DE69822037T2

DE69822037T2 - Befeuchtungssystem für einen Respirator

Info

Publication number: DE69822037T2
Application number: DE69822037T
Authority: DE
Inventors: Lewis George Gradon; Stephen William Mcphee; Paul John Seakins; Peter John Leonard
Original assignee: Fisher and Paykel Healthcare Ltd
Current assignee: Fisher and Paykel Healthcare Ltd
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: EP1374940A2; CN1230222C; CN101318049A; ES2369850T3; CN101310789A; CA2617349C; USRE39724E1; AU7195098A; JP2003010334A; EP1514570A3; EP2198909A3; CN1557509A; JP2004033788A; CA2443306C; EP2258433B1; CA2621113C; EP2198909B1; EP2258432B1; US6272933B1; DE69822037D1

Description

Diese Erfindung betrifft Gasverteilungssysteme und insbesondere, obwohl nicht nur, respiratorische Befeuchtungssysteme, die Gase für einen Patienten oder eine andere Person, die diese Gase zum Atmen benötigt, befeuchten.
Viele, wenn nicht alle existierender respiratorische Befeuchtungssysteme, die befeuchtete Gase (wie etwa Sauerstoff oder anästhetische Gase) zu einem Patienten liefern, oder zu einer anderen Person, die diese Gase benötigt, wirken als Temperaturregler. D. h. die Temperatur von Gasen, die die Befeuchtungsvorrichtung in dem Beatmungskreis verlassen, wird überwacht, und eine Heizquelle wird in Antwort auf Änderungen in dieser Temperatur geregelt, um eine gewünschte ausgehende Feuchtgastemperatur zu erreichen. Ein Beispiel dieses Typs von Befeuchtungssteuersystem ist in unserem früheren U.S. Patent Nr. 5,558,084 offenbart. Dieses Regelverfahren hat eine Anzahl von Nachteilen, enthaltend:

– In Situationen mit hoher hereinkommender Gastemperatur (angenähert der gewünschten ausgehenden Gastemperatur) ist wenig Wärme erforderlich, die den Gasen durch den Befeuchtungsprozess zugeführt wird, um die erforderliche Temperatur zu erreichen. Dementsprechend wird auch eine geringe Befeuchtung der Gase erreicht.
– Die Abhängigkeit von Temperatursensoren in diesem Regelverfahren bedeutet, dass eine unkorrekte Platzierung oder Verbindung der Temperatursensoren zu einer beeinträchtigten Leistung des gesamten Befeuchtungs- und Beatmungssystems führen kann.
– Das Fehlen von Strömungssensoren, die, sofern vorgesehen, ermöglichen würden, bestimmte Beatmungskreiszustände leicht zu erkennen und durch die Befeuchtungsvorrichtung (und/oder Gaszufuhr) eine geeignete Aktion vorzunehmen. Strömungssensoren sind in Befeuchtungssystemen bisher nicht benutzt worden, wegen ungenügender Robustheit und Kondensationsproblemen, die in dem Strömungssensor auftreten, was zu unkorrekten Strömungsauslesungen führt.
– Gase werden einem Patienten mit einer Druck/Feuchtigkeitskombination zugeführt, die ungeeignet ist. Es ist gut bekannt, dass bestimmte Feuchtigkeitspegel für Gase erforderlich sind, die einem Patienten zu verabreichen sind. Für intakte (z. B. Gesichtsmaske) oder umgangene (Intubationsverabreichung von Gasen) Luftwege sind unterschiedliche Feuchtigkeitswerte spezifisch geeignet. Die Temperatursensierung allein kann nicht sicherstellen, dass diese erforderlichen Temperatur/Feuchtigkeitswerte erreicht werden.
– Einige existierende respiratorische Befeuchtungsvorrichtungen erfordern, dass die Benutzer Einstellelemente einstellen, die keine oder keine intuitive Beziehung zu den tatsächlichen physikalischen Parametern haben, die sie steuern sollen. Oft stellen die Einstellelemente die erforderliche Gasauslasstemperatur und/oder die Erwärmung ein, die durch den Heizdraht zugeführt wird, die in der Leitung vorgesehen ist, die den Befeuchter mit dem Patienten verbindet (und manchmal auch die Leitung, die den Patienten zurück mit der Gaszufuhr verbindet). Der wichtigste Parameter bei der Feuchtgaszufuhr zu einem Patienten ist die Feuchtigkeit der Gase, da eine ungenügende Feuchtigkeit die Luftwege des Patienten sehr schnell dehydrieren kann. Dementsprechend haben die Benutzer nur wenig oder keine Idee davon, wo die Einstellelemente zu positionieren sind, um das gewünschte Ergebnis optimaler Feuchtigkeit in den zugeführten Gasen mit einer existierenden Strömungsrate zu erzeugen. Ein automatisiertes System, in dem der Benutzer die Befeuchtungsvorrichtung nur zu informieren braucht, wenn der die befeuchteten Gase erhaltende Patient intakte oder umgangene Luftwege aufweist, wäre ein größerer Vorteil.
– Viele existierende respiratorische Befeuchtungsvorrichtungen zeigen die Gastemperatur an, die dem Patienten zugeführt wird. Wie zuvor erwähnt, ist der wichtigste Parameter in respiratorischen Befeuchtungssystemen die Feuchtigkeit der Gase. Aufgrund der Heizung in dem Ausgabekreis hat häufig die angezeigte Temperatur keine Beziehung zu der tatsächlichen Feuchtigkeit der Gase, die dem Patienten verabreicht werden, und kann daher den durchschnittlichen Krankenpfleger falsch anweisen. Es wäre daher ein Vorteil, wenn sich die angezeigte Temperatur in irgend einer Weise auf die Feuchtigkeit der dem Patienten verabreichten Gase bezieht oder diese anzeigt.

Die EP-A-413 127 bezieht sich auf einen Befeuchter mit einem Strömungssensor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Sensorsondenmittel bereitzustellen, das zur Positionierung im Strom von befeuchteten Gasen geeignet ist, gemäß Anspruch 1.
Die Erfindung besteht im Vorstehenden und avisiert auch Konstruktionen, von denen das Folgende nur Beispiele angibt.
Eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung wird nun in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 ist eine Vorderansicht einer Strömungssonde, die gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
2 ist eine Unteransicht der Strömungssonde von 1;
3 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Beatmungskreises, die die in der Leitung installierte Strömungssonde von 1 zeigt;
4 ist eine Querschnittsunteransicht des Beatmungskreises von 3, die die in der Leitung installierte Strömungssonde von 1 zeigt;
5 ist ein schematisches Diagramm eines die Strömungssonde von 1 enthaltenden respiratorischen Befeuchtungssystems;
6 ist ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführung eines Feuchtigkeits- und Temperaturregelsystems, zur Verwendung in dem in 5 gezeigten respiratorischen Befeuchtungssystem;
7 ist eine Graphik der (für einen gewünschten Feuchtigkeitspegel) benötigten Sollauslasstemperatur gegenüber der Strömungsrate, die eine bevorzugte Ausführung eines Feuchtigkeits- und/oder Temperaturregelsystems darstellt, zur Verwendung in dem in 5 gezeigten respiratorischen Befeuchtungssystem; und
8 ist eine Graphik der Feuchtigkeit (oder des Taupunkts) gegenüber der Zeit zur Alarmausgabe in einem beispielhaften Befeuchtungssystem, wie es etwa in 5 gezeigt ist.
In Bezug auf die beigefügten Zeichnungen und insbesondere auf 5 wird eine beispielhafte Befeuchtungsvorrichtung oder ein respiratorisches Befeuchtungssystem, das bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung enthält, dargestellt. In dem respiratorischen Befeuchtungssystem ist ein Lüftungs- oder Gaszufuhrmittel oder ein Ventilator 1 enthalten, das einen Auslass 2 aufweist, der Gase (z. B. Sauerstoff, anästhetische Gase oder Luft) zu einem Einlass 3 eines Befeuchtungskammermittels 4 über eine Leitung 6 zuführt. Das Befeuchtungskammermittel 4 kann z. B. eine aus Kunststoff gebildete Kammer mit einer darauf abgedichteten Metallbasis 7 aufweisen. Die Befeuchtungskammer 4 ist dazu ausgelegt, ein Wasservolumen 8 zu halten, das durch ein Heizplattenmittel 9 unter der Steuerung/Regelung eines Steuergeräts oder Steuermittels 11 einer Befeuchtungsvorrichtung oder eines Befeuchters 10 erhitzt wird.
Wenn das Wasser innerhalb der Kammer 4 erhitzt wird, wird es langsam vedunsten, wobei sich der Wasserdampf mit den Gasen vermischt, die von dem Ventilator 1 durch die Befeuchtungskammer strömen. Dementsprechend verlassen die befeuchteten Gase die Befeuchtungskammer 4 über den Auslass 12 und werden durch einen Gastransportweg oder eine inspiratorische Leitung 14 einem Patienten oder einer anderen Person zugeführt, die diese Gase 13 benötigt. Um die Kondensation innerhalb der inspiratorischen Leitung 14 zu reduzieren und die Temperatur der dem Patienten 13 zugeführten Gase anzuheben, kann ein Heizdrahtmittel 15 vorgesehen sein, das unter der Steuerung/Regelung des Steuermittels 11 erregt wird.
In 5 ist eine Gasmaske 16 über der Nase und dem Mund des Patienten gezeigt (als "Intakte Luftwege"-Gasverabreichung bezeichnet). Jedoch sollte es sich verstehen, dass viele Gasverabreichungskonfigurationen existieren, wie etwa Intubation, worin ein Verabreichungsrohr in der Trachea des Patienten positioniert wird, um die Luftwege des Patienten zu umgehen (bekannt als "Intubierte Luftwege"-Gasverabreichung). Auch möglich ist es, einen Rücklaufweg für die vom Patienten ausgeatmeten Gase zurück zum Ventilator 1 vorzusehen. In diesem Fall kann ein geeigneter Anschluss, wie etwa ein "Y"-Stück, zwischen dem Patienten (13), der inspiratorischen Leitung (14) und einer expiratorischen Leitung (nicht gezeigt) angebracht sein, die mit einem Einlass (nicht gezeigt) des Ventilators 1 verbunden ist.
Das Steuermittel 11 kann z. B. einen Mikroprozessor oder eine Logikschaltung mit zugeordneten Speichermitteln enthalten, die ein Softwareprogramm enthalten, das bei Ausführung durch das Steuermittel 11 den Betrieb des Befeuchtungssystems gemäß Anweisungen, die in der Software abgelegt sind, und auch in Antwort auf externe Eingaben steuert/regelt. Z. B. kann das Steuermittel 11 mit der Eingabe von der Heizplatte 9 versorgt werden, sodass das Steuermittel 11 mit Information über die Temperatur und/oder den Stromverbrauch der Heizplatte 9 versorgt wird. Zusätzlich könnte das Steuermittel 11 mit Eingaben der Temperatur des Gasstroms versorgt werden, wobei z. B. ein Temperatursensiermittel oder eine Temperatursonde 17 an oder nahe dem Patienten vorgesehen sein kann, um die vom Patienten erhaltene Gastemperatur anzuzeigen, und eine weitere Temperatursonde 18 könnte vorgesehen sein, um dem Steuermittel 11 die Temperatur des befeuchteten Gasstroms anzugeben, wenn dieser den Auslass 12 der Befeuchtungskammer 4 verlässt. Ferner kann ein Strömungssensiermittel oder eine Strömungssonde 19 irgendwo in dem Beatmungskreis vorgesehen sein ("der Beatmungskreis" umfasst die Teile der Befeuchtungsvorrichtung, durch die Gasströmungen hindurchtreten). Die Strömungssonde 19 ist in 5 in der gleichen Position wie die Temperatursonde 18 gezeigt, da die zwei Vorrichtungen beide in einer Sonde vorgesehen sein können, wie unten beschrieben wird.
Eine noch weitere Eingabe in das Steuermittel 11 kann ein Benutzereingabemittel oder ein Schalter 20 sein, der es einem Benutzer erlauben könnte (wie etwa einem Krankenpfleger oder dem Patienten selbst), eine gewünschte Gastemperatur der verabreichten Gase oder einen gewünschten Gasfeuchtigkeitspegel zur Verabreichung einzustellen, oder alternativ könnten andere Funktionen durch einen Schalter 20 gesteuert werden, wie etwa die Steuerung der Heizung, die durch den Heizdraht 15 geliefert wird, oder Auswählen einer Anzahl automatischer Gasverabreichungskonfigurationen (die unten beschrieben werden).
Eine Anzahl bevorzugter Ausführungen des oben angegebenen Systems (oder von Teilen davon) wird nun im näheren Detail beschrieben.
Strömungssonde
In Bezug auf die 1 und 2 ist die bevorzugte Form einer Strömungssonde 19 gezeigt. Die Strömungssonde 19 ist bevorzugt durch Gießen von Kunststoffmaterial gebildet, wie etwa Polycarbonat, und umfasst einen Basisabschnitt 30, der zum Halten von Drahtanschlüssen ausgelegt ist (48 in den 3 und 4), die elektrische Signale zu und von dem Steuermittel 11 leiten. Von der Basis 30 steht ein Stiel 31 ab, der zumindest ein Sensorgehäusemittel 32 und 33 aufweist, das von dessen von der Basis 30 am weitest entfernten Ende vorsteht. Die Sensorgehäusemittel 32 und 33 sind bevorzugt im Querschnitt gerundet und sind in der Seitenansicht im Wesentlichen verjüngt oder konisch, mit einer gerundeten Spitze am von der Basis 30 entferntesten Ende (dem Sensierende 36).
In der 1 sind zwei Sensorgehäusemittel 32 und 33 gezeigt. In der gezeigten Ausführung ist ein Sensorgehäusemittel 32 als Temperatursensiermittel vorgesehen, während das andere Sensorgehäusemittel vorgesehen ist, um die Funktion des Strömungsratensensiermittels zu erfüllen. Innerhalb der Sensorgehäusemittel 32 und 33 befinden sich Sensiermittel 34 und 35, z. B. Thermistoren (temperaturabhängige Widerstände), die vorgesehen sind, um die jeweiligen Eigenschaften von Temperatur und Strömungsrate der Gase zu sensieren, die in dem Befeuchtungssystem strömen. Im Falle des Temperatursensiermittels 34 kann das Steuergerät 11 eine Spannung über dem Thermistor anlegen und ein Temperatursignal in der Form des Stroms empfangen, der durch den Thermistor fließt, der von der Temperatur der Gase abhängig ist. Um den Thermistor 34 zu schützen, umschließt oder verkapselt das Sensorgehäusemittel 32 den Thermistor vollständig. Da jedoch nur eine dünne Lage aus Kunststoffmaterial zwischen dem Thermistor und dem Gasstrom vorhanden ist, ist die erhaltene Temperaturauslösung noch genau.
Im Falle des Strömungssensiermittels 35 kann das Steuergerät 11 bei Gelegenheit dem Thermistor einen Strom für eine ausreichende Dauer zuführen, um den Thermistor auf eine erste bekannte Temperatur zu erwärmen, und dann die Stromzufuhr zu trennen und die Temperaturänderung des Thermistors überwachen (durch Überwachen von dessen Widerstandsänderung). Das Steuergerät 11 kann dann ein Zeitgebermittel starten und die Zeitdauer bestimmen, die die Thermistortemperatur braucht, um auf eine zweite vorbestimmte Temperatur abzufallen. Die Zeit, die der Thermistor 35 zur Temperaturänderung von der ersten zu der zweiten bekannten Temperatur entlang einer bekannten Querschnittsfläche des Gasstroms braucht (z. B. eine Leitung mit 12 mm Durchmesser), liefert dem Steuergerät 11 eine Anzeige der Strömungsrate der Gase, wenn diese von dem erhitzten Thermistor Wärme abführen. Ersichtlich ist, dass der Thermistor 35 nicht in der gleichen Weise wie der Thermistor 34 umschlossen oder verkapselt ist. Der Grund hierfür ist, dass jegliche Materialschicht zwischen dem Thermistor 35 und dem Gasstrom die Wärmetransferrate von dem Thermistor zu den Gasen beeinflussen und somit die Genauigkeit der Strömungsratenauslesung reduzieren würde.
In einer weiter bevorzugten Ausführung wird die Strömungsrate der Gasströmung durch Stromzufuhr zu dem Thermistor 35 bestimmt, um dessen Temperatur über die Temperatur des Gasstroms um eine vorgewählte Differenztemperatur anzuheben, z. B. 60°C. Dann überwacht das Steuergerät 11 die vom Thermistor 35 gezogene Energie zum Einhalten der festen Temperaturdifferenz. Der Stromverbrauch in Zuordnung zur Querschnittsfläche des Gasstroms (z. B. eine Leitung von 12 mm Durchmesser im Bereich der Strömungssonde) liefert dem Steuergerät 11 eine Anzeige der Strömungsrate, die erlaubt, dass das Steuergerät die tatsächliche Gasströmungsrate bestimmt. Damit der Thermistor 35 die Temperaturdifferenz beibehält, ist es erforderlich, gelegentlich die tatsächliche Temperatur des Thermistors 35 zu bestimmen, während auch der Thermistor 35 erhitzt wird. Dies kann erreicht werden, indem der Heizstrom von dem Thermistor vorübergehend ausgeschaltet wird und eine niedrige Sensorspannung über dem Thermistor 35 angelegt wird und der Strom durch den Thermistor 35 sensiert wird. Auf diese Weise kann der Widerstand des Thermistors 35 schnell gemessen, sowie ein Wert der Temperatur von zuvor gespeicherten charakteristischen Temperatur gegen Widerstandsdaten von dem Thermistor abgeleitet werden. Die Sensorspannung kann dann aufgehoben werden, und der Heizstrom wieder angelegt werden, wenn die vorbestimmte Temperaturdifferenz nicht erreicht worden ist, oder das Steuergerät 11 kann das Anlegen eines weiteren Heizstroms zu dem Thermistor 35 verzögern, wenn die Temperaturdifferenz erreicht oder überschritten wurde.
Da die freiliegenden Oberflächen der Strömungssonde 19 allgemein eine niedrigere Temperatur als die darüber fließenden angefeuchteten Gasströme hat, ist es wahrscheinlich, dass an ihren Oberflächen Kondensation auftritt. Es versteht sich, dass jegliches flüssiges Wasser, das sich auf dem Strömungssensorthermistor 35 ansammelt, die Strömungsauslesung nachteilig beeinflusst, da das flüssige Wasser einen Teil der Wärme absorbiert, die von dem Thermistor erzeugt wird. Um das Auftreten von Flüssigwasserakkumulation auf den Sensoren zu reduzieren oder zu eliminieren, ist die Strömungssonde gemäß der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung mit zumindest einem "Flügel" oder vorstehenden Zungenmittel versehen, und in dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel sind zwei Zungenmittel (37, 38, 39 und 40) pro Sensorgehäusemittel gezeigt (obwohl die Möglichkeit besteht, ein vorstehendes Zungenmittel pro Sensorgehäusemittel anzuwenden). Im Querschnitt ist jedes Zungenmittel bevorzugt rechteckig und erstreckt sich entlang der Länge des Sensorgehäusemittels von dem Stiel 31 zu dem Sensorende des Sensorgehäusemittels (obwohl es nicht erforderlich zu sein braucht, dass sich das vorstehende Zungenmittel über die volle Länge des Sensorgehäusemittels erstreckt). In der bevorzugten Ausführung hat der Außenrand des vorstehenden Zungenmittels im Wesentlichen einen konstanten Abstand von der Mittellinie des Sensorgehäusemittels entlang dessen Gesamtlänge. Da das Sensorgehäusemittel verjüngt ist, ist das vorstehende Zungenmittel daher in Seitenansicht dreieckig und steht bevorzugt orthogonal von der Sensorgehäusemitteloberfläche ab. Bevorzugt sind die vorstehenden Zungenmittel integral mit der Strömungssonde 19 gegossen, wobei es jedoch auch möglich wäre, die vorstehenden Zungenmittel separat herzustellen und diese an der Oberfläche des Sensorgehäusemittels anzubringen.
Nun auch in Bezug auf die 3 und 4 wird im Gebrauch die Strömungssonde 19 in eine Sensoreintrittsöffnung 41 in einen Leitungsverbinder 42 eingesetzt. Die Sensoreintrittsöffnung 41 umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Wand, die sich orthogonal von dem Leitungsverbinder 42 erstreckt. Der Leitungsverbinder 42 verbindet zwei Leitungen 43 und 44 des Beatmungskreises miteinander, oder kann alternativ als Teil einer Leitung gegossen sein, z. B. als Teil der inspiratorischen Leitung 14. Wie am klarsten in 4 ersichtlich, ist die Strömungssonde 19 in Bezug auf den Gasstrom (durch die Pfeile angegeben) positioniert, um sicherzustellen, dass die vorstehenden Zungenmittel 37, 38, 39 und 40 jeweils parallel zu dem Gasstrom ausgerichtet sind. Wenn sich Kondensation auf dem Sensorgehäusemittel ausbildet, wird diese dazu gebracht, von dem Sensorende 36 weg zu fließen, und zwar durch die Wirkung des über dessen Oberfläche hinweg fließenden Gasstroms in Kombination mit einem lokalisierten Bereich geringer Oberflächenspannung in der Nähe der Kontaktlinie der vorstehenden Zungenmittel und der Oberfläche des Sensorgehäusemittels. Dementsprechend fließt Kondensat tendenziell entlang der Schnittlinie (z. B. Linie 45) nach Wunsch von dem Sensorende 36 weg zu dem Stiel 31 hin.
Um sicherzustellen, dass beim Einsetzen der Strömungssonde 19 in die Sensoreintrittsöffnung 41 die vorstehenden Zungenmittel mit dem Gasstrom korrekt ausgerichtet sind (eine unkorrekte Ausrichtung ergibt nicht den gewünschten Effekt, Flüssigkeit von der Sensorspitze zu entfernen), enthält die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung auch ein im Wesentlichen "V"-förmiges Positionierungszahnmittel 46 benachbart dem Stiel 31, das ebenfalls von dem Basisabschnitt 30 vorsteht. Eine komplementäre im Wesentlichen "V"-förmige Kerbe oder eine feste Positionierungsvertiefung 47 ist in der Wand der Sensoreintrittsöffnung 41 vorgesehen. Dementsprechend wird ein die Strömungssonde 19 einsetzender Benutzer herausfinden, dass es zum vollständigen und sicheren Einsetzen der Strömungssonde in die Leitung (oder den Leitungsverbinder) erforderlich ist, die Strömungssonde zu drehen, bis das Positionierungszahnmittel 46 und die Positionierungsvertiefung 47 dann kombiniert sind, wenn die Strömungssonde korrekt ausgerichtet ist, um sicherzustellen, dass Kondensat tendenziell von den Sensorspitzen weg fließt, wie zuvor beschrieben.
Um ferner sicherzustellen, dass durch den Betrieb des Strömungssensorthermistors 35 erzeugte Wärme im Wesentlichen nicht auf den Temperatursensorthermistor 34 einwirkt, ist in 4 ersichtlich, dass bei der Ausrichtung des Positionierungszahnmittels 46 und der Positionierungsvertiefung 47 die Temperatur- und Strömungssensorthermistoren quer zum Gasstrom versetzt sind (d. h. sie sind in der Strömungsrichtung nicht ausgerichtet), sodass sie durch die Präsenz des anderen im Wesentlichen unbeeinflusst sind. Auch ist der wärmeproduzierende Strömungssensorthermistor 35 stromab des Temperatursensorthermistors angeordnet, sodass die erzeugte Wärme durch den Gasstrom von dem Temperatursensor weggeführt wird.
Ein Vorteil des Vorsehens einer zuverlässigen Strömungssonde in der Befeuchtungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung ist, dass die Befeuchtungsvorrichtung Zustände erkennen kann, die die Leistung der Befeuchtungsvorrichtung beeinträchtigen würden (wie etwa das Auftreten von Saugeffekten, Leitungstrennungen und Verneblerbehandlungen), durch Überwachung der Strömungsrate und/oder der Temperatur für den Hinweis auf indikative Zustände. Sobald bestimmt worden ist, dass ein bestimmter erkannter Zustand aufgetreten ist, kann eine geeignete Aktion vorgenommen werden (wie etwa Alarmausgabe oder Wärmebeseitigung von der Heizplatte 9). Die Befeuchtungsvorrichtung könnte z. B. bestimmen, wenn die Temperatursonden inkorrekt platziert oder von der Schaltung entfernt worden sind, indem z. B. keine Strömung bei einer zugeordneten niedrigen (Umgebungs-) Temperatur sensiert wird.
Es folgt eine Anzahl bevorzugter Gebräuche oder Anwendungen für die Strömungssonde bei der bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung.
Befeuchtungssteuersystem – Minimalleistungsmethode
Ein wichtiger Parameter des Gasstroms, der dem Patienten 13 oder einer anderen Person zugeführt wird, die diese Gase benötigt, ist die Feuchtigkeit.
Es ist gut bekannt, dass Gase, die zu trocken sind (mit einer niedrigen relativen Feuchte von zwischen etwa 60% und 70%) die Luftwege des Patienten sehr schnell dehydrieren können, was Beschwerden hervorruft. Das Steuergerät 11 der Befeuchtungsvorrichtung enthält bevorzugt ein Steuersystem, das versucht, die relative Feuchtigkeit des Gasstroms auf einem gewünschten Pegel (größer als etwa 90%) zu halten. Eine Situation, wo dieser Typ der Regelung gewünscht ist, ist, wenn die Temperatur der Einlassgase in die Befeuchtungskammer 4 auf eine Temperatur ähnlich der Gasauslasstemperatur ansteigt. Da in dieser Situation sehr wenig Energie erforderlich ist, um sie den Gasen zuzuführen (zum Anstieg ihrer Temperatur), ist es nicht möglich, dem Wasser 8 in der Befeuchtungskammer ausreichend Energie zuzuführen, und daher steht nicht genügend Wasserdampf zur Befeuchtung der Gase zur Verfügung. Während die Temperatur der dem Patienten 13 zugeführten Gase erwünscht ist, ist es die relative Feuchtigkeit nicht. Wenn die einkommende Gastemperatur viel geringer ist als die erforderliche Auslassgastemperatur, dann kann man scheinbar annehmen, dass in dem Prozess des Bereitstellens einer großen Energiemenge beim Erhöhen der Gastemperatur auf den erforderlichen Wert in der Befeuchtungskammer 4 viel Wasser verdampft wird und dementsprechend die relative Feuchtigkeit der Gase hoch wird.
Um die Feuchtigkeit des den Patienten erreichenden Gasstroms zu steuern/regeln, benötigt die Befeuchtungsvorrichtung Information hinsichtlich der Strömungsrate der Gase. Dies kann erreicht werden, indem eine Strömungssonde, bevorzugt wie oben beschrieben, in den Gasstrom eingesetzt wird. Dieses Steuersystem wird nun in Bezug auf das Flussdiagramm von 6 beschrieben.
Das Steuersystem startet in Block 49 mit dem Erregen der Heizplatte 9, um dem Wasser innerhalb der Befeuchtungskammer 4 Wärme zuzuführen. In Block 50 liest das Steuergerät 11 eine erforderliche Feuchtigkeit, die entweder vom Hersteller in einem Speicher voreingestellt worden ist oder die vom Benutzer über eine Benutzereingabe, wie etwa die Benutzereingabe 20 in 5, eingegeben worden ist. In Block 51 empfängt das Steuergerät 11 Information von dem Strömungssensorthermistor 35, um die Strömungsrate des Gasstroms zu bestimmen (dies kann so erreicht werden, wie zuvor beschrieben). In Block 52 bestimmt das Steuergerät 11 die minimale Leistung, die zum Erzeugen des erforderlichen Feuchtigkeitspegels in dem Gasstrom mit der sensierten Strömungsrate erforderlich ist. Dies kann durch Ausführung einer Berechnung unter Verwendung einer in einem Speicher gespeicherten Formel ausgeführt werden, oder bevorzugt enthält ein Datenspeichermittel oder eine Speichervorrichtung, die dem Steuermittel 11 zugeordnet ist, eine Datennachschlagetabelle von Strömungsraten und ihrer zugeordneten minimal erforderlichen Leistungswerte bei einer Anzeige darin gespeicherter gewünschter Feuchtigkeitspegel, die durch das Steuermittel anhand der sensierten Strömungsrate und des erforderlichen Feuchtigkeitswerts abgefragt wird. Das Steuermittel 11 könnte den erforderlichen Leistungspegel der Heizplatte 9 bestimmen durch Sensieren der Gasströmungsrate und Empfangen eines vom Benutzer eingegebenen gewünschten Feuchtigkeitspegels und Berechnen (oder alternativ Erhalten aus einer Nachschlagetabelle experimentell abgeleiteter oder zuvor berechneter Werte) einer erforderlichen Verdunstungsrate, um den gewünschten Feuchtigkeitspegel bei dieser Strömungsrate zu erhalten. Dann könnte das Steuergerät 11 die Leistung, die der Heizplatte 9 zugeführt werden muss, berechnen (oder alternativ aus einer Nachschlagetabelle experimentell abgeleiteter oder zuvor berechneter Werte erhalten), um die bestimmte Verdunstungsrate zu erzeugen, um hierdurch sicherzustellen, dass der erforderliche Feuchtigkeitspegel erreicht wird.
In Block 53 (der kein wesentlicher Schritt in dem Verfahren ist) steuert/regelt das Steuermittel 11 die Temperatur der Gase, die den Auslass der Befeuchtungskammer verlassen, auf eine (entweder vom Benutzer oder dem Hersteller) voreingestellte Temperatur (z. B. 37°C) in bekannter Weise, durch Verändern der Temperatur oder Leistung der Heizplatte 9, wobei die Gasauslasstemperatur über den Temperatursensor 18 (oder den Temperatursensorteil der Strömungssonde 19) zu dem Steuergerät rückgekoppelt wird.
In Block 54 wird der voreingestellte Leistungsverbrauch der Heizplatte 9 bestimmt, und es wird entschieden, ob der gegenwärtige Leistungsverbrauch der Heizplatte weniger als der in Block 52 berechnete Wert ist. Der gegenwärtige Leistungsverbrauch könnte z. B. durch das Steuergerät 11 berechnet werden, das den der Heizplatte zugeführten Strom sensiert und diesen sensierten Stromwert mit der der Heizplatte zugeführten Spannung multipliziert. Alternativ könnte die durchschnittliche Heizplattenleistung bestimmt werden durch Berechnen des Prozentsatzes der Zeit, über die die Heizplatte eingeschaltet ist, und Multiplizieren derselben mit dem Nennleistungswert der Heizplatte. Wenn z. B. die Heizplatte über 40% der Zeit eingeschaltet ist und die Nennleistung der Heizplatte 150 Watt beträgt, dann wäre die von der Heizplatte verbrauchte durchschnittliche Leistung 60 Watt. Man könnte annehmen, dass die Heizplattenspannung konstant ist. Wenn der gegenwärtig bestimmte Leistungsverbrauch nicht kleiner als der Minimalwert ist, der zum Bereitstellen des gewünschten Feuchtigkeitspegels als notwendig bestimmt wurde, dann kehrt die Steuerung zu Block 50 zurück, wo die zuvor beschriebenen Schritte wiederholt werden, wobei der Patient geeignet befeuchtete Gase erhält, bis die Entscheidung in Block 54 ergibt, dass der Heizplattenleistungsverbrauch unter den erforderlichen Pegel abgefallen ist, um adäquat befeuchtete Gase zuzuführen.
An diesem Punkt geht die Steuerung zu Block 55 weiter, worin die der Heizplatte 9 zugeführte Leistung auf den in Block 52 bestimmten Pegel erhöht wird (z. B. durch Verändern der pulsbreitenmodulierten Spannungsversorgung zu der Heizplatte oder einfach Erhöhen einer variablen Spannungsversorgung), um sicherzustellen, dass die Gase adäquat befeuchtet werden. Dies hat zur Folge, dass die Auslassgastemperatur über die Einstelltemperatur ansteigt, wobei dies jedoch erforderlich ist, um eine adäquate Feuchtigkeit bereitzustellen. Dann wird in Block 56 geprüft (der ebenfalls kein notwendiger Schritt in dem Verfahren ist), um nachzusehen, ob die Auslassgastemperatur unter eine vorbestimmte Temperatur (z. B. 37°C) abgefallen ist. Wenn die Auslassgastemperatur unter die vorbestimmte Temperatur abgefallen ist, dann kann man annehmen, dass die Gase den erforderlichen Feuchtigkeitspegel erhalten, da sie eine Temperatur haben, die ausreichend oberhalb der angenommenen Gaseinlasstemperatur liegt. Wenn die Auslassgastemperatur nicht unter die vorbestimmte Temperatur abgefallen ist, dann wird der berechnete minimale Leistungspegel den zugeführten Gasen weiterhin zugeführt. Daher lässt sich sehen, dass:

1) bei Abwesenheit eines Temperatursensors das Steuersystem der Heizplatte die berechnete minimal erforderliche Leistung kontinuierlich zuführt, um eine adäquate Befeuchtung zu erreichen, oder
2) wo ein Temperatursensor vorgesehen ist, das Steuersystem in zwei Modi arbeitet, einem ersten "normalen" Modus, wo die Auslasstemperatur in bekannter Weise auf eine gewünschte Temperatur geregelt wird, bis der Leistungsverbrauch der Heizplatte auf einen Pegel abfällt, der eine ungenügende Befeuchtung anzeigt, bei welchem Punkt ein neuer Steuermodus arbeitet, um den Heizplattenleistungsverbrauch auf dem berechneten Minimalpegel zu halten, bis die Auslassgastemperatur unter eine voreingestellte Temperatur abfällt, die anzeigt, dass die Einlassgastemperatur ausreichend abgefallen ist, um zu erlauben, dass die Befeuchtungskammer dem Gasstrom ausreichend Wärme und Feuchtigkeit zuführt.

Befeuchtungssteuersystem – Verfahren gewünschter Feuchtigkeit
Nun wird ein zum obigen alternativ Befeuchtungssteuersystem in Bezug auf 7 beschrieben. Bei diesem alternativen bevorzugten Steuersystem ist es möglich, die Feuchtigkeit der die Befeuchtungskammer 4 verlassenden Gase auf jeden gewünschten Pegel mit jeder Gasströmungsrate zu steuern/regeln. Dies wird möglich gemacht durch Bestimmung der Gasströmungsrate, bevorzugt mittels der oben beschriebenen Strömungssonde, zusammen mit der Kenntnis der Befeuchtungskammerausgabe gegenüber der Strömung und/oder Beatmungskreischarakteristiken.
Ein Beispiel der Befeuchtungskammerausgabecharakteristiken ist in 7 gezeigt, worin ersichtlich ist, dass für einen gegebenen erforderlichen Gasfeuchtigkeitspegel, wenn die Gasströmungsrate ansteigt, die Temperatur der Gase an dem Befeuchtungskammerauslass ziemlich steil abfällt und sich dann auf eine im Wesentlichen konstante Temperatur einstellt. Diese Information kann experimentell aus einer Anzahl von Sollgasauslasstemperaturen und Feuchtigkeitspegeln abgeleitet werden und in einer Speichervorrichtung aufgezeichnet werden (z. B. in Form einer Nachschlagetabelle oder einer Anzahl von Nachschlagetabellen), die durch das Steuermittel 11 absuchbar sind.
Bei diesem Steuersystem gibt der Benutzer einen gewünschten Feuchtigkeitspegel in das Steuergerät 11 mittels einer Benutzereingabevorrichtung, wie etwa dem Benutzereingabemittel 20, ein, das in diesem Fall ein Einstellelement oder eine elektronische Tastatur sein kann. Dann wird die Heizplatte 9 erregt, um das Wasser in der Befeuchtungskammer 4 zu erwärmen, und die Temperatursonde 18 (oder der Temperatursensorteil der Strömungssonde 19) wird benutzt, um dem Steuermittel 11 ein sensierte Auslassgastemperatursignal zuzuführen. Unter Verwendung des durch die Strömungssonde 9 sensierten gegenwärtigen Strömungsratenwerts und der sensierten Temperatur fragt das Steuergerät 11 seine Speichervorrichtung ab, um die Sollauslassgastemperatur zu bestimmen, die zum Erreichen des gewünschten Feuchtigkeitspegels bei der gegenwärtigen Gasströmungsrate erforderlich ist.
An diesem Punkt steuert/regelt das Steuermittel 11 die Erregung der Heizplatte 9, um die bestimmte Sollauslassgastemperatur zu erhalten, die für den erforderlichen Feuchtigkeitspegel der gegenwärtigen Gasströmungsrate sorgt. Das Erregen der Heizplatte kann z. B. die Form von Pulsbreitenmodulation der Spannungszufuhr einnehmen, um die der Heizplatte zugeführte Leistung zu verändern oder alternativ könnte der Heizplatte eine variable Spannung zugeführt werden.
Wenn Änderungen in entweder der Gasströmungsrate oder im vom Benutzer eingestellten gewünschten Feuchtigkeitspegel vorgenommen werden, bestimmt das Steuergerät 11 automatisch eine aktualisierte Sollauslassgastemperatur aus ihrer Speichervorrichtung und steuert/regelt die Heizplatte 9 in geeigneter Weise, um diese Auslassgastemperatur bereitzustellen.
Z. B. wird, für einen vom Benutzer eingestellten gewünschten Feuchtigkeitspegel von 44 mg H₂O pro Liter Gas und eine sensierte Strömungsrate F₁, das Steuergerät 11 die Tabellen in der Speichervorrichtung abfragen, um eine Sollgasauslasstemperatur von 37°C zu bestimmen, die erforderlich ist. Dann erregt das Steuergerät 11 die Heizplatte 9 derart (z. B. durch PWM-Regelung der zugeführten Spannung oder des Stroms), dass die vom Temperatursensor 34 sensierte Auslassgastemperatur im Wesentlichen gleich der Solltemperatur von 37°C ist, was zu der gewünschten absoluten Feuchtigkeit von 44 mg H₂O pro Liter führt.
Zusätzlich zu diesem Steuersystem könnte die dem Steuermittel 11 zugeordnete Speichervorrichtung auch mit Information in Bezug auf die Kondensationscharakteristiken des inspiratorischen Kreises versorgt werden. Ein Heizdraht 15 könnte durch das Steuermittel 11 erregt werden, um die zusätzliche Heizung der Gase zu steuern/regeln, wenn sie der Leitung entlang strömen, um hierdurch die Kondensation in der Leitung zu reduzieren. Dies reduziert auch Änderungen in dem Feuchtigkeitspegel der Gase entlang der Leitung (da aus den Gasen weniger Wasser als Kondensat austritt). In diesem Steuersystem könnte das Steuergerät 11 die vom Heizdraht 15 zugeführte Wärme einstellen, sodass beim Steuern der Feuchtigkeit des Gasstroms auch die Temperatur geregelt werden kann (obwohl in der Praxis der Heizdraht nur einige Grad Temperaturanstieg zuführen könnte). Jedoch wäre es auch denkbar, dass das Steuergerät 11 die Heizdrahteinstellung nutzt, um die Feuchtigkeit der Gase zu reduzieren, wenn sie mit einem überhöhten Pegel zugeführt wird (um Gase ausreichend hoher Temperatur zu erzeugen), indem ein Ausregnen hervorgerufen wird. Das Steuermittel 11 würde dann die Heizplatte und die Heizdrahteinstellungen geeignet verstellen, um nach bester Möglichkeit dem Patienten die erforderliche Gasfeuchtigkeit und Temperatur (vom Benutzer eingestellt) zuzuführen.
Automatisierte Befeuchtungsvorrichtung – "Einknopf-Befeuchter"
Als Ergebnis der Implementierung eines der obigen Steuersysteme in der Befeuchtungsvorrichtung von 5 wäre es möglich, einen Befeuchter bereitzustellen, der extrem einfach im Gebrauch ist und nur eine minimale Eingabe vom Benutzer erfordert. Ein Beispiel einer einfachen Benutzung der Befeuchtungsvorrichtung wäre in 5 zu sehen, worin die einzige Benutzereingabe ein Schalter 20 ist. Der Schalter 20 hätte bevorzugt eine Anzahl von Zuständen oder Stellungen entsprechend einer vorbestimmten Anzahl von Gaszufuhrkonfigurationen. Eine Gaszufuhrkonfiguration könnte intubierte Luftwege sein, und eine andere könnte intakte Luftwege sein. Für jede Stellung oder Zustand des Schalters 20 ist ein entsprechender optimal erforderlicher Feuchtigkeitswert und Temperaturwert in einem dem Steuergerät 11 zugeordneten Speicher abgespeichert. Z. B. könnte für die Intubierte-Luftwege-Kofiguration die optimale Temperatur etwa 37°C und der optimale Feuchtigkeitswert etwa 44 mg H₂O pro Liter Gas betragen, wohingegen die Intakte-Luftwege-Optimaltemperatur etwa 32°C und der optimale Feuchtigkeitswert etwa 30 mg H₂O pro Liter Gas betragen könnte.
Durch Verwendung eines der oben beschriebenen Steuersysteme wäre es somit möglich, den Betrieb der Befeuchtungsvorrichtung ohne weitere Intervention des Benutzers zu steuern, sobald die Gaszufuhrkonfiguration bekannt ist. Das Steuergerät 11 würde dann die Auslassgastemperatur und die Strömungsrate wiederholt sensieren und die Heizplattenleistung und gegebenenfalls die Heizdrahteinstellung justieren, um automatisch eine optimale (oder nach Möglichkeit nahezu optimale) Gastemperatur und Feuchtigkeit dem Patienten 13 zuzuführen, und zwar unabhängig von Änderungen in der Strömungsrate oder der Einlassgastemperatur.
Benutzerausgabe – Temperaturanzeige
Ein weiteres Merkmal der Befeuchtungsvorrichtung ist der Einbau eines Anzeigemittels 60 (5), um dem Benutzer die dem Patienten 13 zugeführte Gastemperatur anzuzeigen. Angemerkt werden sollte, dass dieses Merkmal nicht auf der Gegenwart der Strömungssonde in dem Beatmungskreis beruht. Das Anzeigemittel 60 wird durch das Steuermittel 11 gesteuert. Es ist bekannt, dass andere respiratorische Befeuchter Anzeigemittel enthalten, wobei jedoch die Temperatur, die angezeigt wird, entweder der Temperatur der Gase am Patientenende der inspiratorischen Leitung 14 (wie durch den Temperatursensor 17 sensiert) oder der Temperatur der Gase am Befeuchtungskammerauslass (wie durch den Temperatursensor 18 sensiert) unveränderlich fest ist.
Viele Krankenpfleger setzen die angezeigte Temperatur gleich der in den Gasen enthaltenen Feuchtigkeitsmenge. Solange die dem Patienten zugeführten Gase bei 100% relative Feuchtigkeit liegen (d. h. die Gase enthalten so viel Wasserdampf, wie sie bei ihrer gegenwärtigen Temperatur nach Möglichkeit enthalten können), dann wäre die Temperatur der dem Patienten zugeführten Gase klinisch richtig. Wenn jedoch die zugeführten Gase weniger als die maximal mögliche Feuchtigkeitsmenge bei ihrer vorliegenden Temperatur enthalten, dann könnte ein Befeuchter, der lediglich die zugeführte Gastemperatur anzeigt, einen Krankenpfleger fehlerhaft in den Glauben versetzen, dass der Patient mehr Feuchtigkeit erhält als tatsächlich vorhanden.
Die Temperatur, die auf dem Anzeigemittel 60 angezeigt wird, ist entweder die vom Sensor 14 oder die vom Sensor 18 sensierte Temperatur, je nachdem, welche die niedrigste ist. Als Beispiel kann eine Gasauslasstemperatur von 37°C und eine absolute Feuchte von 44 mg H₂O pro Liter Gas (angenähert 100% relative Feuchte) in eine Temperatur am Patientenende der inspiratorischen Leitung von 35°C und eine absolute Feuchte von 35 mg H₂O pro Liter Gas am Patienten umgesetzt werden. Dementsprechend kondensieren 9 mg H₂O pro Liter Gas in der inspiratorischen Leitung, während aufgrund des Temperaturabfalls das Gas bei angenähert 100% relativer Feuchte entlang der Leitung verbleibt. In dieser Situation beträgt die dem Benutzer anzuzeigende geeignete Temperatur 35°C, da Gas mit einer relativen Feuchte von 100% bei dieser Temperatur die Feuchtigkeitsmenge enthält, die durch eine Temperatur von 35°C angezeigt wird.
Wenn jedoch die Gasauslasstemperatur 37°C bei einer absoluten Feuchte von 44 mg H₂O pro Liter Gas (100% relative Feuchte) war und die Patientenendtemperatur 39°C bei einer absoluten Feuchte von 44 mg H₂O pro Liter Gas war, dann wäre die anzuzeigende klinisch am meisten relevante Temperatur 37°C. Dies deswegen, weil die am Patienten ankommenden Gase nicht mehr 100% relative Feuchtigkeit haben, da den Gasen entlang der inspiratorischen Leitung keine Extrafeuchtigkeit zuführt wurde, obwohl die Temperatur der Gase angestiegen ist. Die absolute Feuchte der Gase, die am Patienten ankommen, ist tatsächlich einer Gastemperatur von 37°C zugeordnet, da dies die Temperatur entsprechend der Feuchtigkeitsmenge innerhalb der befeuchteten Gase ist. Da die Patientenendtemperatur häufig mit einem Abstand von bis zu 30 cm von dem Patienten gemessen wird, ist diese in der Zeit, in der die Gase an dem Patienten ankommen, häufig abgefallen, sodass die niedrigere Temperatur von 37°C für Krankenpfleger sogar noch relevanter ist.
Automatischer strömungsloser Standby-Modus
Wie zuvor erwähnt worden, sensiert in vielen existierenden Befeuchtungssystemen das Steuergerät die Temperatur, um die von der Befeuchterheizplatte 9 und/oder dem Leitungsheizdraht 15 abgegebene Leistung einzustellen. In einer Situation, wo das Gaszufuhrmittel oder -gebläse 1 von dem Beatmungskreis getrennt ist, sensieren diese Steuergerätetypen ein Fehlen der Temperatur, da dort keine Gase an dem Temperatursensor vorbeiströmen. Das Steuergerät versucht dann, die Temperatur der Gase anzuheben (von denen es annimmt, dass sie noch immer in dem Beatmungskreis strömen), indem es die der Heizplatte 9 und/oder dem Heizdraht 15 zugeführte Leistung erhöht. Da die Temperatursensoren nicht in der Lage sind, eine etwaige Temperaturzunahme der "Strömung" zu registrieren, könnte das Steuergerät 11 weiterhin die zum Heizen des nicht existierenden Gasstroms zugeführte Leistung auf einen gefährlichen Pegel anheben. Wenn dann die Gaszufuhr wieder hergestellt wird, könnten die dem Patienten zugeführten Gase eine unsichere Temperatur haben.
Um zu vermeiden, dass die obige Serie von Ereignissen auftritt, könnte der Strömungssensor gemäß der bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung in ein Befeuchtungssystem eingebaut sein. Das Steuergerät könnte dann bestimmen, ob der Befeuchter einen ausreichenden Gasstrom (z. B. 1,5 Liter pro Minute) für einen normalen sicheren Betrieb hat. Wenn sich herausstellt, dass der Gasstrom ungenügend ist, dann könnte der Befeuchter in einen Sicherheitsbetriebsmodus versetzt werden. Der Sicherheitsmodus könnte eine Grenze der Heizplatten 9-Temperatur und/oder Grenzen des Tastzyklus der der Heizplatte 9 und/oder der dem Heizdraht 15 zugeführten Spannung enthalten (d. h. Steuerung der Leistungspegel).
Feuchtigkeitsalarm
Es wird angenommen, dass ein Alarm (wie etwa ein hörbarer und/oder sichbarer Alarm) in einem Befeuchtungssystem vorgesehen sein sollte, um den Patienten (oder den Krankenpfleger) zu warnen, wenn die dem Patienten zugeführten Gase über eine Zeitdauer unter (oder über) dem erforderlichen Feuchtigkeitspegel sind. Es hat sich herausgestellt, dass der Alarm so eingestellt werden sollte, dass er nach einer Zeitdauer ausgegeben wird, die von der Differenz zwischen der erforderlichen Feuchtigkeit und dem tatsächlichen Feuchtigkeitspegel, der dem Patienten zugeführt wird, abhängig ist. Je größer die Differenz, desto eher sollte der Alarm erscheinen.
8 zeigt ein mögliches graphisches Beispiel davon, wie die Zeitverzögerung eingestellt werden könnte, auf der Basis der physiologischen Feuchtigkeitsbedürfnisse des Patienten. Es könnten eine Anzahl unterschiedlicher "Feuchtigkeitsprofile" in einer Speichervorrichtung abgespeichert werden, jeweils eine auf der Basis um einen vorbestimmten erforderlichen Feuchtigkeitswert herum (das Beispiel zeigt einen erforderlichen Feuchtigkeitswert bei 37°C). Die Beziehung zwischen der Temperaturdifferenz und der Zeit zum Alarm sollte passenderweise in einem Tabellenformat ausgedrückt werden, das z. B. in einem von dem Steuermittel 11 zu lesenden ROM (Festwertspeicher) gespeichert ist, sodass das Steuermittel die Feuchtigkeitsdifferenz bestimmt und diese Differenz in einer Tabelle nachsieht (die in Abhängigkeit vom erforderlichen Feuchtigkeitswert gewählte Tabelle), die die geeignete Zeit bereitstellt, um vor der Alarmausgabe zu warten. Eine Alternative zum Messen der Feuchtigkeit der zugeführten Gase ist es, den tatsächlichen Taupunkt (Temperatur, bei der das Auftreten von Kondensat beginnt) der Gase zu überwachen, und die Differenz zwischen dem tatsächlichen Taupunkt und dem erforderlichen oder optimalen Taupunkt zu bestimmen (z. B. 37°C). Der tatsächliche Taupunkt könnte z. B. als die niedrigere der Temperatur der Befeuchtungskammer 4 und der Temperatur der Leitung 14 angenommen werden.
Wasser-aus-Alarm
In einem respiratorischen Befeuchtungssystem, das eine Befeuchtungskammer 4 enthält, ist es wichtig, dass ein gewisser minimaler Wasserpegel erhalten bleibt, damit der Befeuchter die Fähigkeit hat, der Gaszufuhr Wasserdampf zuzuführen. Dementsprechend sollten Krankenpfleger, die dem Patienten befeuchtete Gase verabreichen, gelegentlich den Wasserpegel prüfen und mehr Wasser hinzufügen, falls erforderlich. Diese Aufgabe wird manchmal übersehen.
Es besteht die Möglichkeit, die Strömungssonde 19 in einem Befeuchtungssystem zu nutzen, das automatisch bestimmt, wenn der Wasserpegel auf einen ungenügenden Pegel abfällt, und einen Alarm ausgibt. Bevorzugt werden die Temperatur der Heizplatte 9, die Temperatur der Befeuchtungskammer 4 (oder Kammerauslasstemperatur) und der Leistungsbedarf der Heizplatte 9 (der Leistungsbetrag, der gegenwärtig der Heizplatte zugeführt wird) alle überwacht und in der folgenden Gleichung benutzt, um einen Wert für die thermische Leitfähigkeit bereitzustellen:
Das Steuergerät 11 vergleicht den berechneten thermischen Leitfähigkeitswert mit einem vorbestimmten Schwellenwert (derselbst von der durch die Strömungssonde 19 bestimmten Gasströmungsrate abhängig ist), der bei verschiedenen Gasströmungsraten experimentell bestimmt werden kann. Der berechnete thermische Leitfähigkeitswert könnte z. B. alle 5 Minuten aktualisiert werden, und es könnte z. B. ein Alarm nach einer Dauer von 5 oder 10 Minuten ausgegeben werden, die abgelaufen ist, seit der berechnete thermische Leitfähigkeitswert unter den Schwellenwert abgefallen ist (alternativ könnte der Alarm sofort ausgegeben werden). Das Folgende sind experimentell bestimmte Beispiele von thermischen Leitfähigkeitswerten und bevorzugter beispielhafter Schwellenwerte bei unterschiedlichen Strömungsraten:
Strömungsrate = 10 Liter/Minute
Thermische Leitfähigkeit = 1,26 W/°C (mit ausreichend Wasser in der Kammer 4) Thermische Leitfähigkeit = 0,26 W/°C (ohne Wasser in der Kammer 4)
Vorbestimmter Schwellenwert = 0,5 W/°C
Strömungsrate = 40 Liter/Minute
Thermische Leitfähigkeit = 1,81 W/°C (mit ausreichend Wasser in der Kammer 4)
Thermische Leitfähigkeit = 0,42 W/°C (ohne Wasser in der Kammer 4)
Vorbestimmter Schwellenwert = 0,8 W/°C
Die vorbestimmten Schwellenwerte bei einer Anzahl von Strömungsraten sollten in einem dem Steuergerät 11 zugänglichen ROM gespeichert werden, sodass das Steuergerät einfach die gegenwärtige Gasströmungsrate bestimmen, der thermischen Leitfähigkeit berechnen, auf die Tabelle im ROM auf der Basis der gegenwärtigen Strömungsrate zugreifen und den zugeordneten vorbestimmten Schwellenwert auslesen würde. Wenn der berechnete Schwellenwert größer als der berechnete thermische Leitfähigkeitswert ist, dann würde das Steuergerät 11 die vorbestimmte Zeitdauer abwarten (z. B. 5 oder 10 Minuten), sodass dann der Wasserpegel aufgefüllt werden könnte, ohne Verlust von Feuchtigkeit in den Gasen, die dem Patienten zugeführt werden.
Nachführen des Kammereinstellpunkts
In einem respiratorischen Befeuchtungssystem, das einen Leitungsheizdraht enthält, werden gewöhnlich die Temperatur und Feuchtigkeit so geregelt, dass die dem Patienten zugeführten Gase mit erforderlichen Temperatur und Feuchtigkeitspegeln ankommen. In einigen Situationen liefert der Leitungsheizdraht 15 ausreichend Energie, um die Temperatur der Gase in dem Beatmungskreis anzuheben, um die gewünschte Temperatur am Patienten zu erreichen. In einigen Fällen ist die von dem Leitungsheizdraht erhältliche begrenzte Leistung (auch bei 100%igem Tastzyklus) ungenügend, um die Gastemperatur auf die für den Patienten erforderliche Gastemperatur anzuheben. Insbesondere resultiert die Unfähigkeit dieser Befeuchtungssysteme, die erforderliche Gastemperatur an dem Patientenende der Leitung 14 beizubehalten, gewöhnlich zu Kondensation oder "Ausregnen", das in der Leitung deswegen auftritt, weil die angefeuchteten Gase zuviel ihrer Wärme an die Leitungswände abgeben. Das Steuergerät enthält ein System, um das obige Problem zu minimieren oder zu lindern.
Anstatt zu versuchen, die Patientengastemperatur auf einem gewünschten Pegel zu halten, versucht dementsprechend das respiratorische Befeuchtungssystem gemäß einer bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung, einen "Temperaturgradienten" entlang der Länge der Leitung 14 einzuhalten und stellt die erforderliche Patiententemperatur (oder den "Luftweg-Einstellpunkt") entsprechend ein. Der Luftweg-Einstellpunktwert wird wie folgt berechnet: Luftwegeinstellpunkt = Kammerauslasstemperatur + Offset
Wobei der Wert des "Offset" z. B. 3°C ist und gleich dem entlang der Leitung 14 erforderlichen gewünschten Temperaturgradienten ist. Angemerkt werden sollte, dass der gewählte Wert des "Offset" von den physikalischen Eigenschaften und der Konfiguration der Leitung abhängig ist.
Z. B. wird für einen Offset von 3°C und eine Auslassgastemperatur der Befeuchtungskammer 4 von 37°C der Heizdraht 15 entsprechend erregt (z. B. durch Einstellen von dessen Tastzyklus), um die Temperatur der dem Patienten zugeführten Gase auf 40°C zu halten. Ähnlich, wenn die Kammerauslasstemperatur auf 31°C abgefallen ist, dann würde die Temperatur der dem Patienten zugeführten Gase so geregelt, dass sie mit 34°C ankommt. In beiden Fällen wird der Temperaturgradient oder die Temperaturdifferenz von +3°C entlang der Leitung gehalten, um Kondensation zu minimieren oder zu eliminieren.
Wenn sich herausstellt, dass der erforderliche Offset-Wert nicht eingehalten werden kann (d. h. der Heizdraht nicht in der Lage ist, die Temperatur der Gase in der Leitung auf den berechneten erforderlichen Wert anzuheben, der z. B. durch einen Temperatursensor nahe dem Patientenende der Leitung 14 sensiert wird), dann senkt das Steuergerät 11 die Befeuchtungskammerauslasstemperatur (z. B. durch Reduzieren des Tastzyklus der der Heizplatte 9 zugeführten Leistung), um die erforderliche Offset-Temperatur entlang der Leitung einzuhalten. Als Beispiel könnte das Steuergerät so programmiert werden, dass es mit einem Abfall der Befeuchtungskammerauslasstemperatur in 0,5°C-Schritten beginnt (auf ein Minimum von z. B. 35,5°C), wenn der Offset-Temperaturwert bei mindestens 2°C für 15 Minuten nicht eingehalten werden kann. Z. B. sollten für einen Offset-Wert von 3°C und eine anfängliche Kammerauslasstemperatur von 37°C die dem Patienten zugeführten Gase so geregelt werden, dass sie mit 40°C ankommen. Wenn jedoch die Gase am Patienten mit 38,6°C ankommen (einem tatsächlichen Offset oder einer Differenz von nur 1,6°C), dann wird das Steuergerät 1 die Befeuchtungskammerauslasstemperatur nach 15 Minuten auf 36,5°C absenken. Die obigen Berechnungen werden dann wiederholt, und wenn die Temperatur der den Patienten erreichenden Gase nicht auf 39,5°C eingehalten werden kann, dann wird das Steuergerät erneut das Absenken der Befeuchtungskammertemperatur berücksichtigen. Dieser Prozess wird wiederholt, bis eine Befeuchtungskammerauslasstemperatur erreicht ist, bei der die erforderliche Leitungs-Offset-Temperatur eingehalten werden kann. Ferner könnte das Steuergerät 11 dann versuchen, die Befeuchungskammerauslassgastemperatur derart anzuheben, dass die dem Patienten zugeführten Gase wieder auf eine erforderliche Temperatur gebracht werden, aber nur dann, wenn die unter der Einschränkung der Offset-Temperatur erreicht werden kann. Dies wäre nur möglich, wenn sich die Umgebungsumstände geändert hätten.
Somit ergeben alle oder einige der oben beschriebenen Merkmale ein respiratorisches Befeuchtungssystem, das es ermöglicht, eine Feuchtigkeits- und/oder Temperaturregelung der befeuchteten Gase zu erreichen. Der gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sensierte Gasstrom ermöglicht die Durchführung akkurater Strömungsratenmessungen, ohne dass Kondensation den Sensor beeinträchtigt. Teilweise beruht diese erhöhte Genauigkeit auch auf dem Positionierungssystem, das die korrekte Ausrichtung der Strömungs- und/oder Temperatursonde in dem Gasstrom sicherstellt. Aufgrund der Fähigkeit, die Strömungsrate mit diesem Strömungssensor akkurat zu sensieren, sind die Steuersysteme in der Lage, dem Patienten einen Gasstrom zu liefern, der auf eine erforderliche Feuchtigkeit gesteuert/geregelt ist. Der Strömungsratensensor ermöglicht auch, dass eine "automatische" Regelung erreicht wird, wodurch der Benutzer die Ausgabe des Befeuchters nicht konstant zu überwachen und Eingaben zu verändern braucht, um die gewünschten Änderungen zu erreichen, und daher braucht der Benutzer lediglich den Befeuchter über die Ausgabesituation der Patientengase zu informieren, und der Befeuchter ist in der Lage, die erforderliche Gastemperatur und Feuchtigkeit ohne weitere Benutzereingabe bereitzustellen. Der Befeuchter zeigt auch einen Gasstemperaturwert an, der für die den Patienten erreichenden Gase klinisch relevant ist. Zusätzlich umfasst die respiratorische Befeuchtung verschiedene Sicherheitsverbesserungen gegenüber dem Stand der Technik.

Claims

Sensorsondenmittel, das in eine Sensoreingangsöffnung (41) einsetzbar ist und zum Positionieren in einem befeuchteten Gasstrom ausgelegt ist, umfassend: ein Sensorgehäusemittel (32, 33), das eine Längsachse und ein Sensierende aufweist, wobei das Mittel zum Positionieren in dem Gasstrom ausgelegt ist, sodass die Längsachse im Wesentlichen orthogonal zu dem befeuchteten Gasstrom angeordnet ist, ein Sensiermittel, das in dem Sensorgehäusemittel an oder nahe dem Sensierende aufgenommen ist, und zumindest ein vorstehendes Zungenmittel (37, 38, 39, 40), das sich seitlich von dem Sensorgehäusemittel erstreckt, wobei das zumindest eine vorstehende Zungenmittel Oberflächen bereitstellt, die ermöglichen, dass Flüssigkondensat von dem Sensierende des Sensorgehäusemittels weg verteilt wird.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 1, worin das Sensorsondenmittel zwei der vorstehenden Zungenmittel aufweist.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die zwei vorstehenden Zungenmittel um das Sensorgehäusemittel herum gegenüberliegend angeordnet sind.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit einem V-förmigen Positionierungszahnmittel (46) und einer V-förmigen Vertiefung (47) in der Sensoreingangsöffnung (41), sodass jedes des zumindest einen vorstehenden Zungenmittels parallel zu dem Gasstrom ausgerichtet ist.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 1 oder 2, worin das Flüssigkondensat entlang den Schnittlinien (45) zwischen dem Sensorgehäusemittel und dem zumindest einen Zungenmittel verteilt wird, wobei entlang den Schnittlinien ein lokalisierter Bereich niedriger Oberflächenspannung vorhanden ist.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Sensorsondenmittel zwei Sensorgehäusemittel umfasst, ein Temperatursensorgehäusemittel (32) und ein Strömungsratensensorgehäusemittel (33).
Sensorsondenmittel nach Anspruch 6, worin die Sensiermittel des Temperatursensorgehäusemittels und des Strömungsratensensorgehäusemittels jeweils einen temperaturabhängigen Widerstand (34, 35) aufweisen.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 6, worin das Sensiermittel des Strömungsratensensorgehäusemittels geeignet ist, gelegentlich auf eine vorbestimmte Differenztemperatur oberhalb der Temperatur des Gasstroms erwärmt zu werden, wobei die Energie, die das Sensiermittel des Strömungsratensensorgehäusemittels zum Halten der vorbestimmten Differenztemperatur benötigt, eine Anzeige der Strömungsrate der Gase liefert.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 6, worin das Sensiermittel des Strömungsratensensorgehäusemittels an oder nahe dem Sensierende des Strömungsratensensorgehäusemittels freiliegt, während das Sensiermittel des Temperatursensorgehäusemittels an oder nahe dem Sensierende des Temperatursensorgehäusemittels verkapselt ist.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 6, worin das Positionierungszahnmittel und die Positionierungsvertiefung derart sind, dass die Temperatur- und Strömungsratensensorgehäusemittel quer zum Gasstrom mit Abstand angeordnet sind, damit die von dem Sensiermittel des Strömungsratensensorgehäusemittels erzeugte Wärme einen im Wesentlichen minimalen Effekt auf das Sensiermittel des Temperatursensorgehäusemittels hat.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 10, worin das Strömungsratensensorgehäusemittel stromab des Temepratursensorgehäusemittels angeordnet ist, damit die von dem Sensiermittel des Strömungsratensensorgehäusemittels erzeugte Wärme das Sensiermittel des Temperatursensorgehäusemittels nicht beeinflusst.
Sensorsondenmittel nach Anspruch 1 oder 2, worin der Gasstrom innerhalb einer Leitung bekannter Querschnittsfläche zumindest in dem Bereich benachbart dem Sensorsondenmittel kanalisiert ist, und mit einer Sensoreingangsöffnung versehen ist, die dazu ausgelegt ist, das Sensorsondenmittel aufzunehmen, worin die Sensoreingangsöffnung mit einer festen Positionierungsvertiefung versehen ist und das Sensorsondenmittel mit einem komplementären festen Positionierungszahn versehen ist, wobei die Positionierung der Temperatur- und Strömungsratensensorgehäusemittel relativ zu dem Gasstrom durch die Kupplung von Positionierungsvertiefung und -zahn gesteuert ist.