DE4034176A1

DE4034176A1 - Spirometrie-messvorrichtung mit besonderer eignung fuer kuenstlich beatmete und spontan atmende frueh-, neugeborene und saeuglinge

Info

Publication number: DE4034176A1
Application number: DE4034176A
Authority: DE
Inventors: Volker Prof Dr Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1991-11-21

Description

Bei der künstlichen Beatmung von Früh- und Neugeborenen kann man heute durch Anwendung hoher Beatmungsfrequenzen bis zu 150 Atemzüge pro Minute eine entscheidende Verringerung der vor allem als lungenschädigend erkannten hohen Beatmungs drucke erzielen. Große Probleme machen aber immer noch die Ermittlung der individuell optimalen Beatmungs- und Frequenzeinstellung und die Wahl des günstigsten In-Exspirations-Verhältnisses. Auch die sichere Erfassung einer Änderung der Lungencompliance ist meist nicht möglich, die Voraussetzung z. B. für eine rechtzeitige Absenkung des Beatmungsdruckes.

Ein großer Teil dieser Schwierigkeiten ließe sich durch die sichere Erfassung der lungenmechanischen Parameter wie Atemzug- und Atemminuten-Volumen, Strömungswiderstand, Tot raumvolumen und Totraumventilation sowie Bestimmungen der Lungencompliance beheben. Die heute sehr einfach mögliche transcutane, kontinuierliche Messung der P CO 2 und P O 2 Werte ergänzt diese genannten Parameter entscheidend, kann sie aber speziell beim schwerkranken Früh- und Neugeborenen nicht ersetzen, da hier eine sehr mangelhafte Korrelation besteht zwischen Lungenventilation und Blutgasen (als Folge praepulmonaler Shunts). Aus diesem Grund wird, wie heute beim Erwachsenen ohne Schwierigkeiten möglich, auch bei Früh- und Neugeborenen versucht, diese lungenmechanischen Parameter zu erfassen.

Das Hauptproblem bei beatmeten Früh- und Neugeborenen besteht aber darin, daß bis heute keine Meßköpfe zur Bestimmung des in- und exspiratorischen Flows vorhanden sind, die ein sicheres, patientennahes, unverfälschtes Messen ohne Belastung des Patienten ermöglichen. Als konstruktive Probleme heute erhältlicher Meßköpfe sind zu nennen:

1. ein zu großes Totraumvolumen,
2. ein zu hoher Strömungswiderstand,
3. zu hohes Gewicht und bauliche Größe,
4. nichtlineare Meßsignale (= große Meßfehler),
5. keine sichere Langzeiterfassung der Meßgrößen (z. B. massive Störung durch Kondenswasser und Bronchialschleimpartikel mit Fehlanzeige und Fehlalarm),
6. große Schwierigkeiten bei Reinigung und Sterilisation (mechanisch, chemisch und thermisch hochempfindliche Meßfühler),
7. Schwierigkeiten bei der Anpassung an vorhandene Beatmungssysteme.

Ein großer Teil der aufgezählten Schwierigkeiten läßt sich erfindungsgemäß durch nachfolgend beschriebenen Spirometrie- Meßvorrichtung lösen.

Funktionsbeschreibung der Spirometrie-Meßvorrichtung

Das vom Beatmungsgerät abgegebene Atemgasgemisch gelangt nach dem Passieren eine Anfeucht-Anwärmers über den Inspirations schlauch in ein Y-Stück bzw. einen Beatmungskopf mit Tubus adapteranschluß und von dort in den eingesteckten Spirometrie-Meßadapter mit Spezialtubusadapter, der zusammen mit der kombinierten Durchblas-Druckmeß-Vorrichtung mit Verarbeitungs- und Steuerelektronik die Spirometrie- Meßvorrichtung darstellt.

Der Spirometrie-Meßadapter weist im Inneren seines Anschlußkonus (3) in einem zylindrischen Hohlraum (6) ein Rohr (9) auf, durch das das Atemgas strömt und nach Passieren von Kanal (10), Lochdiaphragma (15), Kanal (13) und dem Spezialtubusadapter (18) mit Anschlußstutzen (22) über einen angeschlossenen Trachealtubus schließlich in die Lunge des Patienten gelangt.

Die Ausatemluft des Patienten erreicht ebenfalls über diesen beschriebenen Weg (Adapter (18) und Rohr (9)) den Beatmungskopf und von dort schließlich über den Exspirationsschlauch das Ausatem-Ventilsystem der Beatmungsmaschine. Die in- und expiratorisch durch das Lochdiaphragma (15) strömende Atemluft erzeugt in Abhängigkeit vom Flow in den auf beiden Seiten des Lochdiaphragmas angeordneten Stutzen (16 u. 17) unterschiedliche Drucke, die über das Meßschlauchsystem der kombinierten Durchblas-Druckmeß-Vorrichtung auf deren elektrisch-elektronischen Differenz-Druckwandler (35) mit Verarbeitungs- und Steuerelektronik (39) übertragen werden. Bei der künstlichen Beatmung mit optimal befeuchteten Atemgasen kommt es jedoch zur Bildung größerer Mengen an Kondenswasser im Inspirations- und Exspirationsschlauch sowie dem Y-Stück bzw. Beatmungskopf, in dem der Spirometrie- Meßadapter eingesteckt ist. Dieses Kondensat kann aber nicht in den Flowsensor (Lochdiaphragma (15) mit Druckmeßstutzen (16, 17)) und den Trachelaltubus des angeschlossenen Patienten gelangen, da die Eintrittsöffnung für das Atemgas, das Rohr (9), bei sachgerecht, senkrecht aufgehängtem Beatmungskopf immer über dem Flüssigkeitsniveau liegt, welches das sich der Schwere nach in dem zylindrischen Hohlraum (6) ansammelnde Kondenswasser bildet, zumal zusätzlich größere Kondenswasser mengen rasch bei jedem Atemhub durch den dabei ansteigenden Druck im Spirometrie-Meßadapter automatisch über den Kanal (7) und den Kondensat-Eliminationsstutzen (8) und eine dort aufgesteckte Sonde ins Freie ausgestoßen werden. - Anders aber verhält es sich leider für kleine Mengen an Kondensat oder Tracheobronchialflüssigkeit, die sich am Rande des Lochdiaphragmas (15) selbst niederschlagen können - sie gelangen sehr leicht in die Meßstutzen (16, 17) und führen dort und in den ableitenden Meßschläuchen (23, 24) schon als kleine Tröpfchen, bei den zu messenden äußerst geringen Druckdifferenzen, zur Verfälschung der Meßwerte und damit der Atemzugvolumina. - Diese zusätzlichen Schwierigkeiten werden nun erfindungsgemäß gelöst durch die zusätzlich verwendete automatische, kombinierte Durchblas-Druckmeß-Vorrichtung. In regelmäßigen, zeitlich kurzen, vorwählbaren Abständen werden erstens der elektronische Differenzdruckwandler auf Null kalibriert durch ein kurzzeitiges Umschalten von Meßstellung auf Umgebungsluft (38) mit Hilfe von zwei elektromagnetisch betätigten 2/3 Wege-Schieberventilen (33, 34) und zweitens gleichzeitig oder kurz danach beide Meßleitungen (27, 28) über die T-Stücke (29, 30) durch das Öffnen von zwei elektro magnetisch betätigten Einwegventilen (31, 32) ins Freie (38) entlüftet. Diese Entlüftung der Meßschläuche führt aber durch den Überdruck im Patientenbeatmungssystem und im Spirometrie- Meßadapter zu einem Gasfluß in Richtung Differenzdruck wandler (35), der sowohl die Flüssigkeit aus den Meßstutzen (16, 17) und den kurzen Verbindungs-Meßschläuchen (23, 24) in die Wasserfallen (25, 26) mit integriertem Spritzschutz (40) treibt, als auch evtl. noch zusätzlich vorhandenes Kondensat in den nachgeschalteten Meßschläuchen (27, 28) und den T-Stücken (29, 30) über die Einwegventile (31, 32) ins Freie (38) bläst. Damit sind aber freie Druckübertragungswege wieder hergestellt.

Ein für die künstliche Beatmung von Früh- und Neugeborenen weiteres sehr wichtiges Problem stellt ein zu großes Totraumvolumen der bekannten Meßvorrichtungen dar. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Kombination des Spirometrie-Meßadapters mit einem Spezialtubusadapter gelöst. Wie man deutlich aus Fig. 3 ersehen kann, strömt das Atemgas (aus einem nicht dargestellten Beatmungskopf) durch ein kleinlumiges Kanalsystem, Rohr (9), Kanal (10), Loch diaphragma (15) und Kanal (13) zur Auslaßöffnung an der Unterfläche (14) des Konus (5). Bei herkömmlichen Tubusadaptern, die keinen Innenkonus (19) aufweisen, wirkt dieser Hohlraum von ca. 2 ml bei der Beatmung als Totraum. Bei dem dargestellten Spezialtubusadapter jedoch wird dessen Innenkonus (19) durch den exakt dazu passenden Konus (5) komplett ausgefüllt und der Adapter dabei gleichzeitig fixiert. Nur das kleine Lumen des konischen Anschlußrohres (22) wirkt damit noch als zusätzliches Totraumvolumen.

Technische Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Spirometrie-Meßvorrichtung

Fig. 1 zeigt den Spirometrie-Meßadapter,

Fig. 2 den zugehörigen abgezogenen Spezialtubusadapter perspektivisch,

Fig. 3 und Fig. 4 den Spirometrie-Meßadapter bzw. den zugehörigen Spezialtubusadapter im Schnitt (Schnittebene I . . . I, Fig. 1) und

Fig. 5 die Anordnung und die wichtigsten Teile der gesamten Spirometrie-Meßvorrichtung (schematisch).

Der Spirometrie-Meßadapter ist, wie Fig. 1 perspektivisch zeigt, aus zwei zylindrischen Scheiben (1 u. 2), mit aufgesetzten Konen (3 u. 4) durch eine Verbindungsnaht (4) zusammengefügt. Der zur Klemmbefestigung in einem Y-Beatmungsstück dienende obere Konus (3) weist einen zylindrischen Hohlraum (6) auf, dessen Boden über einen Kanal (7) mit dem Wassereliminationsstutzen (8) in Verbindung steht.

Dieser zylindrische Hohlraum (6) wird zusätzlich von einem Rohr (9) durchzogen, das sich in einen zylindrischen Kanal (10) fortsetzt, der sich nach einer konischen Erweiterung (11) und nachfolgenden konischen Verengerung (12) wieder in einen zylindrischen Kanal (13) fortsetzt, der schließlich zentrisch mündet auf der Unterfläche (14) des Konus (5). Auf diesen Konus (5) wird der Spezialtubusadapter (18) bei der Beatmung des Patienten aufgeschoben und dort durch seinen zum Konus (5) exakt passenden Innenkonus (19) satt klemmend bei kleinstem Spaltraum festgehalten sowie zusätzlich durch den Schnappwulst bzw. O-Ring (20) und die dazugehörige Schnapprille (21) abgedichtet und gesichert. Das sich konisch verjüngende Rohr (22) des Tubusadapters dient zum leichten Aufschieben und Festhalten des Trachealtubuses.

Wie Fig. 3 deutlich zeigt, ist zwischen den Kanalteilen (11, 12) an der weitesten Stelle ein dünnes Lochdiaphragma (15) angeordnet, an dessen Ober- und Unterseite die Druckmeßstutzen (16, 17) münden. Wie Fig. 5 zeigt, sind diese Meßstutzen mit je einem kurzen Schlauch (23, 24) mit den dazugehörigen kleinlumigen Wasserfallen (25, 26) mit integriertem Spritzschutz (40) verbunden. Von diesen führen 2 lange Meßschläuche (27, 28) zu 2 T-Stücken (29, 30), deren erster Schenkel über je ein elektromagnetisch betätigtes Einwegventil (31, 32) ins Freie (38) entlüftet werden kann und deren zweiter Schenkel jeweils mit je einem elektromagnetisch betätigten 2/3 Wege-Schieberventil (33, 34) verbunden ist. Die zwei Anschlüsse (36, 37) des Differenzdruckwandlers (35) sind bei stromlosen 2/3 Wege-Ventilen mit den Meßschläuchen (27, 28), unter Strom mit dem Freien (38) verbunden.

Claims

1. Spirometrie-Meßvorrichtung mit besonderer Eignung für spontan atmende und künstlich beatmete Früh-, Neugeborene und Säuglinge, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Kombination eines leicht austauschbaren Spirometrie-Meßadapters mit Spezialtubusadapter und einer automatischen Durchblas-Druckmeß-Vorrichtung mit einer Vearbeitungs- und Steuerelektronik besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spirometrie-Meßadapter aus zwei zylindrischen Scheiben (1, 2) mit aufgesetzten Anschlußkonen (3, 4) zusammengefügt ist, die in ihrer Längsachse von einem atemgasführenden Kanal (10-13) durchzogen werden, welcher an der Nahtstelle der zylindrischen Scheiben durch ein Lochdiaphragma (15) unterbrochen wird, an dessen Ober- und Unterseite je ein Druckmeßstutzen (16, 17) mündet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Anschlußkonus (3) des Spirometrie-Meßadapters einen zylindrischen Hohlraum (6) aufweist, dessen Boden über einen Kanal (7) mit einem Kondenswasser-Eliminationsstutzen (8) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gkennzeichnet, daß der untere Konus (5) mit O-Ring (20) des Spirometrieadapters exakt in den Innenkonus (19) des Spezial-Tubusadapters paßt und diesen ausfüllend, klemmend und abdichtend festhält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spirometrie-Meßadapter ein Lochdiaphragma (15) enthält, das aus einem oder mehreren sehr dünnen korrosionsfesten Metallochblechen mit geringer Wärmekapazität aufgebaut ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchblasvorrichtung der verwendeten kombinierten Durchblas-Druckmeß-Vorrichtung zwei elektromagnetisch betätigte Einwegventile (31, 32) im Nebenschluß des Meßschlauchsystems benutzt, um durch deren kurzzeitiges Öffnen bei künstlicher Beatmung, vom Spirometrie-Meßadapter ein Druckgefälle mit Gasfluß ins Freie und damit ein Ausblasen von Kondensat über die Meßstutzen (16, 17), die kurzen Verbindungsschläuche (24, 25) in die Wasserfallen (25, 26) und den Meßschläuchen (27, 28) sowie den T-Stücken (29, 30) ins Freie (38) zu erreichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Durchblas-Druckmeß-Vorrichtung mit ihrer Elektronik eine logische Verknüpfung von Durchblasvorgängen mit Nullpunktkalibrierungen des Differenzdruckwandlers vornimmt und zwar in der Weise, daß vorwählbar, regelmäßig, automatisch nach einer bestimmten Zeit und/oder beim Messen, nach Vorprogrammierung, als überhöht gewerteter Differenzdrucksignale, ein Durchblasvorgang durch Öffnen der elektromagnetisch betätigten Ventile (31, 32) ausgelöst wird, bei gleichzeitiger automatischer Nullkalibrierung des Differenzdruckwandlers (35) mit Umschalten der elektromagnetisch betätigten 2/3 Wege-Schieberventile (33, 34) zur Verbindung der Anschlüsse (36, 37) mit dem Freien (38).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die 2/3 Wegeventile (33, 34) als Schieber- oder Rotationsventile in einfacher, doppelter Ausführung und/oder zusammen mit den zwei Einwegventilen (31, 32) als ein kombiniertes Mehrfachventil ausgebildet sein kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Meßschlauchsystem kleinlumige Wasserfallen (25, 26) mit Spritzschutz (40), der ein direktes Übertreten von ausgeblasenem Kondensat in die abführenden Meßschläuche verhindert, verwendet werden.