-
Die
Erfindung betrifft die Beatmungstechnik, insbesondere die Beheizung von
Atemgasschläuchen.
-
Bei
der maschinellen Beatmung wird der zu beatmende Patient mittels
eines Beatmungsschlauches pneumatisch mit dem Beatmungsgerät verbunden.
Der komplette Beatmungsschlauch besteht wiederum aus einem Inspirationsschlauch
und einem Exspirationsschlauch, die auf der Patientenseite mittels
eines so genannten Y-Stückes
pneumatisch miteinander verbunden sind.
-
Um
eine Austrocknung der Atemwege zu vermeiden wird das Beatmungsgas üblicherweise mittels
eines aktiven Atemgasanfeuchters angefeuchtet, der zwischen Heizungssteuerung
und Anfang des Inspirationsschlauches angeordnet ist.
-
Wenn
keine Vorkehrungen getroffen werden, kondensiert jedoch ein Teil
des im Atemgas enthaltenen Wasserdampfes im Beatmungsschlauch. Dies führt zu Wasseransammlungen
und zu einer Reduktion der effektiven Feuchte des dem Patienten
zugeführten
Atemgases.
-
Aus
diesem Grund werden nach dem Stand der Technik zumindest der Inspirationsschlauch, günstigerweise
jedoch auch der Exspirationsschlauch elektrisch beheizt. Bekannt
sind für
diese Beheizung mehrere Varianten:
- • durch je
eine sich innerhalb des Inspirations- und Exspirationsschlauches
erstreckende Heizdrahtschleife
- • durch
Umwicklung von Inspirations- und Exspirationsschlauch mittels einer
Heizdrahtwendel, wobei die Heizdrahtwendel des Inspirationsschlauches
und die Heizdrahtwendel des Exspirationsschlauches gerätefern mittels
eines elektrischen Drahtes verbunden werden,
-
Gemeinsam
ist allen Varianten, dass es immer einen vom Beatmungsgerät oder Atemgasanfeuchter
(nachfolgend mit Steuergerät
bezeichnet) in Richtung Y-Stück
hinführenden
Heizdraht und einen vom Y-Stück
zum Steuergerät
zurückführenden
Heizdraht gibt. Beide bilden zusammen mit dem Steuergerät einen
geschlossenen Stromkreis.
-
Die
Regelung der Atemgastemperatur erfolgt gemäß dem Stand der Technik mittels
eines am Ende des Beatmungsschlauches, vorzugsweise des Inspirationsschlauches oder
am Y-Stück
angeordneten Temperatursensors, der über einen Temperaturregelkreis
die Heizleistung regelt.
-
In
DE102004023385 A1 wird
eine Beatmungsschlauch-Heizung beschrieben, bei der sich der Temperatursensor
im beheizten Bereich des Beatmungsschlauches befindet.
-
WO2006/094576 A1 beschreibt
die Kopplung einer Schlauchheizung mit einer Datenleitung
-
In
DE 4102223 wird eine Schlauchheizung mit
zwei Temperatursensoren beschrieben, bei der für die Heizungsregelung jeweils
die niedrigere gemessene Temperatur eines der beiden Sensoren für die Temperaturregelung
herangezogen wird.
-
Bei
der Beatmung von Säuglingen
besteht die Besonderheit darin, dass diese in Inkubatoren oder Wärmebetten
liegen, deren Temperatur normalerweise oberhalb der Umgebungstemperatur
ist.
-
Das
führt dazu,
dass sich der Beatmungsschlauch innerhalb von zwei Temperaturzonen
erstreckt, einer kühleren
außerhalb
des Inkubators oder Wärmebettes
und einer wärmeren
innerhalb des Inkubators. Dabei muss dem innerhalb der wärmeren Temperaturzone
befindlichen Teil des Beatmungsschlauches eine geringere Heizleistung
zugeführt
werden als dem in der kühleren
Temperaturzone (außerhalb
des Inkubators) befindlichen Teil. Andernfalls würde das dem Patienten zugeführte Atemgas zu
warm werden. Hinzu kommt, dass auch der für die Temperaturregelung erforderliche
Temperatursensor unmittelbar vor dem Inkubatoreingang angeordnet werden
muss.
-
Hinzu
kommt, dass auch der für
die Temperaturregelung erforderliche Temperatursensor unmittelbar
vor dem Inkubatoreingang angeordnet werden muss. Befände er sich
innerhalb des Inkubators würde
auf Grund der hohen Inkubator-Innentemperatur der
Heizungsregelkreis ausschalten und es käme wieder zu einer Kondensation
des Wasserdampfes im Beatmungsschlauch.
-
Um
alle möglichen
Einsatzfälle
abdecken zu können,
muss die Beheizung des Beatmungsschlauches aus zwei unabhängig voneinander
bestehenden Heizstrecken bestehen, von denen sich die eine gerätenah außerhalb
des Inkubators (Erste Heizstrecke) und die andere gerätefern innerhalb
des Inkubators (Zweite Heizstrecke) befindet. Dabei kann man wegen
der gegenüber
dem Inkubator kühlen Umgebungstemperatur
davon ausgehen, dass die Erste Heizstrecke eine größere Wärmeleistung
aufbringen muss als die Zweite Heizstrecke und dass es den Fall gibt,
wo zwar die Erste Heizstrecke eingeschaltet, die Zweite Heizstrecke
jedoch ausgeschaltet ist. Dies erfordert eine von der Zweiten Heizstrecke
unabhängige
Ansteuerung der Ersten Heizstrecke.
-
Im
Falle der Variante einer innenliegenden Heizdrahtschleife müssten eine
kurze und eine lange Heizdrahtschleife vorgesehen werden, die kurze
für die
Erste Heizstrecke, die lange Heizschleife für die Erste und die Zweite
Heizstrecke zusammen. Diese Ausführung
hat den Nachteil, dass die doppelten Heizschleifen einen höheren Kontaktierungsaufwand erfordern
und dass zusätzlich
der freie Strömungsquerschnitt
im Schlauch verringert wird.
-
Im
Falle der Variante einer außen
aufgebrachten Heizwendel müsste
die Heizwendel der Ersten Heizstrecke doppelt ausgeführt sein
um nach der Ersten Heizstrecke in die Heizwendel für die Zweite
Heizstrecke übergehen
zu können.
All dies ist sehr aufwändig
und technologisch schwer beherrschbar.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Beheizungssystem für einen Beatmungsschlauch zu schaffen,
das mit lediglich einem hinführenden
und einem rückführenden
Heizdraht innerhalb jeder Heizstrecke eine unabhängige Beheizung der Ersten Heizstrecke
von der zweiten Heizstrecke gestattet.
-
Eine
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.
-
Das
Wesen der Erfindung besteht darin, dass der Hinführende Heizdraht am Ende der
Ersten Heizstrecke durch eine Erste elektrische Verbindung und am
Ende der Zweiten Heizstrecke durch eine Zweite elektrische Verbindung
mit dem Rückführenden
Heizdraht verbunden wird, wobei der Widerstand der Ersten elektrischen
Verbindung eine Diode ist.
-
Wenn
der Widerstand der Ersten elektrischen Verbindung niedrig ist, fließt der Strom
von dem Steuergerät über den
Hinführenden
Heizdraht bis zum Ende der Ersten Heizstrecke, von dort über die
Erste elektrische Verbindung und den Rückführenden Heizdraht wieder bis
zum Steuergerät
zurück. Dabei
wird lediglich die Erste Heizstrecke beheizt.
-
Ist
der Widerstand der Ersten elektrischen Verbindung jedoch hoch, fließt der Strom über den gesamten
Hinführenden
Heizdraht, die Zweite elektrische Verbindung und den Rückführenden
Heizdraht zurück,
womit der gesamte Beatmungsschlauch beheizt wird.
-
Verwendet
man eine Diode als Erste elektrische Verbindung und einen Draht
als Zweite elektrische Verbindung, so erhält man eine besonders einfache
Lösung.
Die Steuerung des Widerstandes erfolgt durch Polaritätsumschaltung
der Heizspannung, denn je nach Polarität ist die Diode leitend oder
gesperrt. Ist sie leitend, wird lediglich die Erste Heizstrecke
beheizt, da der Spannungsabfall über
der Diode so gering ist, dass durch die Zweite Heizstrecke kein nennenswerter
Strom fließt.
Wird die Heizspannung umgepolt und die Diode ist gesperrt, werden
sowohl die Erste als auch die Zweite Heizstrecke beheizt.
-
Temperatursensoren,
die ein Signal an die Heizungssteuerung liefern, sind vorzugsweise
nahe der Ersten elektrischen Verbindung und/oder nahe der Zweiten
elektrischen Verbindung zu positionieren.
-
Hinführender
Heizdraht und Rückführender Heizdraht
können
als sich innerhalb des Beatmungsschlauches erstreckende Heizdrahtschleife
oder in Form einer mit dem Schlauch verbundenen Heizdrahtwendel
ausgeführt
sein. Die Heizdrahtwendeln müssen
nicht auf der äußeren Oberfläche des
Beatmungsschlauches aufgebracht sein. Sie können ebenfalls durch Extrusion
innerhalb der Schlauchwandung eingebracht werden. In der Praxis
hat sich jedoch die außen
aufgebrachte Heizdrahtwendel durchgesetzt.
-
Es
ist auch eine gemischte Lösung
möglich, bei
der der Hinführende
Heizdraht sich innerhalb des Beatmungsschlauches erstreckt und der
Rückführende Heizdraht
als Heizdrahtwendel ausgelegt ist und umgekehrt.
-
Im
Falle der sich innen erstreckenden Heizdrahtschleife benötigt man
je eine Heizschleife und je eine Erste elektrische Verbindung für den Inspirationsschlauch
und den Exspirationsschlauch. Beide Heizschleifen werden am Eingang
elektrisch parallel geschaltet. Bei Verwendung einer Diode als Erste elektrische
Verbindung wird diese am Ende der Ersten Heizstrecke unmittelbar
zwischen beiden Drähten
angeordnet, mit beiden kontaktiert und danach mit einem wasser-
und temperaturbeständigen
Dichtungsmittel umgossen, so dass beide Drähte lediglich eine kleine kugelförmige Erweiterung
aufweisen. Da am Ende der Ersten Heizstrecke vorzugsweise im Inspirationsschlauch
Platz für
einen Ersten Temperatursensor vorzusehen ist, muss durch konstruktive Maßnahmen
vermieden werden, dass eventuell der heiße Heizdraht den Temperatursensor
berührt
und es dadurch zu einer fehlerhaften Temperaturmessung kommt. Dies
kann z. B. dadurch geschehen, dass der Heizdraht nahe dem Ort des
Temperatursensors dicker ausgeführt
wird, so dass sich der lokale Widerstand nahe dem Temperatursensor
verringert und damit auch die lokale Heizleistung an dieser Stelle
reduziert wird. Eine weitere Möglichkeit
ggf. auch in Kombination zu der Erhöhung der Heizdrahtstärke besteht
darin, die Heizdrahtschleife an der Stelle des Ersten Temperatursensors
konstruktiv mit dem Beatmungsschlauch über ein Zwischenstück so zu
verbinden, dass der hin- und rückführende Heizdraht
den maximal möglichen
Abstand zu dem einzubringenden Ersten Temperatursensor aufweist.
In dieses Zwischenstück
kann auch gleich die Erste elektrische Verbindung z. B. in Form
einer Diode mit integriert werden.
-
Ein
solches Zwischenstück
kann auch als Ring ausgeführt
werden, der eine Bohrung enthält,
in die der Erste Temperatursensor eingesteckt werden kann und der
an seiner Außenwand
senkrecht zu der Bohrung zwei Kontaktierungen aufweist, die über die Erste
elektrische Verbindung, z. B. eine Diode miteinander verbunden sind.
Der Hinführende
Heizdraht wird mit der ersten Kontaktierung und der Rückführende Heizdraht
wird mit der zweiten Kontaktierung elektrisch verbunden.
-
Es
kann aber auch durch andere konstruktive Maßnahmen dafür gesorgt werden, dass die
sich innerhalb des Schlauches erstreckende Heizdrahtschleife einen
ausreichend großen
Abstand zum Temperatursensor aufweist.
-
Die
gleichen Maßnahmen
können
auch am Ende der Zweiten Heizstrecke bezogen auf einen einzubringenden
Zweiten Temperatursensor vorgenommen werden. Im einfachsten Falle
endet jedoch die Heizdrahtschleife im Abstand von einigen Zentimetern
vor dem Zweiten Temperatursensor und die Zweite elektrische Verbindung
wird in diesem Falle durch das Stück Heizdraht. gebildet, das
in dem Übergang
von hinführenden
Heizdraht zum rückführenden
Heizdraht am Ende der Schleife besteht.
-
Im
Falle der auf dem Inspirationsschlauch und Exspirationsschlauch
aufgebrachten Heizdrahtwendeln erstrecken sich diese bis nahe zum
Ende beider Schläuche,
wobei der Hinführende
Heizdraht z. B. durch die Heizdrahtwendel des Inspirationsschlauches
und der Rückführende Heizdraht
durch die Heizdrahtwendel des Exspirationsschlauches gebildet werden.
Am Ende der Ersten Heizstrecke sowie am Ende der Zweiten Heizstrecke
erhalten beide Heizdrähte
je zwei Kontaktierungen.
-
Die
zusammengehörigen
Kontaktierungen beider Heizwendeln werden am Ende der Ersten Heizstrecke über die
Erste elektrische Verbindung und am Ende der Zweiten Heizstrecke über die
Zweite elektrische Verbindung miteinander verbunden. Im einfachsten
Falle werden die Erste elektrische Verbindung durch eine Diode und
die Zweite elektrische Verbindung durch einen einfachen Draht gebildet
und die Steuerung des Widerstandes der Ersten elektrischen Verbindung
erfolgt durch Umpolung der Heizspannung.
-
Auch
im Falle der Heizdrahtwendeln muss durch konstruktive Maßnahmen
dafür gesorgt
werden, dass keine Verfälschung
des Mess-Signals des Ersten Temperatursensors am Ende der Ersten
Heizstrecke erfolgt. Eine technologisch einfache Lösung besteht
darin, sowohl den Inspirationsschlauch als auch den Exspirationsschlauch
jeweils in zwei Teilschläuche
mit eigenen Heizdrahtwendeln aufzuteilen und diese konstruktiv über eine
Muffe miteinander zu verbinden. In dieser Muffe ist zusätzlich die
Kontaktierung untergebracht über
die beide Heizdrahtwendeln des gleichen Schlauches miteinander verbunden
werden und an die der eine Anschluss der Ersten elektrischen Verbindung
angeschlossen ist. Zusätzlich
enthält
es eine Öffnung
zur Einführung
des Ersten Temperatursensors. Die Erste elektrische Verbindung befindet
sich entweder in einer dieser Muffen oder in der Verbindungsleitung
zwischen beiden.
-
Diese
Muffe kann auch so ausgeführt
sein, dass sie Inspirationsschlauch und Exspirationsschlauch umfasst,
wobei die beiden oben beschriebenen Kontaktierungen sowie die Erste
oder Zweite elektrische Verbindung einschließlich des Temperatursensors
integriert sind.
-
Die
Drahtstärken
der Heizdrähte
für die
Erste und die Zweite Heizstrecke können unterschiedlich sein,
vorzugsweise sollten sie jedoch gleich sein. Man erreicht in letzterem
Falle, dass die spezifische Heizleistung bei Beheizung lediglich
der Ersten Heizstrecken höher
und damit die Heizzeit kürzer
ist als bei Beheizung des gesamten Beatmungsschlauches.
-
Die
Erste und die Zweite Elektrische Verbindung können mit dem Hin- und Rückführenden
Heizdraht und mit den Beatmungsschläuchen konstruktiv und elektrisch
auf vielfältige
Weise verbunden sein. Sie können
entweder in der Muffe integriert sein, sie können sich ebenfalls als fest
integrierte Einheit direkt in der Verbindungsleitung zwischen beiden
Heizschläuchen
befinden.
-
Eine
weitere Möglichkeit
besteht jedoch darin, die Erste oder Zweite Elektrische Verbindung oder
beide zusammen lösbar,
insbesondere steckbar auszuführen.
In diesem Falle enthalten Inspirationsschlauch und Exspirationsschlauch
am Ende der jeweiligen Heizstrecken jeweils einen Kontakt für den Hinführenden
und Rückführenden
Heizdraht. Die Erste und die Zweite elektrische Verbindung sind
als ein Stecker konstruktiv so gestaltet, dass sie ebenfalls zwei
Kontakte enthalten, die mit den Kontakten beider Schläuche z.
B. durch Einstecken verbunden werden. In einer besonders günstigen
Ausführung der
Erfindung enthalten diese Stecker gleichzeitig noch die dazugehörigen Temperatursensoren.
Diese Lösung
kann für
beide elektrische Verbindungen gewählt werden.
-
Der
Vorteil der Erfindung ist, dass mit lediglich zwei Anschlüssen für die Heizspannungsversorgung
sowie nur einem hinführenden
und einem rückführenden
Heizdraht trotzdem eine unabhängige
Regelung der Heizstrecken des Beatmungsschlauches möglich ist
und damit die Kondensation von Wasserdampf im Beatmungsschlauch
sicher unterbunden werden kann Die Erfindung soll nachfolgend an
Hand eines Ausführungsbeispieles
unter Verwendung einer Diode als Erste elektrische Verbindung erläutert werden.
-
1 zeigt
den Beatmungsschlauch, bestehend aus Inspirationsschlauch 5 und
Exspirationsschlauch 6, die am Y-Stück 13 pneumatisch
miteinander verbunden sind.
-
Inspirationsschlauch 5 enthält den Hinführenden
Heizdraht 1 und Exspirationsschlauch 6 den Rückführenden
Heizdraht 2 in Form von außen aufgebrachten Heizdrahtwendeln.
Beide Schläuche
sind zweigeteilt und an der gestrichelt dargestellten Muffe 12 sowohl
pneumatisch als auch elektrisch miteinander verbunden.
-
Die
Erste inspiratorische Heizstrecke 14 gehört zur Ersten
Heizstrecke 3 und die Zweite inspiratorische Heizstrecke 15 gehört zur Zweiten
Heizstrecke 4. Über
die Kontaktierung 16 sind die Erste inspiratorische Heizstrecke 14,
die Zweite inspiratorische Heizstrecke 15 sowie der erste
Anschluss der Ersten elektrischen Verbindung 10 miteinander
verbunden. Nahe der Kontaktierung 16 befindet sich im Inspirationsschlauch 5 eine Öffnung zur
Einführung
eines Ersten Temperatursensors 7. Kurz hinter dem Ende der
Zweiten inspiratorischen Heizstrecke 15 befindet sich eine Öffnung zur
Einführung
des Zweiten Temperatursensors 8.
-
Die
Erste exspiratorische Heizstrecke 17 gehört zur Ersten
Heizstrecke 3 und die Zweite exspiratorische Heizstrecke 18 gehört zur Zweiten
Heizstrecke 4. Über
die Kontaktierung 19 sind die Erste exspiratorische Heizstrecke 17,
die Zweite exspiratorische Heizstrecke 18 sowie der zweite
Anschluss der Ersten elektrischen Verbindung 10 miteinander
verbunden.
-
Die
Erste elektrische Verbindung 10 wird durch eine Diode gebildet.
Sie ist bei positiver Spannung an Anschluss 20 (bezogen
auf Anschluss 21) leitend.
-
Das
Ende der Zweiten inspiratorischen Heizstrecke 15 ist über die
Kontaktierung 22 mit der Zweiten elektrischen Verbindung 11 und
diese wiederum über
die Kontaktierung 23 mit dem Ende der Zweiten exspiratorischen
Heizstrecke 18 verbunden. Die Zweite elektrische Verbindung 11 wird
lediglich durch eine Drahtlitze gebildet.
-
Das
Steuergerät 9 verfügt über zwei
Steuereingänge
für die
Signale der Temperatursensoren 7 und 8 und zwei
Heizspannungsausgänge,
die mit den Anschlüssen 20 und 21 verbunden
sind.
-
Die
Wirkungsweise ist wie folgt:
Wenn die Temperatur am Ersten
Temperatursensor 7 niedriger als die Solltemperatur ist,
erzeugt das Steuergerät 9 eine
Heizspannung an Anschluss 20 mit positiver Polarität, die Diode
der Ersten elektrischen Verbindung 10 ist leitend und es
werden nur die Erste inspiratorische Heizstrecke 14 und
die Erste exspiratorische Heizstrecke 17 beheizt. Wegen
der Diodenspannung von lediglich 0.6 V ist die der Zweiten Heizstrecke 4 zugeführte elektrische
Leistung vernachlässigbar.
-
Wenn
die Temperatur am Ersten Temperatursensor 7 die Solltemperatur überschreitet,
erzeugt das Steuergerät 9 eine
Heizspannung an Anschluss 20 mit negativer Polarität, die Diode
sperrt und der Stromkreis schließt sich über beide inspiratorische Heizstrecken 14 und 15,
die Zweite elektrische Verbindung 11 und beide exspiratorische
Heizstrecken 17 und 18.
-
Wird
nun auch die Solltemperatur am Zweiten Temperatursensor 8 erreicht,
schaltet das Steuergerät 9 ganz
ab.
-
Die
Regelalgorithmen zur Bereitstellung der Heizspannung bezüglich Wert
und Polarität
sind dem Fachmann bekannt.
-
- 1
- Hinführender
Heizdraht
- 2
- Rückführender
Heizdraht
- 3
- Erste
Heizstrecke
- 4
- Zweite
Heizstrecke
- 5
- Inspirationsschlauch
- 6
- Exspirationsschlauch
- 7
- Erster
Temperatursensor
- 8
- Zweiter
Temperatursensor
- 9
- Steuergerät
- 10
- Erste
elektrische Verbindung
- 11
- Zweite
elektrische Verbindung
- 12
- Muffe
- 13
- Y-Stück
- 14
- Erste
inspiratorische Heizstrecke
- 15
- Zweite
inspiratorische Heizstrecke
- 16
- Kontaktierung
- 17
- Erste
exspiratorische Heizstrecke
- 18
- Zweite
exspiratorische Heizstrecke
- 19
- Kontaktierung
- 20
- Anschluss
- 21
- Anschluss
- 22
- Kontaktierung
- 23
- Kontaktierung