DE2819841C2

DE2819841C2 - Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystem

Info

Publication number: DE2819841C2
Application number: DE2819841A
Authority: DE
Inventors: Dietrich K. Prof. Gehmlich; Curtis C. Prof. Sandy Johnson; Daniel B. Salt Lake City Utah Raemer; Dwayne R. Prof. Salt Lake City Westenskow
Original assignee: University of Utah
Current assignee: University of Utah
Priority date: 1978-05-03
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1984-07-26
Also published as: US4211239A; DE2819841A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Situationen, in denen prämature oder termingerecht geborene Kinder, weniger als ein Jahr alt, Beatmungsunterstützung benötigen, :reten spezielle Probleme auf, die sich von denen in gebräuchlichen Systemen zur Beatmung Erwachsener unterscheiden. Da die Alemvolumenänderungen in nconatalen Systemen wesentlich geringer sind (0,7—2,7 l/min) können vorbekanntc Verfahren, welche nach dem Gewicht steuern, nicht leicht für diesen Anwendungszweck angepaßt werden. Außerdem entstehen durch die hohe Atemgeschwindigkeit (20—60 Atemzüge/min) und das geringe Atemzugvolumen (7—10 ml/kg) der Neugeborenen zusätzliche Probleme für die Konstruktion eines Beatmungssystems, welches in der Lage sein soll, den Sauerstoffverbrauch zu überwachen.

Weitere Beschränkungen ergeben sich für die Kinder mit einem Atemnotsyndrom RDS (Respiratory Distress Syndrome) insofern, als diese Kinder stets unter dauerndem Überdruck gewöhnlich im Bereich von 3—5 mm Hg beatmet werden müssen. Diese CPAP-Bealmung (Continuous Positive Airway Pressure) ist in solchen Fällen erforderlich, um die funktionell Residualkapazitäi zu steigern, um die Compliance der Lungen zu verbessern und um Atelektasen zu verhindern. Bei ernsthaftem RDS und RDS mit Pneumonie wird das Neugeborene allgemein unter CPAP mit unterbrochener Zwiingsbeatmung IMV (Intermittent Mandatory Ventilation) gehalten. Ein wirkungsvolles Beatmungssystcm für Neugeborene muß zur Erfüllung der oben genannten Voraussetzungen eine große Strömungsmenge von mit Sauerstoff angereicherter Luft (5— 15 l/min) abgeben, welche durch den Endotrachcaltubus des Kindes geführt wird, so daß dieses stets Frischluft einatmet.

In Fig. 1 ist eine bekannte Beatmungsvorrichtung, der sogenannte Babybird-Respirator dargestellt, bei der mit positivem endexspiratorischem Druck CPAP- und CPAP-IMV-Beatmungsverfahren durchgeführt werden können, wobei in der ringförmigen primären Strömungsleitung eine hohe Strömungsmenge von mit Sauerstoff angereicherter Luft geführt wird. In dieser Beatmungsvorrichtung ist jedoch keine Vorkehrung getroffen, um die von dem Neugeborenen ausgeatmete Luft getrennt wieder aufzufangen, wodurch die Sauerstoffaufnahme wirksam überwacht werden könnte. Die Einatmung und die Ausatmung erfolgen ventilfrei aus bzw. in die ringförmige Strömungsleitung. Die Rückführung der ausgeatmeten Luft in die Strömungsleitung ist in solchen Systemen wesentlich, um den konstanten positiven Druck innerhalb des Beatmungssystems aufrecht zu erhalten. Es ist daher, obwohl ein intermittierender Zusatz von geringen Volumina ausgeatmeter Luft zu der kontinuierlichen Strömung mit hohem Durchsatz und hohem Sauerstoffgehalt in der primären Strömungsleitung durchgeführt wird, kein Vergleich des Sa>_-erstoffgehaltes vor und nach der Einatmung möglich.

In der DE-OS 15 66 171 ist eine Vorrichtung zum Messen des Sauerstoffverbrauchs und der Kohlendioxidabgabe eines Lebewesens beschrieben. Diese Meßvorrichtung mit einer ringförmigen aus zwei Zweigen bestehenden Strömungsleitung enthält im Einatmungszweig eine Einspeisung von Sauerstoff aus einem Vorratsbehälter. Die Strömungsleitung ist mit dem gemeinsamen Ein- und Ausatmungskanal über Einwegventile verbunden. Bei der vorbekannten Meßvorrichtung kann wegen der fehlenden Sauerstoff-Nachförderung keine kontinuierliche Beatmung und Messung ausgeführt werden. Das Meßgerät erscheint außerdem wegen des großen Totraumes in der Ventilanordnung des Beatmungskanals für Neugeborene nicht verwendbar.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystem für Neugeborene zu schiffen, welches eine kontinuierliche Messung der Sauerstoffaufnahme und eine entsprechende Nachförderung von Sauerstoff entsprechend dem gemessenen Verbrauch ermöglicht. Außerdem soll der Beatmungskanal einen möglichst geringen Totraum aufweisen und die Aufrechterhaltung von Überdruck in der ringförmiger· primären StrömungsleiKng und im Beatmungskanal ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt mit den Mitteln des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Sauerstoffvcrbrauchsiiberwachungssystem, welches die Messung des Saucrstoffverbriiuchs oder der Ss'jerstoffaufnahmc bei Neugeborenen ermöglicht, bietet gravierende Vorteile. So kann beispielsweise die Geschwindigkeit der Metabolisierung überwacht werden, weil diese direkt mit dem Sauersloffverbrauch zusammenhängt. Bisher ist die Bildungsgeschwindigkeit der Metaboliten durch die Messung von Hauttemperaturproben bestimmt worden Das offensichtliche zeitliche Nachhinken und die potentielle Ungenauigkeit dieser Methode machen den besonderen Vorteil der Messung der Metabolisierung über den Sauerstoffverbrauch einsichtig.

Eine weitere Notwendigkeit zur Messung des Sauerstoffverbrauchs ergibt sich bei Kindern, welche ein Lungenleiden haben und daher mit einer gesteigerlen eingeatmeten SauerstoFffraktion F102 (entsprechend der inspiratorischen (VKonzentration) beatmet werden müssen. Eine zu hohe Sauerstofffraktion Fim kann jedoch äußerst toxisch wirken und die Lungen zerstören. Durch die Überwachung der Sauerstoffaufnahme läßt sich der Wert von F/02 auf ein optimales Niveau absenken, ohne daß eine Gefährdung des Kindes eintritt.

Kinder mit RDS, die unter CPAP beatmet werden, können sowohl in einen Zustand geraten, der als alveoläres Recruitment bezeichnet wird, als auch in den oben genannten Anstieg der Lungen-Compliance und der funktioneilen Residualkapazität. Bei den vorbekannten Beatmungsvorrichtungen sind die CPAP-Einstellungen für Neugeborene willkürlich und müssen erst durch Probieren festgelegt werden. Eine Festlegung von CPAP bei zu hohen Einstellwerten kann alveoläre Überdehnungen oder sogar einen Abfall der Lungen-Compliance mit entsprechendem Abfall der alveolären Ventilation herbeiführen, so daß das Kind dann angestrengter atmet, um die alveoläre Ventilation aufrecht zu erhalten. Durch eine Überwachung des Sauerstoffverbrauchs bei verschiedenen CPAP-Einstellwerten kann der optimale Druck im Atemwe^ bestimmt werden. wodurch sich die oben genannte« unerwünschten Nebeneffekte vermeiden lassen.

Schließlich müssen Kinder mit schwerer RDS, RDS mit Pneumonic bronchopulmonaler Dysplasie etc. mit CPAP und intermittierender vorgeschriebener Beatmung (IV.V) behandelt werden. Die Auswahl der optimalen I MV-Einstellungen am Beatmungsgerät ist sehr schwierig, weil hierbei viele Parameter berücksichtigt werden müssen, z. B. der Druck in der, Luftwegen, das Ein- bzw. Ausatmungsverhältnis. IMV und CPAP. Bei den vorbekannten Systemen wurden die CPAP-IMV-Einstellungen durch Probieren nach Blutgasanalysen des Kindes festgelegt. Die direkte Überwachung des Sauerstoffverbrauchs ergibt jedoch eine direktere Analyse zur Ermittlung der optimalen Bedingungen und Einstellungen.

Eine in dem Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystem vorteilhaft verwendbare Ventilanordnung bildet den Gegenstand der Ansprüche 2,3, 7 und 8. Hierzu ist darauf hinzuweisen, daß ein sandwichartiger Aufbau mit übereinanderliegenden plattenförmigen Bauelementen, welche Verbindungsleitungen bzw. Ventilelemente enthalten, bereits in der DE-OS 19 41 304 beschrieben ist. Dort handelt es sich um einen Mehrfachschalter zum Verbinden und Trennen von Gasleitungen, der in dem hier vorgesehenen Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystem nicht verwendbar ist.

Die Ansprüche 4 und 5 betreffen die besondere Ausbildung der Sauerstoffsensoren, und im Anspruch 6 ist die Kombination der Mischkammer mit CO₂-Abscheidung und Trocknung enthalten.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigt

F ig. 1 ein Strömungsschaltbild einer Beatmungsvorrichtung nach dem S'ande der Technik zur beatmung von Neugeborenen (Babybird-Respirator),

F i g. 2 ein Blockdiagramm des Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystems gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine Ausführungsform einer Mischkammer zur Verwendung in Verbindung mit dem Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystem nach F i g. 2,

F i g. 4 eine in Verbindung mit dem Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystem nach F i g. 2 verwendbare Ventilanordnung in perspektivischer Darstellung,
Fi g. 5 eine explodierie Ansicht der Ventilanordnung

f>5 nach F i g. 4,

F i g. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 4 durch die Ventilanordnung mit abgenommenen flexiblen Kappen jowie mit eingefügten Dimrnsionierunsrs-

Vorschriften,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Ventilanordnung nach Fig. 4, ebenfalls unter Einschluß von Dimcnsionierungsangaben.

Unter Bezug auf die Zeichnung Fig. 2 —7 soll die Erfindung nachfolgend ausführlicher beschrieben werden.

Die grundsätzliche Wirkungsweise des Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystems zur Messung der Sauerstoffaufnahme von Neugeborenen ist in F i g. 2 dargestellt. Eine Beatmungsvorrichtung 10, welche Möglichkeiten für CPAP und CPAP-IMV besitzt, ist mit einer ringförmigen primären Strömungsleitung 11 versehen. Das Überwachungssystem kann an sich zur Verwendung mit verschiedenen Überdruckbeatmungsvorrich- i^ri tungen unter hohem Durchsatz angepaßt werden, jedoch hat sich die in Fig. I gezeigte vorbekanntc Beatmungsvorrichtung. weiche unter dem Firmennamen Babybird-Respirator bekannt ist, als sehr wirkungsvoll erwiesen.

Die primäre Strömungsleitung 11 enthält einen Durchflußkanal 12, welcher einen ersten Zweig dieser primären Strömungsleitung 11 bildet. Der Durchflußkanal 12 steht mit einem sekundären Auslaß 13 in Verbindung, der bei der Einatmung einen Sauerstofffluß zum Neugeborenen 14 ermöglicht. Dieser Auslaß 13 wird wegen seiner unterbrechungsfreien Wirkung in bezug auf die primäre Strömungsleitung 11 als »sekundärer Auslaß« bezeichnet. Die Funktion der primären Strömungsleitung besteht darin, einen Vorrat von frischem Sauerstoff zu bilden, welcher unter im wesentlichen konstanten Druck etwas oberhalb Atmosphärendruck gehalten werden kann.

Die Strömung durch den sekundären Auslaß 13 wird über ein Einweg-Einlaßventil 15 gesteuert, welches den J5 Durchfluß bei der Einatmung des Neugeborenen 14 erlaubt. Diese Einatmung bewirkt den Zufluß von frischem Sauerstoff aus der primären Strömungsleitung 11 durch das Einweg-Einlaßventil 15 in den in einem Zeichnungsausschnitt vergrößert dargestellten Beatmungskanal 16. Dieser Beatmungskanal 16 kann mit einem endotrachealen Tubus mit angeschlossener Manschette oder mit einem anderen geeigneten Luftführungselement verbunden sein, welches den Lungen des Neugeborenen Sauerstoff zuführt.

Bei der Ausatmung des Neugeborenen fließt die Luftströmung aus dem Beatmungskanal 16 durch einen Auslaß 17. Die Strömung durch diesen Auslaß 17 wird durch ein Einweg-Auslaßventil 18 gesteuert. Dabei ist es notwendig, daß jedes der entsprechenden Einweg-F.inlaß- und Auslaßventile 15, 18 in seiner Schließposition gegenüber den entsprechenden Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen vorgespannt ist. Eine solche Gestaltung erzeugt einen Strömungsfluß bei der Einatmung in der einen Richtung durch das Einweg-Einlaßventil 15 und in der entgegengesetzten Richtung durch das Einweg-Ausiaßventil 18.

Eine Kammer !9, die sich zwischen den entsprechenden Einweg-Ein- und Auslaßventilen 15, 18 und dem Beatmungskanal 16 befindet, soll so klein wie möglich bo gemacht werden, um den unerwünschten Toiraum zu verringern. Dieser Totraum führt dazu, daß das Kind bereits ausgeatmete Luft wieder einatmet, wobei die Sauerstoffzufuhr vermindert wird.

Außerdem entstehen durch einen solchen Totraum h5 Fehler in der Messung der Sauerstoffaufnahme, und es läßt sich sagen, daß der Totraum allgemein die Wirksamkeit des Beatmungssysiems herabsetzt. Dieses soeben erläuterte Problem des Totraums tritt bei der vorbekannten Ausführung nach F i g. 1 weniger schwerwiegend in Erscheinung, weil in dem dort angeschlossenen Beatmungskanal 20 keine die Strömung steuernden Ventile vorhanden sind.

Während der Ausatmung des Neugeborenen tritt die Strömung aus dem Auslaß 17 in einen Ausatmungskanal 21 ein. welcher die ausgeatmete Luft in eine Mischkammer 22 leitet, in der die Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs vorbereitet wird. Diese Mischkammer 22 und damit verbundene den Sauerstoffverbrauch überwachende Elemente sind in F i g. 2 im Blockschema dargestellt und in ihrer tatsächlichen strukturellen Ausführung in F i g. 3 beschrieben.

Die ausgeatmete Luft tritt durch einen Einlaß 23 der Mischkammer 22 in einen ersten Behälter 24 ein, der einen COj-Abscheider zur Entfernung des ausgeatmeten COi c'tiinüU. in liiin'i ersten Behälter 24 wird Über einen Saucrstoffeinlaß 25 eine der Auffrischung des Gasgemisches dienende Sauerstoffkomponente zugeführt und dieses Gasgemisch nach Durchmischung zur Trocknung in einen zweiten Behälter 26 weitergeleitet. Der überwiegende Anteil des getrockneten Mischgases strömt über einen Auslaß 27 in die primäre Strömungsleitung 11 der Beatmungsvorrichtung 10 zurück. Der Betrag an Sauerstoff, welcher durch den Sauerstoffeinlaß 35 in den ersten Behälter 24 eingebracht wird, bestimmt sich durch die Ausgabewerte von Sauerstoffsensoren 28, 29, welche Gasproben aus dem Durchflußkanal 12 der primären Strömungsleitung 11 und aus dem zweiten Behälter 26 vergleichend analysieren.

Um den Vergleich des Sauerstoffgehaltes der eingeatmeten Luft gegenüber dem der ausgeatmeten Luft durchführen zu können, werden aus jeder Fraktion Proben gezogen und dem entsprechenden Sauerstoffsensor 28'bzw. 29 zugeführt. Die Sauerstoffsensoren arbeiten als polarographische Meßwertaufnehmer. Die Arbeitsräume der Sensoren werden von außerhalb über relativ große Durchlässe 30, 31 belüftet, so daß im Sensor jeweils ein vernachlässigbarer Druckabfall eintritt. Dieses Paar von gesteuerten Auslaßwegen unterbricht wegen der relativ geringen Leckgröße den im System entwikkelten konstanten positiven Druck nicht.

Wie in Fig.3 in Einzelheiten gezeigt enthält die Mischkammer 22 ein Bauelement, welches dem getrockneten, zur Einatmung bestimmten Gas den Austritt hinter den beiden Sauerstoffsensoren 28,29 in Leckstellen 32,33 ermöglicht (gezeigt als gestrichelte Linien durch die Magnetventile 34), während das ausgeatmete Gas durch ein Dreiwegsteuerventil ausgeschlossen ist. Diese Anordnung wird dazu benutzt, um die Sensoren zu kalibrieren, und zwar dadurch, daß man sie gleichzeitig derselben Fraktion von eingeatmeter Luft aussetzt und dann elektronisch die Fehlerabweichung eines oder beider Sauerstoffsensoren speichert. Die Meßwertabweichung der beiden Sauerstoffsensoren 28,29 wird später dazu benutzt, um den Sauerstoffersatz im Hinblick auf den exakten Wert zu korrigieren. In Fig.2 ist diese Anordnung durch einen Schaltblock dargestellt, weleher die Bezeichnung »Driftkontrolle« aufweist und eine Vorrichtung zur Fehlerermittlung und Speicherung enthält. Der Betrag an Sauerstoff, welcher durch den Sauerstoffeiniaß 25 in den ersten Behälter 24 eingebracht wird, ist bestimmt durch den Betrag des Fchiersi· gnals. welches zwischen beiden Sauerstoffsensoren auftritt (vgl. F i g. 2). Über eine proportionale und zusätzlich integrale Regelung führt ein präzisionssteuerbarcs Sauerstoffzufuhrelemeni Sauerstoff zu. bis eine Null-

Anzeigedifferenz zwischen dem Sauerstoffgehalt der eingeatmeten und der ausgeatmeten Fraktion festgestellt wird.

Die Ventilanordnung ist in Fig.2 allgemein dargestellt. Sie enthält ein Dreikammergehäuse 35, dessen eine erste Kammer 36 mit der primären Strömungsleitung ·'- verbunden ist. Eine /weile Kammer 37 steht mit dem AuälaBkanal 21 in Verbindung, der zur Mischkiimmereinheit 22 führt. Die dritte Kammer 19, die unabhängig mit der ersten und zweiten Kammer 35 und 37 verbunden werden kann, enthält den Anschluß des Beatmungskanals 16, welcher zu den Lungen des Neugeborenen führt.

Eine konstruktive Ausführungsform des Dreikammergehäuses und der zugehörigen Ventilteile wird in den Fig.4—7 beschrieben. In diesen Figuren ist eine den Einlaß und den Auslaß steuernde Ventilkombination mit einem dreiteiligen Gehäuse 39 durgssieüi. !n F i g. 5 ist erkennbar, daß ein erster Gehäuseteil 40 Ausnehmungen 41, 42 enthält, welche den oben erwähnten ersten und zweiten Kammern 36, 37 entsprechen. Die erste Kammer 41 enthält einen Abschnitt der primären Strömungsleitung 11 und den oben angegebenen sekundären Auslaß 43 aus der primären Strömungsleilung. Dieser sekundäre Auslaß 43 wirkt als eine zusätzliche öffnung in der primären Strömungsleitung 11, um damit einen Strömungsweg für dem Neugeborenen zuzuführende Frischluft herzustellen. Zusätzlich enthält der erste Gehäuseteil eine ebene Kontaktfläche 45, welche zur Abdichtung gegenüber dem verbleibenden Gehäuseteil dient sowie zum teilweisen Einschluß der ersten und zweiten Kammer, die sich in diese ebene Kontaktflache 45 öffnen, so daß sie mit den Einweg-Einlaß- und Auslaßventilen in Verbindung gebracht werden können.

Die oben angegebene dritte Kammer ist in einem zweiten Gehäuseteil 46 ausgeformt Diese Kammer besteht aus einer flachen kanalartigen Ausnehmung 47, die in einer ebenen Stirnfläche 48 des zweiten Gehäuseteils 46 angebracht ist. Die kanalartige Ausnehmung 47 ist zur Vermeidung des unerwünschten Totraumes mit geringem Volumen hergestellt. Sie erstreckt sich über eine bestimmte Länge auf der ebenen Stirnfläche 48, so daß sie über einem Teil der ersten Kammer 41 und der zweiten Kammer 42 in der ebenen Kontaktfläche des ersten Gehäuseteils 40 angeordnet werden kann. Diese Ausbildung ermöglicht die gemeinsame Kopplung der ersten und zweiten Kammer mit der dritten Kammer.

Ein dritter plattenartigcr Gehäuseteil 49 liegt sandwichartig zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil. Er besteht aus einem plattenartigen Element mit gegenüberliegenden Kontaktflächen 50 und 51. Dieser dritte Gehäuseteil enthält ein Einlaßventil 52, welches in einer Sitzposition gegenüber einer Aussparung 53 in dem plattenartigen Gehäuseteil 49 vorgespannt ist Das Einlaßventil 52 sitzt auf einem Wulstteil 54, welcher die Aussparung 53 umschließt und zwar derart, daß nur eine in einer Richtung verlaufende Strömung von der primären Strömungsleitung durchgelassen wird. Diese Einlaßströmung wird durch die Einatmung des Neugeborenen hervorgerufen.

Ein Auslaßventil 55 ist ebenfalls in dem dritten Gehäuseteil 49 vorgesehen und in seiner Schließlage gegen einen anderen Wulstteil 56 auf der gegenüberliegenden Seite des plättenartigen Elementes 49 vorgespannt. Das Auslaßventil 55 ist deshalb an der gegenüberliegenden Seite des plattenartigen Gehäuseteils 49 angebracht, um eine umgekehrte, ebenfalls nur in einer Richtung verlaufende Strömung während des Ausatmungsvorganges des Neugeborenen hervorzurufen und liegt in Reihe mit der zweiten Kammer 42 des Ausatmungskanals, wodurch die Ausatmung des Kindes in die Mischkammer zur Analyse des Sauerstoffverbrauchs möglich wird.

Mit den drei Teilen des Vcntilgehäuses, welche an den gegenüberliegenden ebenen Stirnflächen des ersten und zweiten Gehäuseteil* in Trennebenen miteinander verbunden sind, wird die gesamte Luftströmung zum und vom Neugeborenen in der oben angegebenen Weise auf

ίο die entsprechenden drei Kammern beschränkt. Die Kammern können unterschiedliche Formgestaltungen und Volumina aufweisen. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in den F i g. 6 und 7 angegeben. Die Volumina der ersten und zweiten Kammer sind nicht kritisch, dagegen ist das Volumen der dritten Kammer signifikant, weil es den innerhalb der Ventilkombination wirksamen Totraum darstellt. Das Volumen der dritten Ksrrimcr se!! daher wie bereits erwähnt auf ein Minimum reduziert werden, damit die oben angegebenen nachteiligen Wirkungen vermieden werden. Ein maximales Volumen von 2 cm¹ kann betrieblich zulässig sein. Das bevorzugte Volumen dieser dritten Kammer liegt jedoch bei annähernd 1 cm^J.

Bei der konstruktiven Ausbildung können verschiedene Werkstoffe einschließlich Kunststoffe verwendet werden, welche durch Injektionsspritzen in die entsprechende Raumform gebracht werden. Für das Ventilmaterial sollen hochbiegsame Werkstoffe verwendet werden, wie sie als Standard für Ventilklappen in Beatmungsgeräten bekannt sind. Es ist von wesentlicher Bedeutung, den niedrigst möglichen Strömungswiderstand für die Luftströmung zu erreichen, um dadurch zusätzliche Kraftanstrengungen während des Atmungsvorganges bei dem Neugeborenen zu vermeiden. Die in Verbindung mit der angegebenen Ausführungsform verwendeten Ventile waren Standardausführungen von Vb inch Atemventilen, welche während der Beatmungsunterstützung einen sehr geringen Strömungswiderstand boten.

Mit der bevorzugten Ausführungsform, wie sie hier mit Dimensionierungsangaben beschrieben ist. sind Testuntersuchungen durchgeführt worden, und diese haben beim Anschluß an Beatmungssysteme für Neugeborene außergewöhnlich günstige Ergebnisse gezeigt.

So wurde beispielsweise in einer Reihe von 36 Experimenten ein geringer Meßfehler bei VO> (Minutenvolumen der Sauerstoffaufnahme des Patienten) von nur 3% festgestellt, beim Standardvergleich des gemessenen VO2 mit dem idealen VO2. Dies entspricht einem Korrelat'onskoeffizienten zwischen den berechneten und den beobachteten VO₂-Werten von 0395 und einer geringen quadratischen Abweichung von der Regression von nur 836 cm^J/min. Die Ansprechgeschwindigkeit des untersuchten Systems lag in der Größenordnung von 20 Sekünden.

Die hauptsächlichen Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:

I. Das Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystem für Neugeborene erlaubt eine dynamische Bestimmung der Sauerstoffaufnahme in einen offenen oder geschlossenen unter Druck stehenden Atemkreis.

2. Die Sauerstoffaufnahme wird durch eine Nachfülltechnik bestimmt, weiche den Gebrauch von Spirometem. Strömungsmessern oder anderen das Volumen, die Strömung oder den den Druck messenden

Vorrichtungen im Gasstrom vermeidet.

':'■ 3. Nachdem ein stabiler Zustand erreicht ist, kann die

," Sauerstoffaufnahme kontinuierlich über einen be-

;l_ liebig langen Zeitraum gemessen werden.

Γ} 4. Es wird eine Rückkopplungstechnik angewandt,

·, j welche die Bestimmung von Absolutwerten der

■ j Gaskonzentrationen überflüssig macht, weil die der .ι Sauersroffkonzentration entsprechenden Signale in i.;' einem Nullvergleich zur Erlangung der Saucrstoff-

y\ verbrauchsgröße verwendet werden.

$·. 5. Das System verfügt über Mittel, um das ausgeat-

■ ;| mete Gas mit Sauerstoff zu mischen. COj und Was-}| serdampf zu entfernen, wobei an den Saucrstoffi'| sensoren nur ein geringes Prüfleck gebildet ist. Die-

i| ses System ermöglicht genaue Messungen bei einer is

großen Anzahl von Variationsmöglichkeiten der Strömung, der Drücke, dem Atemtypus und der therapeutischen Maßnahmen ohne unerwünschte \i Beeinträchtigung.

$ 6. Die Ventilanordnung mit geringem Totraum bildet

!'* das Mittel, um das gesamte ausgeatmete Gas in das

iii Meßsystem zu leiten, ohne daß dabei ein exzessiver

,:■> Ausatmungs- oder Einatmungswiderstand bzw.

•|{ Totraum gegenüber dem Kind eintritt.

fr*. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

1

30

35

40

50

55

b0

ΐ

Claims

Patentansprüche:

1. Sauerstoffverbrauchsüberwachungssystem zur Messung der Sauerstoffaufnahme bei Neugeborenen, mit einer Beatmungsvorrichtung (10) mit positivem endexspiratorischem Druck in einer ringförmigen primären Strömungsleitung (It), an die ein im Einatmungs- und Ausatmungsvorgang wirksamer Beatmungskanal (16) über Einwegventile (15,18) angeschlossen ist, und bei dem die ausgeatmete Luft in die primäre Strömungsleitung (11) zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Einweg-Einlaß- und Auslaßventile (15, 18) enthaltende Ventilanordnung vorgesehen ist, bei der die jeweils einen entgegengesetzten Strömungsweg freigebenden Ventile (15,18) auf der einen Seite gemeinsam mit dem Beatmungskanal (16) und auf ihrer andere«; Seite getrennt zum einen mit einem sekundären Auslaß (13) der primären Strömungsleitung (11) und zum anderen mit einem Ausatmungskanal (21) verbunden sind, so daß der Beatmungskanal (16) und damit der Lungenbereich im Einatmungsdurchgangsweg mit der primären Strömungsleitung (11) durch das Einlaßventil (15) und im Ausatmungsdurchgangsweg über das Auslaßventil (18) mit dem Ausatmungskanal (21) verbunden wird,

daß in Verbindung mit der primären Strömungsleitung (11) und mit dem Ausatmungskanai (21) Meßelement f (28, 29) zur Messung der Sauerstoffkonzentration des eingeatmeten und des ausgeatmeten Gases vorgesehen sind.

daß diese Meßelemente (28, 29) aus der Differenz beider Meßwerte ein Steutrsignal bilden, mit dem Steuerelemente angesteuert werden, welche die verbrauchte Sauerstoffmenge in einer mit dem Ausatmungskanal (21) einseitig verbundenen Mischkammer (22) ersetzen,

wobei die ersetzte Sauerstoffmenge der verbrauchten Menge entspricht, und daß das regenerierte Gasgemisch über <;inen Rückführungskanal aus der Mischkammer (22) in die primäre Strömungsleitung (11) eingeführt wird (F ig. 2).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekcnnzeichnet, daß die Ventilanordnung ein dreiteiliges Gehäuse (40,46,49) aufweist, mit einer ersten Kammer (41), welche in die primäre Strömungsleitung (11) zwischengeschaltet ist, sowie mit einer zweiten Kammer (42) in Verbindung mit dem Ausatmungskanal (21) und mit einer dritten Kammer (47), welche mit dem Beatmungskanal (16) in Verbindung steht,

daß die Ventile (15,18) von entgegengesetzter Strömungsrichtung derart angeordnet sind, daß beim Einatmungsvorgang die ersle Kammer (41) mit der dritten Kammer (47) und beim Ausatmungsvorgang die dritte Kammer (47) mit der zweiten Kammer (42) verbunden wird,

daß beide Ventile (15, 18) in der Schließendlage unter Vorspannung stehen, und tot) daß das Kammervolumcii der dritten Kammer (47) wesentlich geringer ist als die Volumina der ersten und zweiten Kammer (41,42).

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Kammer (41, 42) in h^r> einem ersten Gehäuseteil (40) mil einseitigen Öffnungen in einer Trennflächc vorgesehen sind,

daß die dritte Kammer (47) als Ausformung in der Trennfläche eines zweiten Gehäuseteils (46) ausgeformt ist, und

daß zwischen beiden Trennflächen ein plattenartiges Zwischenstück (49) angeordnet ist, in dem die einen entgegengesetzten Strömungsweg freigebenden Ventile angeordnet sind.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelemente zum Vergleich der Sauerstoffkonzentrationen polarographische Sauerstoffsensoren (28,29) sind.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit den Sauerstoffsensoren (28, 29) Leckstellen von geringem Durchlaß vorgesehen sind.

6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine COr Abscheidevorrichtung (24) und ein Trockner (26) in Verbindung mit der Mischkammer (22) den Sauerstoffsensoren (28, 29) vorgeschaltet sind.

7. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der dritten Kammer (47) unterhalb von 2 cm³ liegt.

3. System nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßventile (15,18) Gummiventilklappen aufweisen, welche in Sitzposition auf dem sanowichartig zwischengeschalteten Zwischenstück (49) wechselweise während Ausatmung und Einatmung ruhen.