DE60215955T2 - Vorrichtung zur quantitativen analyse von atemgasen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die quantitative Analyse von Beatmungsgasen, welche zu und von einem Patienten fließen, der mit einem Beatmungsgerät zur Unterstützung der Beatmung verbunden ist.
• Im Zusammenhang mit einer Gasanalyse, welche in Verbindung mit der Beatmung durchgeführt wird, wird zwischen zwei prinzipiellen Typen von Gasanalysatoren unterschieden, d. h. zwischen Seitenstrommessungsanalysatoren und Hauptstrommessungsanalysatoren. Die Seitenstrommessungsanalysatoren entnehmen eine kleinere Strömungsprobe aus dem Beatmungskreislauf eines Patienten in ein in der Nähe befindliches Instrument, in welchem die aktuelle Gasanalyse stattfindet, wobei die Hauptströmungsmessungsanalysatoren die Gaskonzentrationen direkt im Beatmungskreislauf des Patienten berechnen. Der Hauptströmungsmessungsanalysator ist normalerweise aus Gründen der Genauigkeit so nahe wie möglich am Mund oder am Rachen des Patienten angeordnet.
• Die Hauptströmungsmessungsanalysatoren können billiger, kleiner, energiesparender und reaktiver als die Seitenströmungsmessungsanalysatoren hergestellt werden, da dem Bedarf für Handhabung der Strömungsproben (Pumpen, Schläuche, etc.) entgegengewirkt wird. In der Folge werden die Hauptströmungsmessungsanalysatoren gegenüber den Seitenströmungsmessungsanalysatoren bevorzugt.
• In der medizinischen Versorgung existieren verschiedene Erfordernisse für Gasanalysen. Beispielsweise reicht es aus, das Atmen eines Patienten im Fall einer Notversorgung mit einer einfachen Kohlendioxidanalyse zu überwachen, wogegen es oft erwünscht ist eine größere Anzahl von Patientengasen wie zum Beispiel Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickoxid und einen oder mehrere der Anästhesiewirkstoffe Halothan, Enfluran, Isofluran, Sevofluran und Desfluran im Fall einer Patientenanästhesie zu messen und zu überwachen.
• Auf Grund der technischen Vorraussetzungen war es schwierig Hauptströmungsmessungsanalysatoren für Patientengas zu entwickeln, die nicht für Kohlendioxid bestimmt sind. Obwohl derartige Analysatoren insbesondere im Bereich der Notfallversorgung ein breites Spektrum gefunden haben, ergab sich bei der Verwendung von Seitenströmungsmessungsanalysatoren bei anderen Versorgungsfällen, wie z. B. Intensivversorgung und Anästhesie, auf Grund der auftretenden technischen Probleme, welche hauptsächlich im Zusammenhang mit Feuchtigkeit und Bakterien in dem Beatmungskreislauf des Patienten auftreten.
• Beatmungsgase können nach verschiedenen Messprinzipien analysiert werden. Das am ehesten übliche Verfahren der Gasanalyse funktioniert jedoch mittels der nicht-dispersiven Spektroskopie. Dieses Messprinzip basiert auf der Tatsache, dass viele Gase Infrarotenergie bei einer Wellenlänge absorbieren, welche für die betroffene Substanz typisch ist. Hauptstrommessungsanalysatoren auf der Basis der nicht-dispersiven Spektroskopie messen eine Lichtabsorption bei spezifischen Wellenlängen direkt in dem Kreislauf des Atmungsgases des Patienten. Eine von früher bekannte Konstruktion eines derartigen Gasanalysators ist beispielsweise in der WO 91/18279 A1 beschrieben. Im Fall dieses Gasanalysators kann ein Breitbandinfrarotlichtstrahl durch den Beatmungskreislauf des Patienten hindurch strömen. Der Lichtstrahl wird dann von einem Strahlenteiler in zwei Strahlen geteilt, welche von zwei getrennten Detektoren registriert werden, welche mit optischen Bandpassfiltern versehen sind, welche zueinander unterschiedliche Zentralwellenlängen haben. Ein Detektor wird verwendet, um die Intensität des Lichtstrahls bei der Absorptionswellenlänge der Analysesubstanz zu berechnen, wogegen der andere Detektor eingesetzt wird, um eine Messung der Reverenzintensität des Lichtstrahls bei einer Wellenlänge unterschiedlich von der Absorptionswellenlänge der analysierten Substanz zu berechnen. Dieser Typ Gasanalysator ist für die Analyse von einzelnen Gasen wie beispielsweise Kohlendioxid gut eingeführt. Intensitätsverluste in dem Strahlenteiler und die Größe des Strahlenteilers lassen diesen Analysatortyp jedoch für eine Multigasanalyse auf der Basis der Hauptströmung unzweckmäßig erscheinen.
• Unvorteilhafterweise zeigt Sauerstoffgas keine markante Absorption innerhalb des infraroten Bereichs, und in Bezug auf eine Sauerstoffgasanalyse werden normalerweise Brennstoffzellen oder Analysatoren eingesetzt, welche die paramagnetischen Eigenschaften von Sauerstoffgas ausnützen. Diese letztgenannten Lösungen sind sehr stoßempfindlich, was sie für eine Hauptstrommessungsanalyse ungeeignet macht.
• Brennstoffzellen bestehen aus einer Goldkathode und einer Bleikathode, welche von einem Elektrolyt umgeben sind, welcher durch eine Membran, durch welche Sauerstoffgas in die Zelle diffundiert, geschützt sind. Der von der Zelle generierte Strom ist direkt proportional zu dem Partialdruck des Sauerstoffgases. Die Reaktionszeit des Zelle hängt von der Konstruktion der Membran und ihrer Dicke und auch von dem Ausmaß ab, zu welchem die Gasmenge in nächster Nähe zur Membran vorliegen darf. Reaktionszeiten liegen jedoch normalerweise in der Größe von einer bis zehn Sekunden. Reaktionszeiten einer derart langen Dauer machen es schwierig, Brennstoffzellen zur Registrierung von Sauerstoffgas einzusetzen, welches während einer Hauptstrommessungsanalyse gelöst wird.
• In der GB-A-2 287 655, 3 ist ein Teil einer Brennstoffzelle zwischen einem Mundstück für einen Patienten und einem Beatmungsgerät angeordnet, der Rest der Brennstoffzelle ist über ein Kabel angeschlossen.
• Die US-A-6 003 511 zeigt den Einsatz eines Bakterienfilters vor weiter nicht spezifizierten Funktionsvorrichtungen.
• Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Anordnung vorzuschlagen, mit welcher die zuvor diskutierten Probleme vermieden werden können und welche es ermöglicht, dass Brennstoffzellen zum Messen von Sauerstoffgasgehalten auch in Gasanalysatoren nach dem Hauptstrommessungsprinzip eingesetzt werden.
• Die zuvor genannte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst mit einem Gasanalysator, welcher einen Adapter aufweist, welcher Verbinder zur Verbindung mit einem Beatmungsgerät oder dergleichen aufweist und Verbinder zur Verbindung mit einem Schlauch, welcher zu dem Patienten führt aufweist, wobei der Adapter eine Brennstoffzelle und einen Messkopf für einen Gasanalysator zwischen dem Verbinder des Beatmungsgeräts und dem Verbinder zur Verbindung von Schläuchen mit dem Patienten aufweist, und wobei der Adapter auch mit einem Bakterienfilter zum Schutz der Brennstoffzelle vor Bakterien in den Beatmungsgasen versehen ist.
• Die Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf ein nicht-ein schränkendes Ausführungsbeispiel hiervon und auch unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.
• 1 zeigt eine perspektifische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem zugeordneten Messkopf.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindung eines Patienten mit einem Beatmungsgerät unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung.
• 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Adapters gemäß der Erfindung.
• Demnach zeigt 1 einen Gasanalysator, welcher gemäß der Erfindung konstruiert ist und einen Adapter 1 und einen zugeordneten Messkopf 2 aufweist. Der Adapter 1 hat im Wesentlichen die Form eines länglichen Rohres, welches beispielsweise aus Kunststoffmaterial hergestellt ist. Der Adapter 1 hat an einem Ende einen Verbinder 3 für einen Schlauch, welcher zu dem Patienten führt. Das andere Ende des Adapters trägt einen Verbinder 4 für ein Beatmungsgerät oder dergleichen. Zwischen den beiden Verbindern 3, 4 des Adapters 1 ist ein Zentralabschnitt 5 angeordnet, der dafür vorgesehen ist den Messkopf zu tragen. Zu diesem Zweck trägt der Zentralabschnitt 5 zwei zueinander gegenüberliegend angeordnete ebene Oberflächen 6, von denen jede ein entsprechendes Fenster 7, welches aus einem transparenten Film besteht, aufweist.
• Der Messkopf 2 hat eine Zentralöffnung 8, welche sich von einer Seite des Messkopfs so erstreckt, um den Messkopf zu konditionieren, dass er über den Zentralabschnitt 5 des Adapters geschoben werden kann. Zu diesem Zweck ist die Öffnung mit zwei gegenüberliegenden im Wesentlichen ebenen und zueinander parallelen Oberflächen 9 versehen, welche nach innen zu der Öffnung zeigen. Entsprechende ebene Oberflächen 9 auf dem Messkopf 2 sind mit einem Lichttransmitter und einem Lichtempfänger 10 zum Übertragen und Empfangen von Infrarotlicht versehen. Der Lichttransmitter und der Lichtempfänger sind über ein Signalkabel 11 mit einem Messinstrument verbunden, welches die von dem Empfänger erhaltenen Signale analysiert. Die ebenen Oberflächen 9 auf dem Messkopf 2 und die ebenen Seiten 6 des Zentralabschnitts 5 des Adapters 1 sind entsprechend konstruiert und dimensioniert, sodass das Messinstrument 2 exakt positioniert ist, wenn es auf dem Adapter 1 montiert ist, sodass von dem Transmitter 10 emittiertes Licht durch den Zentralabschnitt 5 des Adapters und durch dessen Fenster 7 hindurch gehen und den Lichtempfänger erreichen kann, ohne durch irgendetwas anderes beeinflusst zu werden, als das, was durch das Innere des Zentralabschnitts 5 des Adapters hindurch geht.
• Wie in 1 zu erkennen ist hat der Adapter 1 auch einen passiven Beatmungsbefeuchter oder Atembefeuchter 14 zwischen seinem Zentralabschnitt 5, welcher die ebenen Seiten 6 zur Aufnahme des Messkopfs und die Fenster 7 auf den ebenen Oberflächen aufweist und der Verbindung 3 zur Verbindung des Adapters mit dem Schlauch, welcher zum Patienten führt. Dieser passive Befeuchter kann ein sogenannter HCH, Hygroscopic Condensation Humidifier (Hygroskopischer Kondensationsbefeuchter) oder ein HME, Heat Moisture Exchanger (Wärme-Feuchtigkeits-Austauscher), der Art sein, welche üblicherweise bei der Beatmung eingesetzt wird. Diese Vorrichtungen befeuchten die Beatmungsgase durch Aufnahme von Feuchtigkeit und bis zu einem gewissen Grade auch von Wärme, wenn der Patient ausatmet und geben die Feuchtigkeit dann der Beatmungsluft zurück, wenn der Patient einatmet. Da der passive Beatmungsbefeuchter 14 zwischen dem Verbinder 3 des Patientenschlauches und dem Zentralabschnitt 5 des Adapters angeordnet ist, werden die Beatmungsgase entfeuchtet, wenn sie in den Zentralabschnitt gelangen, in dem die Fenster 7 angeordnet sind, wodurch das Auftreten von Kondensation auf den Fenstern verhindert und ermöglicht wird, dass das Ausatmungsgas, welches durch den Zentralabschnitt 5 strömt in bekannter Art und Weise mit Hilfe des Messkopfs 2 analysiert wird. Der passive Befeuchter 14 wird in dem Adapter in Form einer Einlage oder einer Rolle platziert, welche mit einem hygroskopischen Salz imprägniert sind, und durch das offene Ende des Verbinders 3 eingesetzt.
• Zusätzlich zu dem Befeuchter 14 kann der Adapter 1 auch einen Bakterienfilter 15 aufweisen, welcher zwischen dem Befeuchter 14 und dem Zentralabschnitt 5 angeordnet ist. Der Filter 15 ermöglicht es, Bakterien aus dem Ausatmungsgas zu entfernen, sodass z. B. die Sauerstoffkonzentration mit Hilfe einer Brennstoffzelle ohne die Gefahr einer Kreuzkontamination zwischen verschiedenen Patienten gemessen werden kann.
• Wie oben erwähnt wurde kann eine Brennstoffzelle in dem Zentralabschnitt 5 des Adapters zur Messung der Sauerstoffgaskonzentration des Ausatmungsgases verwendet werden. Zu diesem Zweck kann eine Verbindung 16, mit der eine Brennstoffzelle verbunden ist in einer Seitenwand des Zentralabschnitts 5, welche kein Fenster 7 hat, vorgesehen werden.
• 2 zeigt einen Patienten, welcher mit einem Beatmungsgerät unter Zuhilfenahme einer Anordnung gemäß der Erfindung verbunden ist. Die Zeichnung zeigt, dass die Beatmungs schläuche 12 mit der Adapterverbindung 4 verbunden sind, und dass ein von der Adapterverbindung 3 ausgehender Patientenschlauch 13 mit dem Patienten verbunden ist.
• 3 zeigt, wie eine Brennstoffzelle 18, welche mit O-Ringen 19 versehen ist, an dem Zentralabschnitt 5 eines Adapters befestigt werden kann. In dieser Figur ist auch der innere Kanal 20 in dem Zentralabschnitt 5 dargestellt, durch welchen die Beatmungsgase zu und von dem Patienten strömen. Der innere Kanal kann in geeigneter Weise in einer Strömungsausrichtungseinrichtung 21 zum Leiten eines Teils der Beatmungsgase zu der Brennstoffzelle 18 geleitet werden, um hierdurch die Übergangsfunktion des Sauerstoffgasmessvorgangs zu vermindern.
• Als Alternative für den Bakterienfilter in der Hauptströmung des Adapters 1 wie oben beschrieben kann der Verbinder 16 auch mit einem separaten Bakterienfilter 17 beispielsweise in Form einer Membran, als Schutz gegen eine Kreuzkontamination versehen werden.
• Als eine weitere Maßnahme gegen eine Kreuzkontamination kann ein Bakterienfilter im Hauptstrom zwischen dem Patientenverbinder 3 und dem Zentralabschnitt 5 des Adapters und auch in dem Verbinder 16 der Brennstoffzelle angeordnet werden.
• Der erfindungsgemäße Adapter kann in geeigneter Weise aus Kunststoffmaterial spritzgegossen werden und demnach für eine Einmalverwendung bei relativ niedrigen Kosten hergestellt werden. Das Messkopfgehäuse kann ebenfalls aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden, jedoch nicht für eine Einmalverwendung, da der Messkopf zusammen mit dem Messinstrument verwendet wird und von den Beatmungsgasen nicht beeinflusst oder kontaminiert wird.

Claims (7)

1. Vorrichtung für die quantitative Analyse von Atemgasen, welche zu und von einem Patienten strömen, welcher mit einem Beatmungsgerät zur Unterstützung der Beatmung verbunden ist, wobei die Vorrichtung einem Adapter (1) aufweist, welcher einen Verbinder (4) zur Verbindung mit einem Beatmungsgerät oder dergleichen aufweist, und mit einem Verbinder (3) zur Verbindung mit einem Schlauch (13), welcher zu dem Patienten führt, und wobei der Adapter (1) Verbindungen (5, 16) für einen Messkopf (2) für einen Gasanalysator und für eine Brennstoffzelle (18) aufweist, welche hierdurch zwischen dem Verbinder (4) für das Beatmungsgerät und dem Verbinder (3) für die Verbindung der Schläuche, welche zu dem Patienten führen, angeordnet werden kann, und wobei der Adapter (1) auch einen Bakterienfilter (15, 17) zum Schützen der Brennstoffzelle (18) von Bakterien in den Beatmungsgasen aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralabschnitt (5) des Adapters eine Verbindung (16) für eine Brennstoffzelle (18) zum Messen des Sauerstoffgasgehaltes des Beatmungsgases enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bakterienfilter (15) in dem Adapter (1) zwischen den Verbindern (3) zur Verbindung der Schläuche mit dem Patienten und dem Zentralabschnitt (5) angeordnet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bakterienfilter (17) an der Verbindung (16) der Brennstoffzelle angeordnet ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (1) eine Strömungsorientierungseinrichtung (21) zum Leiten eines Teils der Beatmungsgase zu der Brennstoffzelle (18) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter einen passiven Befeuchter (14) für Beatmungsgas zwischen dem Verbinder (4) für das Beatmungsgerät und den Verbindern zur Verbindung der Schläuche mit dem Patienten aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Messkopfes zwei Fenster (7) aufweist, durch welche Lichtstrahlen von dem Messkopf (2) hindurch gehen können.