden.With regard to the measurement accuracy, it is also advantageous that the light source and the light receiver are arranged so that the light emitted by the light source reaches the light receiver after multiple internal reflection in the optical waveguide. For this purpose, for example, the distance between the light source and the light receiver significantly larger, in particular by at least an order of magnitude greater than the thickness of the optical waveguide are selected perpendicular to the condensation surface.
Die Kosten für die Feuchtemesseinrichtung können bei besonders hoher Zuverlässigkeit weiter dadurch gesenkt werden, dass die Mittel zum Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche als Peltierelement ausgebildet sind. Geeigneterweise ist dieses Peltierelement mittig zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger angeordnet.The cost of the humidity measuring device can be further reduced with particularly high reliability, characterized in that the means for adjusting the temperature of the condensation surface are formed as a Peltier element. Suitably, this Peltier element is arranged centrally between the light source and the light receiver.
Vorzugsweise ist das Peltierelement einerseits am Lichtleiter und andererseits an einem Gehäuse der Feuchtemesseinrichtung angeordnet. In diesem Fall kann die Wärmeableitung vom Peltierelement durch das Gehäuse erfolgen. Im Hinblick auf die Wärmeab- . .Preferably, the Peltier element is arranged on the one hand on the light guide and on the other hand on a housing of the moisture measurement device. In this case, the heat dissipation from the Peltier element can be done through the housing. With regard to the heat , ,
leitung besonders vorteilhaft ist es, dass zumindest die mit dem Peltierelement in Kontakt stehenden Gehäuseteile metallisch ausgebildet sind. Als Metallmaterial kann beispielsweise Kupfer, insbesondere vernickeltes Kupfer, und/oder Aluminium, insbesondere Gussaluminium, verwendet werden.It is particularly advantageous that at least the housing parts in contact with the Peltier element are made metallic. For example, copper, in particular nickel-plated copper, and / or aluminum, in particular cast aluminum, may be used as the metal material.
Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes wird die Inspirationslufttemperatur typischerweise auf etwa 3°C unterhalb der Körpertemperatur eingestellt, also auf etwa 34°C. Der Feuchtegehalt der Inspirationsluft darf nach ISO 8185 33 mg/l nicht unterschreiten, was einer Taupunkttemperatur von mindestens etwa 32°C entspricht. Das heißt, im Normalbetrieb darf der Taupunktabstand maximal -2° betragen. Als Maximaltemperatur für die Inspirationsluft ist typischerweise 42° anzunehmen. Der messtechnisch relevante Temperaturbereich erstreckt sich somit von 320C bis 42°C. Die Ab- kühl-/Aufheizleistung, die von den Mitteln zum Einstellen der Temperatur, insbesondere vom Peltierelement, erbracht werden muss, beträgt somit im Regelfall etwa +/- 5°C. Die zur Wärmeableitung des Peltierelementes erforderliche Kühlfläche kann somit vergleichsweise klein gestaltet werden.During operation of the ventilator according to the invention, the inspiratory air temperature is typically set at about 3 ° C below body temperature, that is about 34 ° C. The moisture content of the inspiratory air must not be less than 33 mg / l according to ISO 8185, which corresponds to a dew point temperature of at least 32 ° C. This means that in normal operation, the dew point distance must not exceed -2 °. The maximum temperature for the inspiratory air is typically 42 °. The metrologically relevant temperature range thus extends from 32 0 C to 42 ° C. The cooling / heating power, which must be provided by the means for adjusting the temperature, in particular by the Peltier element, is thus generally about +/- 5 ° C. The cooling surface required for heat dissipation of the Peltier element can thus be made comparatively small.
Zur besonders genauen Taupunkt- und somit Feuchtebestimmung ist es vorteilhaft, dass die Feuchtemesseinrichtung einen Oberflächentemperatursensor zum Bestimmen der Temperatur der Kondensationsoberfläche aufweist. Dieser Sensor ist geeigneterweise auf der Kondensationsoberfläche angeordnet und weist insbesondere einen temperaturabhängigen Leiter auf. Beispielsweise kann der Oberflächentemperatursensor eine temperaturabhängige Leiterschicht aufweisen, die auf der Kondensationsoberfläche aufgebracht, beispielsweise aufgedampft, ist.For particularly accurate dew point and thus moisture determination, it is advantageous that the moisture measuring device has a surface temperature sensor for determining the temperature of the condensation surface. This sensor is suitably arranged on the condensation surface and in particular has a temperature-dependent conductor. By way of example, the surface temperature sensor may have a temperature-dependent conductor layer which is applied to the condensation surface, for example vapor-deposited.
Eine besonders zuverlässige Feuchtebestimmung ist dadurch gegeben, dass die Feuchtemesseinrichtung eine Steuerung aufweist, die dafür eingerichtet ist, die Temperatur der Kondensationsoberfläche mittels der Mittel zum Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche zu variieren, eine Änderung des Betauungszustandes der Kondensationsoberfläche mittels der optischen Nachweiseinrichtung nachzuweisen, die Temperatur der Kondensationsoberfläche, bei der die Änderung des Betauungszustandes aufgetreten ist, zu bestimmen, und aus dieser Temperatur die Feuchte zu ermitteln. Zur Ermittelung der Feuchte, insbesondere des relativen Feuchtegehaltes, aus der genannten Temperatur können weitere Messgrößen, wie beispielsweise die Messgastemperatur herangezogen werden. . .A particularly reliable moisture determination is provided by the fact that the moisture measuring device has a controller which is adapted to vary the temperature of the condensation surface by means of the means for adjusting the temperature of the condensation surface to detect a change in the condensation state of the condensation surface by means of the optical detection means, the temperature to determine the condensation surface at which the change in the Betauungszustandes has occurred, and to determine the moisture from this temperature. In order to determine the moisture, in particular the relative moisture content, from the stated temperature, further measured variables, such as, for example, the sample gas temperature, can be used. , ,
Für eine besonders aussagekräftige Überwachung der Beatmung und/oder für eine besonders hohe Präzision bei der Bestimmung der Feuchte, insbesondere der relativen Luftfeuchtigkeit, ist es vorteilhaft, dass die Feuchtemesseinrichtung einen Gastemperaturfühler zum Bestimmen der Temperatur der an der Feuchtemesseinrichtung vorbeiströmenden Luft aufweist. Der Gastemperaturfühler und der Lichtwellenleiter bilden vorzugsweise eine Einheit und/oder sind an einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Insbesondere kann der Gastemperaturfühler auf dem Lichtwellenleiter, beispielsweise neben der Kondensationsoberfläche angeordnet sein. Der Temperaturfühler kann aber auch bezüglich der Kondensationsoberfläche vorstehend ausgebildet sein, so dass er in den Atemgasstrom hineinragt. Der Gastemperaturfühler kann beispielsweise einen temperaturabhängigen Leiter aufweisen. Insbesondere kann eine temperaturabhängige Leiterschicht vorgesehen sein, die am Lichtwellenleiter angeordnet ist. In diesem Fall kann der Gastemperaturfühler auch als Schichtsensor bezeichnet werden. Der temperaturabhängige Leiter kann beispielsweise Platin aufweisen.For a particularly meaningful monitoring of the ventilation and / or for a particularly high precision in the determination of the humidity, in particular the relative humidity, it is advantageous for the humidity measuring device to have a gas temperature sensor for determining the temperature of the air flowing past the humidity measuring device. The gas temperature sensor and the optical waveguide preferably form a unit and / or are arranged on a common housing. In particular, the gas temperature sensor can be arranged on the optical waveguide, for example, next to the condensation surface. However, the temperature sensor may also be formed protruding with respect to the condensation surface, so that it projects into the respiratory gas flow. The gas temperature sensor may, for example, have a temperature-dependent conductor. In particular, a temperature-dependent conductor layer can be provided, which is arranged on the optical waveguide. In this case, the gas temperature sensor may also be referred to as a layer sensor. The temperature-dependent conductor may, for example, comprise platinum.
Eine konstruktiv besonders einfache Anordnung ist dadurch gegeben, dass zumindest ein Teil der Feuchtemesseinrichtung an einer Leitung der Zuführeinrichtung bzw. der Abführeinrichtung angeordnet ist. Bei der Leitung kann es sich beispielsweise um ein Rohr oder um einen Schlauch handeln. Insbesondere wenn die Leitung als Wegwerfteil ausgebildet ist, das zum einmaligen Gebrauch bestimmt ist, ist es vorteilhaft, dass die Feuchtemesseinrichtung lösbar an der Leitung angeordnet ist. Für eine lösbare Verbindung kann die Feuchtemesseinrichtung beispielsweise formschlüssig und/oder bündig an der Leitung angeordnet sein. Insbesondere kann die Feuchtemesseinrichtung mittels eines Schiebeverschlusses und/oder mittels eines Schnappverschlusses an der Leitung angeordnet sein. Geeigneterweise ist die Feuchtemesseinrichtung so ausgebildet, dass sie direkt von außen auf die Leitung aufgeschnappt und/oder geschoben werden kann. Eine lösbare Anordnung ermöglicht die Wiederverwendung der Feuchtemesseinrichtung.A structurally particularly simple arrangement is provided in that at least part of the moisture measuring device is arranged on a line of the feed device or the discharge device. The pipe may be, for example, a pipe or a hose. In particular, if the line is designed as a disposable part which is intended for single use, it is advantageous that the moisture measuring device is arranged detachably on the line. For a detachable connection, the moisture measuring device may be arranged, for example, positively and / or flush on the line. In particular, the moisture measuring device can be arranged by means of a sliding closure and / or by means of a snap closure on the line. Suitably, the moisture measuring device is designed so that it can be snapped and / or pushed directly from outside on the line. A detachable arrangement allows the reuse of the moisture meter.
Für einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau ist es ferner vorteilhaft, dass die Leitung für eine Gasverbindung der Kondensationsoberfläche mit dem Inneren der Leitung in ihrem Mantel eine Durchgangsöffnung aufweist.For a particularly simple structural design, it is also advantageous that the line for a gas connection of the condensation surface with the interior of the conduit in its jacket has a passage opening.
Neben einem Beatmungsgerät umfasst die Erfindung auch die Verwendung der hier beschriebenen Feuchtemesseinrichtung zum Bestimmen der Feuchte der einem Patien- _ _In addition to a respirator, the invention also encompasses the use of the moisture measuring device described here for determining the humidity of a patient. _ _
ten mittels eines Beatmungsgerätes zugeführten Inspirationsluft und/oder der vom Patienten abgeführten Exspirationsluft. Die Erfindung umfasst ferner die beschriebene Feuchtemesseinrichtung zur Verwendung in einem Beatmungsgerät.th by means of a ventilator supplied inspiratory air and / or exhaled by the patient exhaled air. The invention further comprises the described humidity measuring device for use in a ventilator.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen schematisch:The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments, which are shown schematically in the accompanying drawings. In the drawings show schematically:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Beatmungsgerät mit einer Feuchtemesseinrichtung;1 shows an inventive ventilator with a moisture measuring device.
Fig. 2 eine geschnittene Ansicht der Feuchtemesseinrichtung aus Fig. 1 ;FIG. 2 is a sectional view of the humidity measuring device of FIG. 1; FIG.
Fig. 3 eine geschnittene Detailansicht der Feuchtemesseinrichtung aus Fig. 2;FIG. 3 is a sectional detail view of the moisture measuring device of FIG. 2; FIG.
Fig. 4 eine Seitenansicht auf das Gehäuse der Feuchtemesseinrichtung aus Fig.4 is a side view of the housing of the moisture measuring device of FIG.
2;2;
Fig. 5 eine Stirnansicht der Feuchtemesseinrichtung aus Fig. 2;Fig. 5 is an end view of the moisture measuring device of Fig. 2;
Fig. 6 eine Seitenansicht der Feuchtemesseinrichtung aus Fig. 2 zur Darstellung von Halteelementen zur Halterung der Feuchtemesseinrichtung an einer Leitung;6 shows a side view of the moisture measuring device from FIG. 2 for the representation of holding elements for holding the moisture measuring device on a line;
Fig. 7 und 8 Stirnansichten zweier unterschiedlich befestigter Feuchtemesseinrichtungen;FIGS. 7 and 8 are front views of two differently mounted moisture measuring devices;
Fig. 9 eine Draufsicht auf die Feuchtemesseinrichtung aus Fig. 2 von unten; undFIG. 9 shows a plan view of the moisture measuring device from FIG. 2 from below; FIG. and
Fig. 10 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Feuchtemesseinrichtung von unten.10 is a plan view of a further embodiment of a moisture measuring device according to the invention from below.
Gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.Like-acting elements are identified by the same reference numerals in the figures.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Das Beatmungsgerät weist eine Zuführeinrichtung 2 mit einer Leitung 4 zum Zuführen von Atemluft zu einem Patienten und eine Abführeinrichtung 3 mit einer Leitung 5 zum Abführen von Atemluft vom Patienten auf. Die Leitungen 4 und 5 , _An embodiment of a ventilator according to the invention is shown schematically in FIG. The ventilator has a delivery device 2 with a line 4 for supplying breathing air to a patient and a discharge device 3 with a line 5 for discharging breathing air from the patient. The lines 4 and 5 , _
münden in einen Tubus 6, der zum Einführen in die Luftröhre des Patienten vorgesehen ist.open into a tube 6, which is intended for insertion into the trachea of the patient.
Die Leitungen 4, 5 sind an einem Ventilator 7 angeordnet, welcher der Leitung 4 Atemluft zuführt und aus der Leitung 5 Atemluft abführt.The lines 4, 5 are arranged on a ventilator 7, which supplies breathing air to the line 4 and removes breathing air from the line 5.
An der Leitung 4 der Zuführeinrichtung 2 ist eine Befeuchtungseinrichtung 8 zum Anreichern der vom Ventilator 7 zuströmenden Luft mit Feuchtigkeit vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Leitung 4 unterstromig der Befeuchtungseinrichtung 8 ferner eine Feuchtemesseinrichtung 1 vorgesehen, um den Feuchtegehalt der zuströmenden Luft im Anschluss an die Befeuchtung zu kontrollieren.On the line 4 of the feeder 2, a humidifying device 8 is provided for enriching the incoming air from the fan 7 with moisture. In the illustrated embodiment, a humidifier 1 is further provided on the line 4 downstream of the humidifier 8, to control the moisture content of the incoming air following the humidification.
Die Feuchtemesseinrichtung 1 ist in Fig. 2 und insbesondere in den Figuren 3 und 9 im Detail dargestellt. Sie weist einen als ebene Glasplatte ausgebildeten Lichtwellenleiter 11 auf, an dem eine Kondensationsoberfläche 10 ausgebildet ist. Diese Kondensationsoberfläche 10 steht über eine Durchgangsöffnung 20, die im Mantel der Leitung 4 ausgebildet ist, mit dem im Inneren der Leitung 4 strömenden Messgas in Fluidverbin- dung. Zum Nachweise des Betauungszustandes der Kondensationsoberfläche 10 ist eine optische Nachweiseinrichtung 16 vorgesehen, welche eine als Leuchtdiode ausgebildete Lichtquelle 17 und einen als Photodiode ausgebildeten Lichtempfänger 18 aufweist. Lichtquelle 17 und Lichtempfänger 18 sind auf der dem Leitungsinneren und somit dem Messgas abgewandten Seite des Lichtwellenleiters 11 angeordnet. Mittels der Lichtquelle 17 ist ein Lichtbündel erzeugbar, welches durch den Lichtwellenleiter 11 hindurch auf die Kondensationsoberfläche 10 fällt, je nach Betauungszustand der Kondensationsoberfläche 10 wieder in den Lichtwellenleiter 11 zurückreflektiert wird und schließlich vom Lichtempfänger 18 nachgewiesen wird.The moisture measuring device 1 is shown in Fig. 2 and in particular in Figures 3 and 9 in detail. It has an optical waveguide 11 in the form of a planar glass plate, on which a condensation surface 10 is formed. This condensation surface 10 is in fluid communication with the measuring gas flowing in the interior of the conduit 4 via a passage opening 20, which is formed in the jacket of the conduit 4. In order to prove the condensation state of the condensation surface 10, an optical detection device 16 is provided which has a light source 17 configured as a light-emitting diode and a light receiver 18 designed as a photodiode. Light source 17 and light receiver 18 are arranged on the side of the optical waveguide 11 facing away from the line inside and thus away from the measurement gas. By means of the light source 17, a light beam can be generated which falls through the optical waveguide 11 on the condensation surface 10, depending on the Betauungszustand the condensation surface 10 is reflected back into the optical waveguide 11 and finally detected by the light receiver 18.
Mittig zwischen der Lichtquelle 17 und Lichtempfänger 18 sind als Peltierelement ausgebildete Mittel 13 zum Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche 10 vorgesehen. Die als Peltierelement ausgebildeten Mittel 13 liegen dabei auf der der Kondensationsoberfläche 10 abgewandten Rückseite des Lichtwellenleiters 11 am Lichtwellenleiter 11 an, so dass über den Lichtwellenleiter 11 eine thermische Kopplung zwischen der Kondensationsoberfläche 10 und den Mitteln 13 gegeben ist.Centered between the light source 17 and the light receiver 18 are formed as a Peltier element means 13 for adjusting the temperature of the condensation surface 10 is provided. The formed as a Peltier element means 13 lie on the condensation surface 10 facing away from the back of the optical waveguide 11 on the optical waveguide 11, so that via the optical waveguide 11, a thermal coupling between the condensation surface 10 and the means 13 is given.
Die Lichtquelle 17 und der Lichtempfänger 18 sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte 31 angeordnet, auf der darüber hinaus weitere elektronische Bauelemente 34, bei- _ _The light source 17 and the light receiver 18 are arranged on a common printed circuit board 31, on which further electronic components 34, in addition _ _
spielsweise zur Signalverarbeitung, vorgesehen sind. An der Leiterplatte 31 ist ein Kabel 32 zur Messwertausgabe angeschlossen.For example, for signal processing, are provided. On the circuit board 31, a cable 32 is connected to the measured value output.
Die Kondensationsoberfläche 10 ist semihydrophob ausgebildet und weist eine Silizi- umdioxid-Passivierungsbeschichtung auf. Die Kondensationsoberfläche 10 ist geeigneterweise glatt, dass heißt insbesondere, ihre Rauigkeit ist geringer als die Wellenlänge des Lichtes.The condensation surface 10 is semi-hydrophobic and has a silicon dioxide passivation coating. The condensation surface 10 is suitably smooth, that is, in particular, its roughness is less than the wavelength of the light.
An der Leiterplatte 31 der Feuchtemesseinrichtung 1 ist ferner ein Gastemperaturfühler 25 vorgesehen, der von der Feuchtemesseinrichtung 1 vorsteht und in das Innere der Leitung 4 hineinreicht. Mittels dieses Gastemperaturfühlers 25 kann die Temperatur des an der Kondensationsoberfläche 10 vorbeiströmenden Gases bestimmt werden.On the circuit board 31 of the humidity measuring device 1, a gas temperature sensor 25 is further provided, which protrudes from the humidity measuring device 1 and extends into the interior of the conduit 4. By means of this gas temperature sensor 25, the temperature of the flowing past the condensation surface 10 gas can be determined.
Wie insbesondere Fig. 9 zeigt, ist auf der Oberfläche des Lichtwellenleiters 11 in der Umgebung der Kondensationsoberfläche 10 ein Oberflächentemperatursensor 21 vorgesehen. Dieser Oberflächentemperatursensor 21 wird durch einen temperaturabhängigen Leiter gebildet, der als Schicht auf der Oberfläche des Lichtwellenleiters 11 aufgebracht ist und der die Kondensationsoberfläche 10 U-förmig umgibt. Mittels dieses Oberflächentemperatursensors 21 kann die Temperatur der Kondensationsoberfläche 10 bestimmt werden.As shown particularly in FIG. 9, a surface temperature sensor 21 is provided on the surface of the optical waveguide 11 in the vicinity of the condensing surface 10. This surface temperature sensor 21 is formed by a temperature-dependent conductor, which is applied as a layer on the surface of the optical waveguide 11 and surrounds the condensation surface 10 in a U-shape. By means of this surface temperature sensor 21, the temperature of the condensation surface 10 can be determined.
Die Leiterplatte 31 mitsamt Lichtquelle 17, Lichtempfänger 18 und elektronischen Bauelementen 34 sowie die Mittel 13 zum Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche 10 sind in einem Gehäuse 40 eingehaust. Dieses Gehäuse 40 weist ein erstes Gehäuseteil 41 auf, das die Feuchtemesseinrichtung 1 auf der der Kondensationsoberfläche 10 abgewandten Rückseite abschließt. Dieses erste Gehäuseteil 41 ist metallisch ausgebildet. Es weist einen Vorsprung 45 auf, der in das Gehäuseinnere vorsteht und an die als Peltierelement ausgebildeten Mittel 13 zum Einstellen der Temperatur der Kondensationsoberfläche 10 angrenzt. Hierdurch wird eine thermische Kopplung zwischen dem metallischen ersten Gehäuseteil 41 und den als Peltierelement ausgebildeten Mitteln 13 geschaffen, so dass das erste Gehäuseteil 41 als Temperatursenke dienen kann.The circuit board 31 together with the light source 17, light receiver 18 and electronic components 34 and the means 13 for adjusting the temperature of the condensation surface 10 are housed in a housing 40. This housing 40 has a first housing part 41, which closes off the moisture measuring device 1 on the rear side facing away from the condensation surface 10. This first housing part 41 is metallic. It has a projection 45 which projects into the interior of the housing and adjoins the means 13 configured as a Peltier element for adjusting the temperature of the condensation surface 10. As a result, a thermal coupling between the metallic first housing part 41 and the means 13 formed as a Peltier element is provided, so that the first housing part 41 can serve as a temperature sink.
Das Gehäuse 40 weist ferner ein ringartiges, zweites Gehäuseteil 42 auf, in dem das erste Gehäuseteil 41 eingebettet ist und welches unterseitig an den Lichtwellenleiter 11 angrenzt. Das zweite Gehäuseteil 42 ist aus Kunststoff ausgeführt. _ _The housing 40 further has a ring-like, second housing part 42, in which the first housing part 41 is embedded and which is adjacent to the underside of the optical waveguide 11. The second housing part 42 is made of plastic. _ _
Eine Befestigungsmöglichkeit der Feuchtemesseinrichtung 1 an der Leitung 4 ist in den Figuren 4 bis 6 dargestellt. Zur Befestigung sind demnach parallel zur Leitung 4 verlaufende Nuten 47, 47' an dem zweiten Gehäuseteil 42 des Gehäuses 40 der Feuchtemesseinrichtung 1 vorgesehen. An der Leitung 4 sind zwei Schnappelemente 48, 48' angeordnet, die quer zum Leitungsverlauf von der Leitung 4 vorstehen. Diese biegsamen Schnappelemente 48, 48' weisen jeweils eine Nase 49, 49' auf, welche jeweils in eine der Nuten 47, 47' eingreifen kann und das Gehäuse 40 an der als Rohr ausgebildeten Leitung 4 sichern kann.An attachment of the moisture measuring device 1 to the line 4 is shown in Figures 4 to 6. For fastening, therefore, grooves 47, 47 'running parallel to the line 4 are provided on the second housing part 42 of the housing 40 of the moisture measuring device 1. On the line 4, two snap elements 48, 48 'are arranged, which protrude transversely to the line path from the line 4. These flexible snap elements 48, 48 'each have a nose 49, 49', which in each case in one of the grooves 47, 47 'can engage and secure the housing 40 on the pipe 4 formed as a pipe.
Weitere unterschiedliche Befestigungsmöglichkeiten sind in den Figuren 7 und 8 dargestellt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist das Gehäuse 40 mittels einer Schiebeverbindung an einem Sockelelement 53 gesichert, das von der Leitung 5, im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Abführeinrichtung 3, vorsteht. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8 weist das Gehäuse 40 eine konkave, zylindersegmentförmige Ausnehmung auf, so dass sich das Gehäuse 40 an den Mantel der Leitung 5 anschmiegen kann.Other different mounting options are shown in Figures 7 and 8. In the embodiment of Fig. 7, the housing 40 is secured by means of a sliding connection to a base member 53 which projects from the conduit 5, in the present embodiment, the discharge device 3. In the embodiment of FIG. 8, the housing 40 has a concave, cylinder-segment-shaped recess, so that the housing 40 can cling to the jacket of the line 5.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Feuchtemesseinrichtung 1. Verglichen mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9, bei dem ein vorstehender Gastemperaturfühler 25 vorgesehen ist, der in das Innere der Leitung 4 hineinragt, ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 10 der Gastemperaturfühler 26 durch einen temperaturabhängigen Leiter gegeben, der als aufgedampfte Schicht am Lichtwellenleiter 11 vorgesehen ist.Fig. 10 shows another embodiment of a humidity measuring device 1. Compared with the embodiment of Fig. 9, in which a protruding gas temperature sensor 25 is provided, which projects into the interior of the conduit 4, the gas temperature sensor 26 is in the embodiment of FIG Given temperature-dependent conductor, which is provided as a vapor-deposited layer on the optical waveguide 11.
Die in den Figuren dargestellten Feuchtemesseinrichtungen 1 können sowohl an der Leitung 4 der Zuführeinrichtung 2 als auch an der Leitung 5 der Abführeinrichtung 3 angeordnet werden. Die jeweils angegebenen Leitungen sind also nur als Beispiele anzusehen.The humidity measuring devices 1 shown in the figures can be arranged both on the line 4 of the feed device 2 and on the line 5 of the discharge device 3. The specified lines are therefore only to be regarded as examples.
Das erfindungsgemäße Beatmungsgerät ist vorzugsweise zum aktiven, externen Beatmen des Patienten vorgesehen und weist hierzu geeigneterweise eine Pumpeinrichtung für die Luft auf. Grundsätzlich kann die Beatmungseinrichtung jedoch auch als reine Messeinrichtung für die Luftfeuchte, insbesondere der Exspirationsluft, ausgebildet sein, bei welcher die Luftströmung durch die natürliche Atemtätigkeit des Patienten bewirkt wird. The ventilator according to the invention is preferably provided for the active, external ventilation of the patient and for this purpose suitably comprises a pumping device for the air. In principle, however, the ventilation device can also be designed as a pure measuring device for the air humidity, in particular the expired air, in which the air flow is caused by the natural breathing activity of the patient.
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