DE102020108199A1

DE102020108199A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Volumenstrom, Druck und Zusammensetzung eines Gases

Info

Publication number: DE102020108199A1
Application number: DE102020108199.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Manegold; Gerhard Pohlmann; Michael Thomas; Kristina Lachmann
Original assignee: AC AIRCONTROLS GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: AC AIRCONTROLS GMBH, DE; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-09-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zum Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases, das bei der Atmung/Beatmung eines Patienten (P) durch einen Strömungskanal (12) geleitet wird. In dem Strömungskanal (12) ist eine flexible Trägermembran (16) orthogonal zur Strömungsrichtung (S) des Gases angeordnet, wobei an zumindest einer Oberfläche (17) der Trägermembran (16) zumindest ein erster Sensor (18) insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens angebracht ist. Die Trägermembran (16) ist innerhalb des Strömungskanals (12) in Abhängigkeit des Volumenstroms (V) des Gases verformbar, wobei bei einer Bewegung der Trägermembran (16) und/oder Verformung des ersten Sensors zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom (V) des Gases erzeugt wird. Ein Druck des Gases wird mittels einer Druckmesseinrichtung (20) gemessen, die in dem Strömungskanal (12) insbesondere im Bereich von dessen Wandung (W) angeordnet ist. Die Zusammensetzung des Gases wird durch einen eines innerhalb des Strömungskanals (12) angeordneten zweiten Sensor (24) bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen von Volumenstrom, Druck und Zusammensetzung eines Gases bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten.
Auf dem Gebiet der Medizin ist es bei der Versorgung von Patienten mit Atemgas bzw. Atemluft in der Regel erforderlich, dass genaue Informationen zu diesem Atemgas bzw. für diese Atemluft vorliegen. Zu diesem Zweck werden Messparameter erfasst, die für ein Atemgas bzw. Atemluft, das bzw. die dem Patienten zugeführt bzw. vom Patienten eingeatmet wird oder vom Patienten ausgeatmet wird, charakteristisch sind. Zu diesen Messparametern zählen insbesondere die Menge an zugeführtem Atemgas, die sich aus dem Volumenstrom bestimmt, der Druck des zugeführten Gases sowie dessen Zusammensetzung insbesondere im Hinblick auf die darin enthaltenen Anteile z.B. von Sauerstoff und Kohlendioxid und deren Konzentration.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Volumenstromsensoren aus einem Hitzdraht-Anemometer ausgebildet sind. In bekannter Weise kommt bei der Hitzdraht-Anemometrie ein sehr dünner Draht zum Einsatz, der einen Durchmesser von nur wenigen Mikrometern aufweist und in der Regel aus Platin, Nickel, Wolfram oder unterschiedlichen Legierungen hieraus besteht. Das Messprinzip besteht darin, dass dieser dünne Draht elektrisch erhitzt wird, wobei die Wärmeabgabe dieses Drahts an die vorbeiströmende Luft zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit dient.
Aus DE 10 2010 030 324 A1 , DE 20 2017 005 964 U1 und DE 11 2013 001 902 T5 sind jeweils Beatmungsvorrichtungen bekannt, bei denen Volumenstrom- bzw. Strömungsratensensoren auf Basis eines Hitzdraht-Anemometers eingesetzt werden.
Des Weiteren ist aus DE 10 2017 124 256 A1 ein Atemgas-Erfassungssystem bekannt, bei dem unter Verwendung eines Wärmeleitfähigkeits-Sensors, der in Form eines Hitzdraht-Anemometers ausgebildet sein kann, im Atemgas die Konzentration von Kohlendioxid bestimmt wird.
Die Bereitstellung eines Hitzdraht-Anemometers insbesondere zur Bildung eines Volumenstromsensors ist per se kostspielig und mit dem weiteren Nachteil verbunden, dass in Verbindung hiermit zumeist aufwendige und schnelle Regelkreise erforderlich sind, um den Hitzdraht auf einer durchschnittlich gleichen Temperatur zu halten.
Ein anderes Messprinzip zum Bestimmen eines Volumenstroms, das im Vergleich zur Hitzdraht-Anemometrie weniger aufwendig ist, besteht nach dem Stand der Technik darin, dass ein Sensor insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens auf einer flexiblen Trägermembran angebracht ist, wobei die Trägermembran von einem Gas angeströmt wird und hierbei in einen Strömungskanal hineinragt, durch den das Gas zu einem Patienten geleitet oder von dem Patienten weggeführt wird. Die Verformung, die sich für die flexible Trägermembran mit dem darauf angebrachten Dehnungsmessstreifen bei der Anströmung durch das Gas einstellt, wird von dem Dehnungsmessstreifen in ein Signal umgewandelt, welches in der Regel einen eindeutigen funktionalen Zusammenhang zum Volumenstrom des Gases innerhalb des Strömungskanals hat. Eine Volumenstrommessung mit Hilfe solcher auf einer flexiblen Trägermembran angebrachten Dehnungsmessstreifen ist beispielsweise aus GB 2121185 A , WO 2011/067734 A1 oder aus WO 2015/169848 A1 bekannt. Gleichwohl ist aus diesen Druckschriften nicht bekannt, dass mit den hierin gezeigten Vorrichtungen, die wie erläutert mit Dehnungsmessstreifen zur Volumenstrommessung eines Gases ausgestattet sind, auch eine Analyse eines durch einen Strömungskanal geleiteten Gases in Bezug auf seine einzelnen Anteile wie beispielsweise Sauerstoff oder Kohlendioxid möglich ist.
Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, im Zusammenhang mit dem Atmen oder einer Beatmung eines Patienten in Bezug auf ein Gas, das zum oder vom Patienten strömt, die Bestimmung von charakteristischen Messparametern dieses Gases, zu denen auch die Analyse der Bestandteile des Gases gehört, mit insbesondere preiswerten und einfachen Mitteln zu optimieren.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch eine mit den Merkmalen von Anspruch 15 definierte Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren vor, mit dem sich Volumenstrom (Flow), Druck und Zusammensetzung eines Gases, das bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten durch einen Strömungskanal geleitet wird, bestimmen lassen. Die Messung des Volumenstroms des Gases erfolgt mittels einer flexiblen Trägermembran, die in dem Strömungskanal im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet ist, wobei an zumindest einer Oberfläche der Trägermembran zumindest ein erster Sensor insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens oder eines Piezoelements angebracht ist. Die flexible Trägermembran kann innerhalb des Strömungskanals in Abhängigkeit des Volumenstroms des Gases verformt werden, wobei bei einer Bewegung der Trägermembran und/oder Verformung des ersten Sensors zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom des Gases erzeugt wird. Des Weiteren ist in dem Strömungskanal insbesondere im Bereich von dessen Wandung eine Druckmesseinrichtung angeordnet, wobei mit dieser Druckmesseinrichtung ein statischer Druck für das innerhalb des Strömungskanals strömende Gas im Vergleich zur äußeren Umgebung des Strömungskanals gemessen wird. Die Zusammensetzung des Gases, insbesondere ausgewählte Gase gebildet aus der Gruppe von zumindest Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂), wird durch zumindest einen innerhalb des Strömungskanals angeordneten insbesondere katalytischen zweiten Sensor bestimmt.
In gleicher Weise sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, mit der sich Volumenstrom (Flow), Druck und Zusammensetzung eines Gases bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten bestimmen lassen. Eine solche Vorrichtung umfasst einen Strömungskanal, der an ein Beatmungsgerät anschließbar ist und durch den das Gas hindurch strömen kann, zumindest eine flexible Trägermembran, die in dem Strömungskanal im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet ist, wobei an zumindest einer Oberfläche der Trägermembran zumindest ein erster Sensor insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens oder ein Piezoelements angebracht ist, wobei die Trägermembran innerhalb des Strömungskanals in Abhängigkeit des Volumenstroms des Gases verformbar ist und bei einer Bewegung der Trägermembran und/oder Verformung des ersten Sensors zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom des Gases erzeugbar ist, eine Druckmesseinrichtung, die in dem Strömungskanal insbesondere im Bereich von dessen Wandung angeordnet ist, wobei mit dieser Druckmesseinrichtung ein statischer Druck für das innerhalb des Strömungskanals strömende Gas im Vergleich zur äußeren Umgebung des Strömungskanals messbar ist, und zumindest einen innerhalb des Strömungskanals angeordneten insbesondere katalytischen zweiten Sensor, mit dem eine Zusammensetzung des Gases, insbesondere ausgewählte Gase gebildet aus der Gruppe von zumindest Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂), bestimmbar sind.
Zweckmäßigerweise kann bei der vorliegenden Erfindung der erste Sensor, welcher an zumindest einer Oberfläche der flexiblen Trägermembran angebracht ist, in Form eines Dehnungsmessstreifens (kurz: „DMS“) ausgebildet sein. In der Regel führt eine Bewegung bzw. Auslenkung der flexiblen Trägermembran beim Anströmen mit dem durch den Strömungskanal geleiteten Gases zu einer Verformung des DMS, was dann ein elektrisches Signal erzeugt, welches abhängig von dem durch den Strömungskanal geleiteten Volumenstrom, beispielsweise proportional hierzu, ist.
Um eine bidirektionale Messung des Volumenstroms mit der flexiblen Trägermembran zu optimieren, ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass erste Sensoren auf beiden Seiten der Trägermembran, d.h. auf entgegengesetzten Oberflächen davon, angebracht sind. Gleichwohl darf an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass eine bidirektionale Messung des Volumenstroms bereits dann möglich ist, wenn nur an bzw. auf einer Oberfläche der flexiblen Trägermembran, d.h. nur an einer Seite davon, ein erster Sensor beispielsweise in Form eines DMS vorgesehen ist.
Ein erster Sensor in Form eines DMS kann entweder von außen auf einer Oberfläche der flexiblen Trägermembran befestigt werden, beispielsweise durch Kleben. Ergänzend oder alternativ hierzu ist es auch möglich, einen DMS strukturell in das Material der flexiblen Trägermembran einzuarbeiten.
Alternativ zu einem DMS kann ein erster Sensor auch in Form eines Piezoelements ausgebildet sein. Hierbei wird der Piezoeffekt ausgenutzt. Dies bedeutet, dass bei einer Bewegung bzw. Verformung der flexiblen Trägermembran im Falle der Anströmung mit einem durch den Strömungskanal geleiteten Gas auf ein an bzw. auf der Trägermembran angebrachtes Piezoelement eine mechanische Kraft einwirkt, die wiederum eine elektrische Spannung produziert, die zu einem Signal umgewandelt wird, welches abhängig oder proportional zum Volumenstrom des Gases innerhalb der Strömungskanals ist.
Die Messung des Volumenstroms für ein durch den Strömungskanal geleitetes Gas durch zumindest einen ersten Sensor ist im Vergleich zur Messtechnik basierend auf der Hitzdraht-Anemometrie wesentlich einfacher und kostengünstiger insoweit, als dass dieser erste Sensor vorzugsweise in Form eines DMS auf der Oberfläche einer flexiblen Trägermembran angebracht ist und sich bei einer Verformung des ersten Sensors, die sich beim Anströmen der Trägermembran durch das Gas und einer hieraus resultierenden Auslenkung der Trägermembran einstellt, ein elektrisches Signal bildet, welches abhängig oder proportional zum Volumenstrom des Gas ist.
Wie bereits erläutert, kann es sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung empfehlen, dass erste Sensoren, beispielsweise in Form eines DMS oder eines Piezoelements, auf den entgegengesetzten Oberflächen der flexiblen Trägermembran angebracht sind. Dies ermöglicht für ein in dem Strömungskanal geleiteten Gas eine Messung von dessen Volumenstrom in beiden Richtungen.
Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass es hiermit in robuster und zuverlässiger Weise möglich ist, mehrere Messparameter für ein Gas, das entweder zum Patienten geleitet wird oder vom Patienten ausgeatmet worden ist und von ihm wegströmt, gleichzeitig zu messen bzw. zu bestimmen. Zu diesen Parametern gehören neben dem Volumenstrom (= „Flow“), der wie erläutert mit Hilfe eines auf einer flexiblen Trägermembran angebrachten ersten Sensors und vorzugsweise mit einem DMS ermittelt wird, und dem Druck des Gases insbesondere auch die Bestandteile des Gases, beispielsweise die Anteile von Sauerstoff und/oder Kohlendioxid, die in dem durch den Strömungskanal geleiteten Gas enthalten sind und mittels des zweiten Sensors bestimmbar sind.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein kompaktes und preiswertes Kombi-Gerät vorzugsweise in Form eines Einmal-Artikels geschaffen, mit dem die vorstehend genannten Messparameter für ein vom oder zum Patienten strömendes Gas in einfacher und robuster Weise bestimmt werden können.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bestimmen der besagten Messparameter des durch den Strömungskanal geleiteten Gases (d.h. Volumenstrom (Flow), Druck und Zusammensetzung eines Gases) für den Anteil des Gases erfolgt, der durch den Strömungskanal in Richtung des Patienten strömt und entsprechend vom Patienten eingeatmet wird oder aktiv in die Lunge des Patienten strömt. In diesem Zusammenhang kann das Gas, welches in Richtung des Patienten geleitet wird, als „frisches Gas“ bezeichnet werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bestimmen von Volumenstrom (Flow), Druck und Zusammensetzung eines Gases für den Anteil des Gases erfolgt, der durch den Strömungskanal weg vom Patienten strömt und entsprechend vom Patienten ausgeatmet worden ist.
In diesem Zusammenhang kann das Gas, welches vom Patienten ausgeatmet worden ist und von ihm weg strömt, als „Patientengas“ bezeichnet werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist für das Verfahren bzw. die Vorrichtung eine Auswerteeinheit vorgesehen. Somit ist es möglich, dass die Messwerte eines auf der flexiblen Trägermembran angebrachten ersten Sensors, der Druckmesseinrichtung und des zweiten Sensors an diese Auswerteeinheit übertragen werden. Eine solche Übertragung der Messwerte an die Auswerteeinheit kann kabelgebunden erfolgen, wodurch eine Verfälschung dieser Messwerte durch ggf. andere (Stör-)Signale ausgeschlossen ist.
Für eine Weiterverarbeitung bzw. weitere Verwendung der Messwerte, die von der Auswerteeinheit von dem ersten Sensor, der Druckmesseinrichtung und dem zweiten Sensor empfangen worden sind, ist von Vorteil, wenn diese Messwerte digitalisiert werden. Hierzu kann die Auswerteeinheit mit geeigneten Mitteln ausgestattet sein, die programmtechnisch derart eingerichtet sind, dass die Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung digitalisierbar sind und vorzugsweise auch in der Auswerteeinheit gespeichert werden können.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist eine Sendeeinheit vorgesehen, die mit der Auswerteeinheit in Signalverbindung steht, vorzugsweise ebenfalls kabelgebunden. Somit können die von der Auswerteeinheit empfangenen Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung an die Sendeeinheit übertragen werden, zwecks einer anschließenden Übertragung dieser Messwerte durch die Sendeeinheit an eine externe weitere Einrichtung.
Von Vorteil ist, wenn die Auswerteeinheit und die Sendeeinheit in einer gemeinsamen Einrichtung integriert ausgebildet sind. Dies ist einerseits platzsparend und ermöglicht andererseits kurze Kabel- bzw. Datenverbindungen zwischen den einzelnen elektronischen Bauelementen dieser Einheiten.
Die Datenübertragung der Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung von der Sendeeinheit an eine externe Einrichtung kann kabellos über eine Funkstrecke oder dergleichen erfolgen. Beispielsweise eignet sich für diese kabellose Datenübertragung das Bluetooth-Kommunikationsprotokoll oder das ZigBee-Kommunikationsprotokoll.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann es sich bei der externen Einrichtung, an welche die Messdaten von der Sendeeinheit gesendet werden, um eine Regel- oder Steuereinrichtung für die Patienten- Beatmung handeln. Anders ausgedrückt, kann eine solche Regel- oder Steuereinrichtung Teil eines Beatmungsgeräts sein, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird und/oder mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zusammen eingesetzt wird. Auf Grundlage dessen können dann die Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung von der Regel- oder Steuereinrichtung des Beatmungsgeräts geeignet verarbeitet und für die Steuerung bzw. Regelung der Beatmung eines Patienten berücksichtigt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können der Volumenstrom (Flow), der Druck und die Zusammensetzung des Gases, welches in einen zum Patienten führenden Strömungskanal geleitet wird, mittels einer Regel- oder Steuereinrichtung eines Beatmungsgeräts in Abhängigkeit der Messwerte des auf der flexiblen Trägermembran angebrachten ersten Sensors, der Druckmesseinrichtung und des insbesondere katalytischen zweiten Sensors gesteuert, vorzugsweise geregelt werden. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine Unterstützung bzw. Steuerung/Regelung der Atmung des Patienten mittels des Beatmungsgeräts tatsächlich nur mit hierzu erforderlichen Parametern erfolgt, die mit vorbestimmten Werten übereinstimmen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Anzeigeeinheit (Display) vorgesehen sein, die mit der Regel- oder Steuereinrichtung in Signalverbindung steht. Mit Hilfe dieser Anzeigeeinheit können sowohl die Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung, die von der Sendeeinheit übertragen worden sind, als auch die Steuergrößen der Regel- oder Steuereinrichtung, mit denen die Beatmung eines Patienten unterstützt bzw. gesteuert/geregelt wird, geeignet visualisiert werden.
Bei Anwendung bzw. Durchführung der vorliegenden Erfindung wird der Volumenstrom für ein durch den Strömungskanal geleitete Gas wie erläutert durch einen ersten Sensor ermittelt, der an zumindest einer Oberfläche einer flexiblen und im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung angeordneten Trägermembran bestimmt. Hierbei ist es anzustreben, dass die flexible Trägermembran von dem Gas gleichmäßig und frei von Turbulenzen angeströmt wird. Zu diesem Zweck ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Strömung des Gases innerhalb der Strömungskanals angrenzend oder in der Nähe zur Trägermembran laminarisiert bzw. vergleichmäßigt wird. Eine hierzu eingesetzte Laminarisierungseinrichtung kann in Richtung des Patienten gesehen stromaufwärts und/oder stromabwärts der Trägermembran angeordnet sein. Dies bedeutet, dass eine solche Laminarisierungseinrichtung entweder nur auf einer Seite der Trägermembran, beispielsweise in Richtung des Patienten gesehen stromaufwärts von der Trägermembran (nämlich für das vorstehend erläuterte „frische Gas“) angeordnet ist, oder dass solche Laminarisierungseinrichtungen beiderseits der Trägermembran angeordnet sind. Letzterenfalls ist sichergestellt, dass damit auch das Patientengas, welches aus Richtung des Patienten zur Trägermembran hin strömt, vor Erreichen der Trägermembran gezielt laminarisiert wird.
Zum Schutz des Patienten davor, dass in dem ihm zugeführten „frischen Gas“ Verunreinigungen und/oder Keime bzw. Bakterien enthalten sind, kann nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass für das in den Strömungskanal eingebrachte bzw. einströmende frische Gas ein Partikel- und/oder Bakterienfilter vorgesehen ist. Mit diesem Filter wird erreicht, dass das in Richtung des Patienten strömende „frische Gas“ wirkungsvoll in Bezug auf Partikel und/oder Bakterien bzw. Keime gefiltert wird.
In gleicher Weise kann nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass in dem Strömungskanal ein Partikel- und/oder Bakterienfilter für das Patientengas angeordnet ist. Hiermit wird erreicht, dass das Patientengas, welches von dem Patienten ausgeatmet worden ist und von ihm wegströmt, wirkungsvoll in Bezug auf Verunreinigungen und/oder Keime bzw. Bakterien gefiltert wird, so dass diese nicht weiter in dem Strömungskanal transportiert werden und ggf. bis zu einem mit dem Strömungskanal verbundenen Beatmungsgerät gelangen.
An dieser Stelle wird in Bezug auf den vorstehend genannten Partikel- und/oder Bakterienfilter gesondert darauf hingewiesen, dass sich damit wirkungsvoll jegliche störende Partikel aus dem Gas herausfiltern lassen, und somit auch Viruspartikel (auch „Virionen“ genannt). Dies bedeutet, dass mit Hilfe eines Partikel- und/oder Bakterienfilters auch Viren bzw. „Virionen“ aus dem Gas herausgefiltert werden können, nämlich sowohl bei dem in Richtung des Patienten strömenden „frischen Gas“ als auch bei dem vom Patienten ausgeatmeten Patientengas. Damit ist gewährleistet, dass Viren weder vom Patienten aufgenommen noch in die Umgebung bzw. an das Beatmungsgerät abgegeben werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, dass der Volumenstrom, der durch den Strömungskanal geleitet und bestimmt worden ist, in ein Gesamtvolumen des Gases umgerechnet wird. Dies ist sowohl für das „frische Gas“, welches in Richtung des Patienten geleitet wird, als auch für das „Patientengas“, welches vom Patienten ausgeatmet worden ist, möglich.
Auf Grundlage dessen, dass wie vorstehend erläutert ein Gesamtvolumen des durch den Strömungskanal geleiteten Gases bestimmt wird, ist es weiterhin möglich, für einen in Verbindung mit der Erfindung eingesetzten Partikel- und/oder Bakterienfilter eine verbleibende Standzeit zu bestimmen. Nach Erreichen dieser Standzeit kann dann ein rechtzeitiger Austausch entweder dieses Filters oder der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung mitsamt diesem Filter vorgenommen werden, um eine Kontamination des Patienten und/ oder des Beatmungsgeräts zu vermeiden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Laminarisierungseinrichtung und ein Partikel- und/oder Bakterienfilter zu einer integrierten Einheit zusammengefasst sind. Dies führt zu dem Vorteil eines geringen Platzbedarfs innerhalb des Strömungskanals an der Stelle, wo sowohl eine Laminarisierung der Gasströmung als auch eine Filterung gewünscht ist. Die Anordnung einer solchen integrierten Einheit bestehend aus Laminarisierungseinrichtung und Partikel- und/oder Bakterienfilter kann gezielt entweder auf nur einer Seite der Trägermembran, oder aber beiderseits der Trägermembran vorgenommen werden.
In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der durch den Strömungskanal geleitete Volumenstrom (Flow) auf Basis einer abgeleiteten Größe zu mindestens einem Volumenwert umgerechnet wird. Bei diesem Volumenwert kann es sich um ein Tidal-Volumen (V_T) und/oder ein Minuten-Volumen (V_M) handeln.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Batterie- oder Akkumulatoreinheit, die mit den elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen der Vorrichtung zur Versorgung mit Energie elektrisch verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist hierbei die Kapazität dieser Batterie- oder Akkumulatoreinheit derart groß gewählt, dass eine Energieversorgung für die mit der Batterie- oder Akkumulatoreinheit verbundenen elektrischen oder elektronischen Bauelemente der Vorrichtung für eine Dauer von zumindest 24 Stunden, vorzugsweise von zumindest 36 Stunden, weiter vorzugsweise von zumindest 48 Stunden gewährleistet ist.
Falls die erfindungsgemäße Vorrichtung als Einmalartikel ausgebildet ist, kann hierbei vorgesehen sein, dass die Batterie- oder Akkumulatoreinheit aus einem Gehäuse der Vorrichtung entfernbar ist. Dies verfolgt den Ansatz, dass im Zuge einer Entsorgung der Vorrichtung dann die Batterie- oder Akkumulatoreinheit aus Umweltschutzgründen entweder getrennt von der Vorrichtung entsorgt wird, oder dass - im Falle einer reinen Akkumulatoreinheit - diese nach einem geeigneten Aufladevorgang für eine neue Vorrichtung ggf. nochmals zum Einsatz kommt.
Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand einer schematisch vereinfachten Zeichnung im Detail beschrieben. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer prinzipiellen Schnittansicht gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer prinzipiellen Schnittansicht gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 eine Längsschnittansicht durch einen Strömungskanal der Vorrichtung von 1,
4 eine Längsschnittansicht durch einen Strömungskanal der Vorrichtung von 2,
5 eine Frontalansicht auf eine flexible Trägermembran gemäß der Ausführungsform von 1,
6 eine Frontalansicht auf eine flexible Trägermembran gemäß der Ausführungsform von 2,
7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer prinzipiellen Schnittansicht gemäß einer dritten Ausführungsform,
8 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer prinzipiellen Schnittansicht gemäß einer vierten Ausführungsform,
9 eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer flexiblen Trägermembran der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
10 eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer flexiblen Trägermembran der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf die 1-10 werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 und eines entsprechenden Verfahrens dargestellt und erläutert, mit der bzw. dem ein Patient durch einen Strömungskanal atmet oder beatmet wird. Gleiche Merkmale in der Zeichnung sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. An dieser Stelle wird gesondert darauf hingewiesen, dass die Zeichnung lediglich vereinfacht und insbesondere ohne Maßstab dargestellt ist.
Bei einer ersten Ausführungsform gemäß 1 umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 einen Strömungskanal 12, der von einem Beatmungsgerät 14 zu einem Patienten P führt.
Innerhalb des Strömungskanals 12 ist an dessen Innenumfangsfläche 13 eine flexible Trägermembran 16 angebracht. Durch die beiden Pfeile, die in 1 am unteren Ende der Trägermembran 16 gezeigt sind, wird symbolisiert, dass an dieser Stelle die Trägermembran 16 nicht mit der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 verbunden ist und insoweit mit ihrem dadurch gebildeten freien Ende innerhalb des Strömungskanals 12 hin- und her beweglich ist.
An den beiden einander entgegengesetzten Oberflächen 17 der Trägermembran 16 sind jeweils erste Sensoren 18 in Form von Dehnungsmessstreifen (kurz: „DMS“) angebracht. In der 1 sind diese DMS jeweils vereinfacht lediglich durch gestrichelte Linien symbolisiert.
5 zeigt eine Frontalansicht auf eine flexible Trägermembran 16 gemäß der Ausführungsform von 1, nämlich aus Richtung einer Strömungsrichtung S. Hieraus ist ersichtlich, dass auf einer Oberfläche 17 der Trägermembran 16 mehrere DMS angeordnet sind, die hier in einer vereinfachten Darstellung jeweils durch punktierte Linien symbolisiert sind.
Des Weiteren ist aus der Darstellung von 5 ersichtlich, dass ein unteres freies Ende der Trägermembran 12 keinen Kontakt zu der daran angrenzenden Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 hat. Hierdurch ist die vorstehend genannte Hin- und Herbeweglichkeit des unteren freien Endes der flexiblen Trägermembran 16 gewährleistet, falls die Trägermembran 12 von dem durch den Strömungskanal 12 geleiteten Gas angeströmt wird.
Die Trägermembran 16 ist zusätzlich in der 9 in einer prinzipiell vereinfachten Seitenansicht gezeigt. Hieraus ist ersichtlich, dass ein Querschnitt der Trägermembran 16 im Wesentlichen konstant ist, wobei erste Sensoren bzw. DMS 18 an den beiden entgegengesetzten Oberflächen der Trägermembran 16 angebracht sind, hier stark vereinfacht jeweils durch gestrichelte Linien symbolisiert.
Zur Beatmung des Patienten P wird ein Gas durch den Strömungskanal 12 hindurch geleitet. Mit den Pfeilen „S“ sind in der Darstellung von 1 die beiden möglichen Strömungsrichtungen symbolisiert - hieraus ist ersichtlich, dass ein Gas durch den Strömungskanal 12 sowohl in Richtung des Patienten P (in 1 von links nach rechts) als auch, nach einem Ausatmen des Patienten, weg vom Patienten P (in 1 von rechts nach links) strömen kann.
Die Anbringung der Trägermembran 16 an der Innenumfangsfläche 13 der Strömungskanals 12 ist dergestalt, dass die Trägermembran 16 in dem Strömungskanal 12 im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung S des Gases angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass sich die Trägermembran 16 für eine bidirektionale Messung des Volumenstroms V einsetzen lässt, was nachfolgend noch gesondert erläutert ist.
Die flexible Trägermembran 16 mit den daran angebrachten DMS 18 dient dazu, den Volumenstrom V des Gases innerhalb des Strömungskanals 12 zu bestimmen. Entsprechend ist in der Darstellung von 1, rechts von der Trägermembran 16, das Symbol V in einem Kreis symbolisiert. Einzelheiten hierzu sind nachfolgend noch gesondert erläutert.
Der Strömungskanal 12 der Vorrichtung 10 kann an ein (nicht gezeigtes) Y-Verbindungsstück angeschlossen sein, welches zum Patienten P führt. Unter Berücksichtigung dieses Y-Verbindungsstücks kann mit dem auf der flexiblen Trägermembran 16 angebrachten ersten Sensor 18 (bzw. den beiden DMS 18) sowohl der inspiratorische Fluss eines „frischen Gases“, welches durch den Strömungskanal 12 in Richtung des Patienten geleitet und dann vom Patienten eingeatmet wird, als auch der exspiratorische Fluss eines Patientengases, welches von dem Patienten ausgeatmet worden ist, bestimmt werden. Entsprechend ist mit der Trägermembran 16 und den darauf aufgebrachten DMS 18 eine bidirektionale Messung des Volumenstroms V möglich, nämlich sowohl für das „frische Gas“ FG, welches in Richtung des Patienten P strömt, als auch für das Patientengas PG, welches von dem Patienten ausgeatmet worden ist und von ihm wegströmt.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Druckmesseinrichtung 20, mit der ein statischer Druck p für das Gas bestimmt bzw. gemessen wird, welches innerhalb des Strömungskanals 12 strömt.
Die Druckmesseinrichtung 20 kann in oder an einer Wandung W des Strömungskanals 12 angeordnet sein.
Die Messung des statischen Drucks p innerhalb des Strömungskanals 12 kann dadurch erfolgen, dass die Druckmesseinrichtung 20 mit einem Dehnungsmessstreifen („DMS“) 21 ausgestattet ist. Für diesen Fall wird der statische Druck p innerhalb des Strömungskanals 12 im Vergleich zu dem außerhalb des Strömungskanals 12 herrschenden Umgebungsdruck auf Grundlage der Verformung des DMS 21 bestimmt.
Ergänzend oder alternativ hierzu kann die Druckmesseinrichtung 20 auch mit einem Piezoelement 22 ausgestattet sein. Für diesen Fall erfolgt dann die Messung des statischen Drucks p, der innerhalb des Strömungskanals 12 herrscht, in bekannter Weise unter Berücksichtigung einer mechanischen Kraft, die insbesondere aus Richtung des Strömungskanals 12 auf das Piezoelement 22 einwirkt.
Die symbolisch vereinfachte Darstellung von 1 verdeutlicht, dass bei der Anbringung der Druckmesseinrichtung 20 an dem Strömungskanal 12 der DMS 21 bzw. das Piezoelement 22 in einem Teil der Wandung W des Strömungskanals 12 bzw. fluchtend hierzu verlaufen kann.
Die Vorrichtung 10 umfasst des Weiteren einen zweiten Sensor 24, mit dem sich eine Zusammensetzung des durch den Strömungskanal geleiteten Gases bestimmen lässt. Mit einer solchen Analyse des Gases können insbesondere die Anteile von Sauerstoff O₂ und/oder Kohlendioxid CO₂ oder ggf. von anderen Gasen bestimmt werden, die in dem Gas enthalten sein können.
Der zweite Sensor 24 kann in Form einer katalytischen Folie ausgebildet sein, die als solche zum Stand der Technik zählt und deshalb an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung bedarf.
Ergänzend oder alternativ kann der zweite Sensor 24 auf dem Ultraschall-Messprinzip basieren. Entsprechend wird mit einem Ultraschallsensor innerhalb des Gasstroms die Zusammensetzung und die Konzentration von einzelnen Gasanteilen bestimmt.
Ungeachtet seines Messprinzips erfüllt der zweite Sensor 24 bei Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 die Funktion eines Gasanalysators, mit dem wie erläutert verschiedene Gasanteile und deren Konzentrationen, die in dem durch den Strömungskanal geleiteten Gases enthalten sind, gemessen werden können.
Die in 1 gezeigte Anordnung bzw. Positionierung des zweiten Sensors 24 innerhalb des Strömungskanals 12 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Sensor 24 in einem parallel zum Strömungskanal 12 verlaufenden Nebenkanal (nicht gezeigt) angeordnet ist, der von dem Strömungskanal abzweigt bzw. darin mündet. Eine Messung der Gasbestandteile und deren Konzentration mit einem in diesem alternativen Nebenkanal angeordneten zweiten Sensor 24 ist mit der gleichen Zuverlässigkeit möglich wie bei der in 1 gezeigten Anordnung in Bezug auf den zweiten Sensor 24.
Hinsichtlich des zweiten Sensors 24 wird ferner darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung 10 auch mehrere solcher Sensoren 24 aufweisen kann, die beispielsweise an verschiedenen Stellen entlang des Strömungskanals 12 vorgesehen sind. Diese Mehrzahl von zweiten Sensoren 24 kann entweder auf dem gleichen Messprinzip beruhen oder nach jeweils verschiedenartigen Messprinzipien arbeiten, beispielsweise nach Art einer katalytischen Folie oder nach dem Ultraschall-Messprinzip wie vorstehend erläutert.
Die Vorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit 26, die dazu vorgesehen ist, die Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 zu empfangen. Zu diesem Zweck kann die Auswerteeinheit 26 kabelgebunden mit dem ersten Sensor 18, der Druckmesseinrichtung 20 und dem zweiten Sensor 24 in Signalverbindung stehen. Anders ausgedrückt, führt von dem ersten Sensor 18, der Druckmesseinrichtung 20 und dem zweiten Sensor 24 jeweils ein Signalkabel zur Auswerteeinheit 26, um dadurch die einzelnen Messwerte an die Auswerteeinheit 26 zu übertragen.
Die Auswerteeinheit 26 kann einen (nicht gezeigten) Speicher aufweisen. Entsprechend können damit die Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 in dem Speicher der Auswerteeinheit 26 gespeichert bzw. abgelegt werden.
Für die weitere Verarbeitung der Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 ist es von Vorteil, wenn diese Messwerte in digitalisierter Form vorliegen. Entsprechend kann die Auswerteeinheit 26 programmtechnisch derart eingerichtet sein, dass die Messwerte, die von dem ersten Sensor 18, der Druckmesseinrichtung 20 und dem zweiten Sensor 24 empfangen worden sind, im Anschluss an diesen Empfang geeignet digitalisiert werden. Diesbezüglich versteht sich, dass diese digitalisierten Messwerte dann ebenfalls in dem Speicher der Auswerteeinheit 26 gespeichert werden können.
Die Vorrichtung 10 umfasst auch eine Sendeeinheit 28, die in gleicher Weise wie die Auswerteeinheit 26 an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung angebracht sein kann. Diese Sendeeinheit 28 steht mit der Auswerteeinheit 26 in Signalverbindung, vorzugsweise kabelgebunden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Sendeeinheit 28 direkt mit dem ersten Sensor 18, der Druckmesseinrichtung 20 und dem zweiten Sensor 24 in Signalverbindung steht, ebenfalls vorzugsweise kabelgebunden. Jedenfalls ist die Sendeeinheit 28 dazu vorgesehen und ausgebildet, die Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 oder die von der Auswerteeinheit 26 empfangenen entsprechenden Daten an eine externe Einrichtung vorzugsweise kabellos über eine Funkstrecke F oder dergleichen zu senden. Bei der externen Einrichtung kann es sich um eine Regel- oder Steuereinrichtung eines Beatmungsgeräts handeln, was nachstehend noch gesondert erläutert ist.
Die Sendeeinheit 28 und die Auswerteeinheit 26 können zweckmäßigerweise in einer gemeinsamen Einrichtung integriert ausgebildet sein. Somit bilden diese beiden Einheiten dann für die erfindungsgemäße Vorrichtung ein gemeinsames Bauelement, mit dem sowohl ein Empfang der Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24, ggf. eine Digitalisierung dieser Messwerte, und ein anschließendes Versenden bzw. Übertragen dieser Messwerte an eine externe weitere Einrichtung möglich ist.
Die Vorrichtung 10 ist mit einer Batterie- oder Akkumulatoreinheit 29 ausgestattet, an welche die einzelnen elektrischen oder elektronischen Bauelemente der Vorrichtung 10 angeschlossen sind. Entsprechend werden diese Bauelemente, nämlich der erste Sensor (bzw. DMS) 18, die Druckmesseinrichtung 20, der zweite Sensor 24, die Auswerteeinheit 26 und die Sendeeinheit 28 von der Batterie- oder Akkumulatoreinheit 34 geeignet mit Energie versorgt.
Der Strömungskanal 12 der Vorrichtung 10 kann mit einem Beatmungsgerät 14 verbunden bzw. daran angeschlossen sein.
Das Beatmungsgerät 14 weist eine Regel- oder Steuereinrichtung 15 auf. Mit Hilfe dieser Regel- oder Steuereinrichtung 15 kann ein Atemgas, welches dem Patienten durch den Strömungskanal 12 der Vorrichtung 10 zugeführt wird, in Bezug auf die Parameter Volumenstrom V, Druck und/oder Zusammensetzung des Gases auf vorbestimmte Werte eingestellt werden, vorzugsweise nach Art einer Steuerung oder Regelung.
Das Beatmungsgerät 14 umfasst eine Batterie- oder Akkumulatoreinheit 34. Mit Hilfe dieser Batterie- oder Akkumulatoreinheit 34 kann das Beatmungsgerät 14 bei Bedarf auch ohne Netzspannung betrieben werden, beispielsweise wenn es zum Ausfall der Netzspannung kommen sollte. Insoweit ist dank der Batterie- oder Akkumulatoreinheit 34 ein „Notfallbetrieb“ für das Beatmungsgerät 14 für zumindest einige Stunden oder gar Tage sichergestellt.
Bei der externen Einrichtung, an welche die Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 von der Sendeeinheit 28 der Vorrichtung 10 vorzugsweise über eine Funkstrecke übertragen werden, kann es sich um die Regel- oder Steuereinrichtung 15 des Beatmungsgeräts 14 handeln. In der Darstellung von 1 ist diese Funkstrecke mit „F“ bezeichnet und durch einzelne Funkwellen symbolisiert. Wie vorstehend bereits in anderer Stelle erläutert, kann diese Funkstrecke F auf dem Bluetooth-Kommunikationsprotokoll oder auf dem ZigBee-Kommunikationsprotokoll basieren.
Das Beatmungsgerät 14 ist mit einer Anzeigeeinheit D ausgerüstet. Auf dem Display dieser Anzeigeeinheit D können die einzelnen Messwerte der Vorrichtung 10, die über die Funkstrecke F von der Regel- oder Steuereinrichtung 15 empfangen worden sind, und/oder die jeweiligen Parameter, die für das in den Strömungskanal 12 eingeleitete Gas gewählt werden, visualisiert werden.
Die Erfindung und das zugehörige Verfahren funktionieren nun wie folgt:

Von dem Beatmungsgerät 14 wird ein inspiratorisches Gas, nachfolgend auch als „frisches Gas“ FG bezeichnet, mit einem vorbestimmten Volumenstrom V, einem vorbestimmten Druck p und einer vorbestimmten Gas-Zusammensetzung in den Strömungskanal 12 eingebracht und in Richtung des Patienten P geleitet.

Beim Anströmen der flexiblen Trägermembran 16 durch das frische Gas FG kommt es zu einer Auslenkung der Trägermembran 12, die in der Längsschnittansicht von 3 nach rechts gerichtet und durch die doppelt-strichpunktierte Linie 16' symbolisiert ist. In Folge dieser Auslenkung kommt es zu einer Verformung der DMS 18, die auf den Oberflächen 17 der Trägermembran 16 angebracht sind. Entsprechend ändert sich der elektrische Widerstand der DMS 18, wobei die entsprechenden elektrischen Signale an die Auswerteeinheit 26 gesendet werden. Die Größe dieser elektrischen Signale bzw. das Maß der Änderung des elektrischen Widerstands der DMS 18 ist abhängig von der Auslenkung der flexiblen Trägermembran 16, beispielsweise proportional hierzu, und stellt somit eine Kenngröße für den Volumenstrom V dar, mit dem das frische Gas FG durch den Strömungskanal 12 geleitet wird und dabei wie erläutert die flexible Trägermembran 16 anströmt.
Mittels der flexiblen Trägermembran 16 kann auch der Volumenstrom V des Patientengases PG gemessen werden, welches von dem Patienten P ausgeatmet worden ist. Beim Anströmen der flexiblen Trägermembran 16 durch das Patientengas PG wird die Trägermembran 16 nun in die Gegenrichtung ausgelenkt, die in der Längsschnittansicht von 3 nach links gerichtet und durch die doppelt-strichpunktierte Linie 16" symbolisiert ist. In gleicher Weise wie zuvor bei der Auslenkung durch das frische Gas FG wird nun bei der durch das Patientengas PG bewirkten Auslenkung 16" der Trägermembran 16 nach links der elektrische Widerstand der beiden DMS 18, die auf den Oberflächen 17 der Trägermembran 16 angebracht sind, geändert. In Folge dessen werden von den DMS 18 elektrische Signale erzeugt und an die Auswerteeinheit 26 gesendet. Diese elektrischen Signale stellen eine Kenngröße für den Volumenstrom V dar, mit dem nun der Strömungskanal 12 von dem Patientengas PG durchströmt wird.
Die wahlweise Messung des Volumenstroms V entweder für das frische Gas FG oder für das Patientengas wird in der Darstellung von 1 auch durch einen Doppelpfeil symbolisiert, der im mittigen Bereich der Trägermembran 16 horizontal verläuft.
Für die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 und des entsprechenden Verfahrens ist von Bedeutung, dass gleichzeitig zu der Messung des Volumenstroms V, die wie vorstehend erläutert entweder für das frische Gas FG oder für das Patientengas PG durchgeführt wird, mit Hilfe der Druckmesseinrichtung 20 auch der statische Druck p ermittelt, der für das durch den Strömungskanal 12 geleitete Gas (d.h. das frische Gas FG oder das Patientengas PG) innerhalb des Strömungskanals 12 vorliegt. Ebenfalls gleichzeitig werden mit Hilfe des zweiten Sensors 24 die einzelnen Anteile des jeweiligen Gases und deren Konzentration(en) bestimmt.
In gleicher Weise wie für die DMS 18 werden dann die Messwerte sowohl der Druckmesseinrichtung 20 als auch des zweiten Sensors 24 an die Auswerteeinheit 26 gesendet.
Nach einem Empfang der genannten Messwerte durch die Auswerteeinheit 26, und ggf. im Anschluss an eine optionale Digitalisierung, die wie erläutert mittels der Auswerteeinheit 26 möglich ist, werden diese Messwerte an die Sendeeinheit 28 geleitet, und anschließend dann von der Sendeeinheit 28 über die Funkstrecke F an die Regel- oder Steuereinrichtung 15 des Beatmungsgeräts 14 übertragen.
Im Betrieb des Beatmungsgeräts 14 können die empfangenen Messwerte der Vorrichtung 10, d.h. die ermittelten aktuellen Informationen in Bezug auf Volumenstrom V, Druck p und Zusammensetzung des durch den Strömungskanal 12 geleiteten Gases (entweder das frische Gas FG oder das Patientengas PG), von der Regel- oder Steuereinrichtung 15 des Beatmungsgeräts 14 berücksichtigt bzw. verarbeitet werden, beispielsweise in einer Regelstrecke. Auf Grundlage dessen ist es dann möglich, das frische Gas FG, welches durch den Strömungskanal 12 in Richtung des Patienten P geleitet wird, geeignet einzustellen.
Nachstehend sind weitere Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Soweit diesen Ausführungsformen das gleiche Funktionsprinzip wie bei der Ausführungsform von 1 zu Grunde liegt, darf zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Erläuterungen zu 1 verwiesen werden.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Im Unterschied zur Ausführungsform von 1 ist hierbei die Trägermembran 16 nach Art eines „Segels“ ausgebildet. Hierbei erstreckt sich die Trägermembran 16 im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung S des Gases vollständig durch einen Durchmesser des Strömungskanals 12, ungeachtet von dessen Querschnittsgeometrie. Dies bedeutet, dass die Trägermembran 16 mit ihren entgegengesetzten Bereichen B, d.h. sowohl mit einem oberen Randbereich als auch mit einem unteren Randbereich, jeweils an der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 befestigt ist. Diese Art der Befestigung der Trägermembran 16 ist ergänzend auch in der Längsschnittansicht von 4 als auch in der Frontalansicht auf die Trägermembran 16 gemäß der Darstellung von 6 gezeigt.
Die Frontalansicht von 6 veranschaulicht des Weiteren einen möglichen Verlauf von einzelnen DMS 18, die auf einer Oberfläche 17 der Trägermembran 16 angebracht bzw. vorgesehen sind.
In Bezug auf die zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist eine Auslenkung der Trägermembran 16, die sich im Falle einer Anströmung durch das in dem Strömungskanal 12 geleitete Gas einstellt, in der 4 prinzipiell vereinfacht dargestellt.
Bei einer Anströmung durch das inspiratorische frische Gas FG wird die Trägermembran 16 insbesondere in ihrem mittigen Bereich nach rechts ausgelenkt, so wie es in 4 durch die doppelt-strichpunktierte Linie 16' symbolisiert ist. Hierbei kommt es zu einer Verformung der DMS 18. In Folge dessen werden dann in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von 1, bedingt durch eine Änderung der elektrischen Widerstände der DMS 18, dann elektrische Signale von den DMS 18 an die Auswerteeinheit 26 gesendet, wobei diese elektrischen Signale eine Kenngröße für den Volumenstrom V darstellen, mit dem das frische Gas FG durch den Strömungskanal 12 geleitet wird.
Beim Anströmen durch das exspiratorische Patientengas PG kommt es für die Trägermembran 16 bei der zweiten Ausführungsform - in Bezug auf die Längsschnittansicht von 4 - zu einer Anströmung von rechts nach links. Entsprechend kommt es insbesondere im mittigen Bereich der flexiblen Trägermembran 16 zu einer Auslenkung nach links, wie dies in der 4 durch die doppelt-strichpunktierte Linie 16" symbolisiert ist. Die hierbei eintretende Verformung der DMS 18 führt wie bereits erläutert zu einer Änderung von deren elektrischen Widerständen, in Folge dessen dann entsprechende elektrische Signale an die Auswerteeinheit 26 gesendet werden.
Die zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß 2 hat in Bezug auf die Befestigung der Trägermembran 16 mit ihren entgegengesetzten Bereichen B an der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 im Vergleich zur Ausführungsform von 1 den Vorteil, dass eine beliebige räumliche Positionierung der Vorrichtung 10 weniger bis gar keinen Einfluss auf das Ansprechverhalten der flexiblen Trägermembran 16 und deren Auslenkung nimmt, wenn diese Trägermembran 16 seitlich von einem Gas angeströmt wird.
Ansonsten entspricht die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß 2 jener von 1.
7 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Hierbei sind in Ergänzung zur zweiten Ausführungsform innerhalb des Strömungskanals 12 Laminarisierungseinrichtungen 30 angeordnet, nämlich beiderseits der Trägermembran 16 und jeweils angrenzend hierzu. Diese Laminarisierungseinrichtungen 30 sind in 7 jeweils stark vereinfacht durch vertikale strichpunktierte Linien symbolisiert.
Falls frisches Gas FG oder Patientengas PG durch den Strömungskanal 12 in Richtung der Trägermembran 16 geleitet werden, strömt dieses Gas durch die Laminarisierungseinrichtungen 30 hindurch. In Folge dessen wird das Gas, bevor es die Trägermembran 16 erreicht, vergleichmäßigt und von möglichen Turbulenzen befreit.
In Anbetracht dessen, dass die Strömung des Gases, mit dem die Trägermembran 16 angeströmt wird, mittels der Laminarisierungseinrichtungen 30 vergleichmäßigt bzw. laminarisiert worden ist, wird eine bessere, sprich gleichmäßigere Anströmung für die Trägermembran 16 erreicht, was wiederum zu einer optimierten Auslenkung der Trägermembran 16 bedingt durch die Gasanströmung führt. Im Ergebnis kann hierdurch eine genauere Messung des Volumenstroms V mittels der Trägermembran 16 und der darauf angebrachten DMS 18 erreicht werden, weil beispielsweise ein „Flattern“ der Trägermembran 16 durch Turbulenzen verhindert wird.
Ansonsten entspricht die Funktionsweise der dritten Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß 7 jener von 1.
8 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Hierbei sind in Ergänzung zur dritten Ausführungsform innerhalb des Strömungskanals 12 angrenzend zu den Laminarisierungseinrichtungen 30 jeweils Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 angeordnet, die symbolisch vereinfacht jeweils durch schraffierte Bereiche gezeigt sind.
Durch diese Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 werden jegliche störende Partikel, Verschmutzungen, Bakterien, Keime oder dergleichen, die in dem frischen Gas FG und/oder in dem Patientengas PG enthalten sein können, wirkungsvoll zurückgehalten. In Folge dessen können diese Partikel, Verschmutzungen, Bakterien, Keime oder dergleichen weder zum Patienten P noch zum Beatmungsgerät 14 bzw. an die Umgebung gelangen. In diesem Zusammenhang wird nochmals darauf hingewiesen, dass die Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 auch dazu geeignet sind, Viren bzw. zugehörige Viruspartikel („Virionen“) aus dem frischen Gas FG und/oder aus dem Patientengas PG herauszufiltern.
In Bezug auf die Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 ist es zweckmäßig, wenn diese mit den Laminarisierungseinrichtungen 30 als integrierte Einheit ausgebildet sind. Für diesen Fall wird das frische Gas FG oder das Patientengas PG, wenn es durch eine solche integrierte Einheit hindurchströmt, sowohl in Bezug auf seine Strömung laminarisiert als auch geeignet gefiltert.
Bezüglich der Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 wird an dieser Stelle gesondert hervorgehoben, dass diese, abweichend von der Darstellung in 8, für die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ggf. auch ohne die Laminarisierungseinrichtungen 30 vorgesehen sein können. Des Weiteren ist es möglich, einen Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 ggf. auch nur auf einer Seite der Trägermembran 16 anzuordnen.
Die Darstellung von 8 zeigt weiterhin ein Gehäuse 36, das für die Vorrichtung 10 vorgesehen ist und hier nur vereinfacht durch ein strichpunktiertes Rechteck symbolisiert ist. In Bezug auf dieses Gehäuse 36 versteht sich, dass alle wesentlichen Bauelemente der Vorrichtung 10 in diesem Gehäuse 36 untergebracht bzw. darin integriert sind. Insoweit erfüllt das Gehäuse 36 für die darin aufgenommenen Bauelemente der Vorrichtung 10 auch eine Schutzfunktion. Es versteht sich, dass das in 8 gezeigt Gehäuse 36 in gleicher Weise auch für die Ausführungsformen gemäß der 1, 2 und 7 vorgesehen sein kann.
Ansonsten entspricht die Funktionsweise der vierten Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß 8 jener von 1.
Ergänzend darf in Bezug auf die dritte und vierte Ausführungsform der Vorrichtung 10 darauf hingewiesen werden, dass hierbei, abweichend von den Darstellungen in 7 bzw. 8, eine Anbringung der Trägermembran 16 an der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 auch in der Weise möglich ist, wie es bei der ersten Ausführungsform von 1 gezeigt und erläutert worden ist.
10 zeigt eine weitere Variante für eine mögliche Ausgestaltung der Trägermembran 16, die nach Art der ersten Ausführungsform von 1 nur mit ihrem oberen Ende an der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 befestigt ist und somit ein unteres freies Ende aufweist. In gleicher Weise wie bei der 1 ist in der 10 durch die beiden Pfeile angrenzend an das untere Ende der Trägermembran 16 verdeutlicht, dass eine Auslenkung der Trägermembran 16 nach rechts oder nach links möglich ist, wenn sie durch das frische Gas FG (von links) oder durch das Patientengas PG (von rechts) angeströmt wird. Die Seitenansicht von 10 verdeutlicht, dass diese Variante der Trägermembran 16 im Querschnitt entlang ihrer Längserstreckung trapezförmig ausgebildet ist, wobei der Querschnitt in Richtung des unteren freien Endes abnehmend ist. An den beiden entgegengesetzten Oberflächen der Trägermembran 16 sind erste Sensoren 18 vorzugsweise in Form von DMS angebracht, beispielsweise gemäß einer Anordnung von 5.
Die Variante einer Trägermembran 16 gemäß der Ausführungsform von 10 hat im Vergleich zur Ausführungsform von 1 eine größere Biegesteifigkeit in Richtung einer Strömungsrichtung S, und eignet sich somit für relativ große Volumenströme V eines Gases, welches durch den Strömungskanal 12 hindurch geleitet wird. Diesbezüglich darf darauf hingewiesen werden, dass die vorstehend gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung 10 gemäß 1, 7 und 8 alternativ mit einer Trägermembran gemäß der Ausführungsform von 10 ausgerüstet sein können.
Bei allen der vorstehend genannten Ausführungsformen der Vorrichtung 10 ist es möglich, dass auf den Oberflächen der Trägermembran 16 und der darauf angebrachten ersten Sensoren 18 zusätzliche Beschichtungen aufgebracht sind, die hygroskope, hydrophile, hydrophobe und/oder proteinabweisende Eigenschaften aufweisen. Solche Beschichtungen können auf der oder den Oberflächen der Trägermembran 16 vollflächig oder lokal vorgesehen sein. Falls eine solche Beschichtung hygroskope Eigenschaften aufweist, führte dies u.a. zu dem Vorteil, dass in den Wassertröpchen, die sich an bzw. auf dieser Beschichtung anlagern, dann auch Viren und/oder Bakterien gebunden werden können.
Schließlich darf für alle der vorstehend gezeigten und erläuterten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 darauf hingewiesen werden, dass die Trägermembran 16 sich in ihrer Breite nicht über den gesamten Querschnitt des Strömungskanals 12 erstreckt, sondern lediglich in einem Teilbereich des Querschnitts des Strömungskanals 12 angeordnet ist, beispielsweise in Form eines rechteckigen Streifens. In Folge dessen ist es für ein innerhalb des Strömungskanals 12 geleitetes Gas stets möglich, an der Trägermembran 16 seitlich vorbeizuströmen, wie es beispielsweise in den Frontalansichten gemäß 5 und 6 zu erkennen ist. Dies bedeutet, dass eine flexible Trägermembran 16 über der Breite des Strömungskanals 12 gesehen nur so groß ausgebildet ist, wie es für eine ausreichende Anströmung und die gewünschte Auslenkung der Trägermembran 16 erforderlich ist, um dadurch mittels der ersten Sensoren 18 Messsignale zu erhalten, die eine Kennzahl für den Volumenstrom V des Gases darstellen.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Strömungskanal
13: Innenumfangsfläche (des Strömungskanals 12)
14: Beatmungsgerät
15: Regel- oder Steuereinrichtung
16: flexible Trägermembran
17: Oberfläche (der Trägermembran 16)
18: erster Sensor (z.B. in Form eines Dehnungsmessstreifens oder eines Piezoelements)
20: Druckmesseinrichtung
21: Dehnungsmessstreifen
22: Piezoelement
24: zweiter Sensor (insbesondere in Form einer katalytischen Folie)
26: Auswerteeinheit
28: Sendeeinheit
29: Batterie- oder Akkumulatoreinheit (der Vorrichtung 10)
30: Laminarisierungseinrichtung
32: Partikel- und/oder Bakterienfilter
34: Batterie- oder Akkumulatoreinheit (des Beatmungsgeräts 14)
36: Gehäuse (für die einzelnen Bauelemente der Vorrichtung 10)
B: entgegensetzte Bereiche der Trägermembran 16
D: Anzeigeeinheit
F: Funkstrecke
p: Druck (eines Gases innerhalb des Strömungskanals 12)
P: Patient
FG: frisches Gas
PG: Patientengas
S: Strömungsrichtung
V: Volumenwert
V: Volumenstrom
W: Wandung (des Strömungskanals 12)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010030324 A1 [0004]
DE 202017005964 U1 [0004]
DE 112013001902 T5 [0004]
DE 102017124256 A1 [0005]
GB 2121185 A [0007]
WO 2011/067734 A1 [0007]
WO 2015/169848 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases, das bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten (P) durch einen Strömungskanal (12) geleitet wird, wobei der Volumenstrom (V) des durch den Strömungskanal (12) geleiteten Gases mittels einer flexiblen Trägermembran (16) bestimmt wird, die in dem Strömungskanal (12) im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung (S) des Gases angeordnet ist, wobei an zumindest einer Oberfläche (17) der Trägermembran (16) zumindest ein erster Sensor (18) insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens oder eines Piezoelements angebracht ist, wobei die Trägermembran (16) innerhalb des Strömungskanals (12) in Abhängigkeit des Volumenstroms (V) des Gases verformbar ist, wobei bei einer Bewegung der Trägermembran (16) und/oder Verformung des ersten Sensors zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom (V) des Gases erzeugt wird, wobei eine Druckmesseinrichtung (20) in dem Strömungskanal (12) insbesondere im Bereich von dessen Wandung (W) angeordnet ist, wobei mit dieser Druckmesseinrichtung (20) ein statischer Druck (p) für das innerhalb des Strömungskanals (12) strömende Gas im Vergleich zur äußeren Umgebung des Strömungskanals (12) gemessen wird, und wobei die Zusammensetzung des Gases, insbesondere ausgewählte Gase gebildet aus der Gruppe von zumindest Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂), durch zumindest einen innerhalb des Strömungskanals (12) angeordneten insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases für ein frisches Gas (FG), das durch den Strömungskanal (12) in Richtung des Patienten (P) strömt und entsprechend vom Patienten (P) eingeatmet wird oder aktiv in die Lunge des Patienten (P) strömt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases für ein Patientengas (PG) erfolgt, das durch den Strömungskanal (12) weg vom Patienten (P) strömt und entsprechend vom Patienten (P) ausgeatmet worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte eines auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensors (18), der Druckmesseinrichtung (20) und des insbesondere katalytischen zweiten Sensors (24) vorzugsweise kabelgebunden an eine Auswerteeinheit (26) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Auswerteeinheit (26) empfangenen Messwerte digitalisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte von der Auswerteeinheit (26) an eine Sendeeinheit (28) übertragen werden, vorzugsweise, dass die Sendeeinheit (28) und die Auswerteeinheit (26) in einer gemeinsamen Einrichtung integriert ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte von der Sendeeinheit (28) an eine Regel- oder Steuereinrichtung (15) für die Patienten-Beatmung übertragen werden, vorzugsweise, dass die Regel- oder Steuereinrichtung (15) eine Anzeigeeinheit (D) umfasst, weiter vorzugsweise, dass die Regel- oder Steuereinrichtung (15) Teil eines Beatmungsgeräts (14) ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Messwerte von der Sendeeinheit (28) an die Regel- oder Steuereinrichtung (15) für die Patienten-Beatmung kabellos und insbesondere über das Bluetooth-Kommunikationsprotokoll oder über das ZigBee-Kommunikationsprotokoll erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Gases innerhalb des Strömungskanals (12) angrenzend oder in der Nähe zur Trägermembran (16) laminarisiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für in den Strömungskanal (12) einströmendes frisches Gas (FG) ein Partikel- und/oder Bakterienfilter (32) vorgesehen ist, mit dem das in Richtung des Patienten (P) strömende Gas in Bezug auf Partikel und/ oder Bakterien bzw. Keime gefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom (V), der Druck (p) und die Zusammensetzung des Gases, welches in eine zum Patienten (P) führende Sektion des Strömungskanals (12) geleitet wird, mittels einer Regel- oder Steuereinrichtung (15) in Abhängigkeit der Messwerte eines auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensors (18), der Druckmesseinrichtung (20) und des insbesondere katalytischen zweiten Sensors (24) gesteuert, vorzugsweise geregelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für in den Strömungskanal (12) einströmendes Patientengas (PG) ein Partikel- und/oder Bakterienfilter (32) vorgesehen ist, mit dem das in Richtung eines Beatmungsgeräts (14) strömende Gas in Bezug auf Partikel und/oder Bakterien bzw. Keime gefiltert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom (V), der durch den Strömungskanal (12) geleitet und bestimmt worden ist, in ein Gesamtvolumen (V) umgerechnet wird, um auf Grundlage dessen die verbleibende Standzeit des Partikel- und/oder Bakterienfilters (32) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Strömungskanal (12) geleitete Volumenstrom (V) auf Basis einer abgeleiteten Größe zu mindestens einem Volumenwert (V) umgerechnet wird, vorzugsweise, dass der Volumenwert (V) insbesondere ein Tidal-Volumen (V_T) und/oder ein Minuten-Volumen (V_M) ist.
Vorrichtung (10) zum Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten (P), umfassend einen Strömungskanal (12), der an ein Beatmungsgerät (14) anschließbar ist und durch den das Gas hindurch strömen kann, zumindest eine flexible Trägermembran (16), die in dem Strömungskanal (12) im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung (S) des Gases angeordnet ist, wobei an zumindest einer Oberfläche (17) der Trägermembran (16) zumindest ein erster Sensor (18) insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens oder ein Piezoelements angebracht ist, wobei die Trägermembran (16) innerhalb des Strömungskanals (12) in Abhängigkeit des Volumenstroms (V) des Gases verformbar ist, wobei bei einer Bewegung der Trägermembran (16) und/oder Verformung des ersten Sensors (18) zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom (V) des Gases erzeugbar ist, eine Druckmesseinrichtung (20), die in dem Strömungskanal (12) insbesondere im Bereich von dessen Wandung (W) angeordnet ist, wobei mit dieser Druckmesseinrichtung (20) ein statischer Druck (p) für das innerhalb des Strömungskanals (12) strömende Gas im Vergleich zur äußeren Umgebung des Strömungskanals (12) messbar ist, und zumindest einen innerhalb des Strömungskanals (12) angeordneten insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24), mit dem eine Zusammensetzung des Gases, insbesondere ausgewählte Gase gebildet aus der Gruppe von zumindest Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂), bestimmbar sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (26), die mit dem auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensor (18), der Druckmesseinrichtung (20) und dem insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24) vorzugsweise kabelgebunden in Signalverbindung steht.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (26) programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass die Messwerte, die von zumindest einem auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensor (18), der Druckmesseinrichtung (20) und dem insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24) empfangen werden, nach dem Empfang digitalisierbar und in der Auswerteeinheit (26) speicherbar sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch eine Sendeeinheit (28), die mit der Auswerteeinheit (26) und/oder mit einem auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensor (18), der Druckmesseinrichtung (20) und dem insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24) vorzugsweise kabelgebunden in Signalverbindung steht, wobei die Sendeeinheit (28) dazu ausgebildet ist, die Messwerte des ersten Sensors (18), der Druckmesseinrichtung (20) und des insbesondere katalytischen zweiten Sensors (24) oder die von der Auswerteeinheit (26) empfangenen Daten an eine externe Einrichtung vorzugsweise kabellos über eine Funkstrecke (F) oder dergleichen zu senden, vorzugsweise, dass die Sendeeinheit (28) und die Auswerteeinheit (26) in einer gemeinsamen Einrichtung integriert ausgebildet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Einrichtung in Form einer Regel- oder Steuereinrichtung (15) ausgebildet ist, vorzugsweise, dass die Regel- oder Steuereinrichtung (15) Teil eines Beatmungsgeräts (14) für die Patienten-Beatmung ist, weiter vorzugsweise, dass die Regel- oder Steuereinrichtung (15) in Signalverbindung mit einer Anzeigeeinheit (D) steht.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Trägermembran (16) sich im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung (S) des Gases vollständig entlang eines Durchmessers des Strömungskanals (12) erstreckt und zumindest mit ihren entgegengesetzten Bereichen (B) an einer Innenumfangsfläche (13) des Strömungskanals (12) befestigt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Strömungskanals (12) und vorzugweise angrenzend oder in der Nähe der Trägermembran (16) zumindest eine Laminarisierungseinrichtung (30) angeordnet ist, mit der die Strömung des in Richtung der Trägermembran (16) geleiteten Gas laminarisiert wird, vorzugsweise, dass eine Laminarisierungseinrichtung (30) in Richtung des Patienten (P) gesehen stromaufwärts und/oder stromabwärts der Trägermembran (16) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, gekennzeichnet durch zumindest einen Partikel- und/oder Bakterienfilter (32), der innerhalb des Strömungskanals (12) angeordnet ist, vorzugsweise, dass ein Partikel- und/oder Bakterienfilter (32) in Richtung des Patienten (P) gesehen stromaufwärts und/oder stromabwärts der Trägermembran (16) angeordnet ist, weiter vorzugsweise, dass der Partikel- und/oder Bakterienfilter (32) und die Laminarisierungseinrichtung (30) als integrierte Einheit ausgebildet sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer Oberfläche (17) der Trägermembran (16) und einem darauf angebrachten ersten Sensor (18) eine zusätzliche vollflächige oder lokale Beschichtung aufgebracht ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Beschichtung hygroskope Eigenschaften aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung (20) mit einem Dehnungsmessstreifen (21) oder mit einem Piezoelement (22) ausgestattet ist, mit dessen Verformung der statische Druck (p) des Gases innerhalb des Strömungskanals (12) messbar ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, gekennzeichnet durch eine Batterie- oder Akkumulatoreinheit (29), die mit den elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen der Vorrichtung (10) zur Versorgung mit Energie elektrisch verbunden ist, vorzugsweise, dass die Kapazität der Batterie- oder Akkumulatoreinheit (34) derart groß gewählt ist, dass eine Energieversorgung für die mit der Batterie- oder Akkumulatoreinheit (34) verbundenen elektrischen oder elektronischen Bauelemente der Vorrichtung (10) für eine Dauer von zumindest 24 Stunden, vorzugsweise von zumindest 36 Stunden, weiter vorzugsweise von zumindest 48 Stunden gewährleistet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bauelemente der Vorrichtung (10) in ein gemeinsames Gehäuse (36) integriert sind, vorzugsweise, dass der Strömungskanal (12) für die übrigen Bauelemente die Funktion eines gemeinsamen Gehäuses (36) erfüllt, weiter vorzugsweise, dass die Vorrichtung (10) als Einmalartikel ausgebildet ist.