DE3247104C2 - - Google Patents
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Description
Die Möglichkeit einer Bestimmung der Zusammensetzung des Atmungsgases
in den Lungenalveolen eines Patienten ist in der Medizin von
großem Interesse. Der Hauptgrund dafür ist, daß Patienten dann bei
der Intensivpflege und während der Narkose besser überwacht werden
können und die Behandlung besser ihrem Zustand angepaßt werden kann.
Auf dem Gebiet der physiologischen Forschung wird die Zusammensetzung
des Atmungsgases bestimmt, damit unter anderem verbesserte
Diagnosemethoden bereitgestellt werden können. Komponenten, deren
Konzentration im Gas in erster Linie von Interesse ist, sind CO₂,
O₂ und gasförmige Narkosemittel, wie N₂O, Halothan usw. Es muß möglich
sein, die Konzentration dieser Komponenten kontinuierlich und
mit möglichst kurzer Reaktionszeit zu messen, damit rasche Konzentrationsänderungen
der interessierenden Komponente erfolgreich bestimmt
werden können. Beispielsweise kann die von einem Patienten verbrauchte
Menge Sauerstoff (O₂) durch Messen des O₂-Gehaltes des eingeatmeten
und ausgeatmeten Gases bestimmt werden.
Die einzige Stelle, an der praktisch die Konzentration einer gegebenen
Komponente eines von einem Patienten ein- oder ausgeatmeten Gasgemisches
bestimmt werden kann, ist die Gasleitung, die mit den Luftwegen
des Patienten verbunden ist und durch die die ein- und ausgeatmeten
Gase strömen, unmittelbar vor dem Mund des Patienten. Eine
solche Bestimmung könnte - mindestens für bestimmte Gaskomponenten -
mit Hilfe eines Meßwertgebers ausgeführt werden, der im Weg des
durch die Leitung strömenden Gases angeordnet wird. An einem solchen
Meßwertgeber müßten jedoch hohe Anforderungen gestellt werden; er
müßte klein und leicht sowie beständig gegen alle Arten von Behandlungen
einschließlich Reinigung und Sterilisation sein. Deshalb zieht
man es vor, einen Teil des durch die mit den Atmungswegen des Patienten
verbundene Leitung strömenden Atmungsgases an einer Stelle unmittelbar
vor dem Mund des Patienten zu entnehmen und diesen Teilstrom
einem Gerät zur Bestimmung der Konzentration der interessierenden
Gaskomponente des Gasgemisches zuzuführen. Bei Anwendung dieser
Meßmethode darf jedoch nur ein verhältnismäßig kleiner Teilstrom des
Gases entnommen und dem Meßgerät zugeführt werden. Darüber hinaus
muß das Gesamtvolumen des abgezweigten Gases zwischen Anzapfstelle
und Meßgerät klein und die Zeitspanne, in der das entnommene Gas zum
Meßgerät gelangt, kurz sein, damit eine rasche Messung erhalten wird
und nicht die Gefahr besteht, daß sich verschiedene Teile des entnommenen
Atmungsgasgemisches vermischen, bevor der Gasstrom das Meßgerät
erreicht. Anderenfalls können rasche Änderungen der Konzentration
der interessierenden Gaskomponente nicht zufriedenstellend gemessen
werden.
Ein schwieriges Problem bei der Ausführung dieses Verfahrens besteht
darin, daß die relative Feuchtigkeit des zu Meßzwecken entnommenen
Gasgemisches zwischen einem Wert nahe bei Null und 97%, die Temperatur
zwischen Raumtemperatur und etwa 35°C schwanken kann. Dies
bedeutet, daß die Menge des in dem entnommenen Gasgemisch enthaltenen
Wasserdampfs in weiten Grenzen schwanken kann, was zahlreiche
Schwierigkeiten zur Folge haben kann.
Bei konstantem Gesamtdruck des Gasgemisches führen Änderungen der
relativen Feuchtigkeit des zu Meßzwecken entnommenen Gasgemisches
natürlich zu entsprechenden Änderungen der Teildrücke aller anderen
Gaskomponenten. Andererseits sind Temperatur und relative Feuchtigkeit
in der Lunge des Patienten konstant. Infolgedessen müssen die
für eine interessierende Gaskomponente oder für Gaskomponenten erhaltenen
Meßwerte auf den in der Lunge des Patienten bestehenden Zustand
umgerechnet werden. Dies erfordert komplizierte Messungen der
momentanen Temperatur und Feuchtigkeit des dem Meßgerät zugeführten
Gasstromes. Dieses Problem besteht natürlich auch dann, wenn das
Meßgerät selbst gegenüber Schwankungen des Wasserdampfgehaltes unempfindlich
ist, da Änderungen des Wasserdampfgehaltes des Gasgemisches
Änderungen des Gehaltes aller anderen Komponenten zur Folge haben,
wenn der Druck des Gemisches konstant ist.
Die Schwierigkeiten sind naturgemäß noch größer, wenn das Meßgerät
gegenüber Wasserdampf empfindlich ist, so daß Messungen der interessierenden
Gaskomponente oder Gaskomponenten durch die Gegenwart
von Wasserdampf im Gasgemisch gestört werden. Dies ist beispielsweise
der Fall bei Gaskonzentrationsmeßgeräten, die einen Kristalloszillator
enthalten, dessen Kristall mit einer Beschichtung versehen ist,
die die zu messende Gaskomponente oder Gaskomponenten, z. B. ein
Narkosegas, aber auch Wasserdampf absorbiert, so daß der Wasserdampfgehalt
des Gasgemisches das Meßergebnis beeinflußt. Ein anderes Beispiel
sind Meßgeräte, die auf der IR-Absorption beruhen und unter
anderem zur Bestimmung der CO₂-Konzentration verwendet werden. Die
derzeit gebräuchlichen Geräte arbeiten mit einer Wellenlänge von etwa
4,3 µm, was bedeutet, daß die Messung durch die Gegenwart von N₂O
und O₂ in dem Gasgemisch gestört wird. Es wäre deshalb vorteilhaft,
wenn eine Wellenlänge von etwa 2,6 µm benutzt werden könnte, für die
viele gute IR-Strahlungsmeßgeräte zur Verfügung stehen. Bei dieser
Wellenlänge wird die Messung jedoch durch Schwankungen des Wasserdampfgehaltes
in dem Gasgemisch stark gestört.
Eine andere Schwierigkeit, die auftreten kann, wenn die relative
Feuchtigkeit und die Temperatur des zu Meßzwecken entnommenen Gasgemisches
hoch sind, ist das Auskondensieren von Wasser in der zu dem
Meßgerät führenden Schlauch- oder sonstigen Leitung und/oder im Meßgerät
selbst, wodurch eine Verstopfung der Leitung bzw. eine Beschädigung
des Meßgerätes eintreten kann.
Diese Schwierigkeiten lassen sich durch Trocknen des zu Meßzwecken
entnommenen Gasgemisches vor dem Zuführen zum Meßgerät verringern.
Zum Trocknen des Gasgemisches kann man entweder das in dem Gasgemisch
enthaltene Wasser auskondensieren und das Kondensat in einem
Abscheider auffangen oder das Gasgemisch durch ein Trocknungsmittel
leiten, das den in dem Gasgemisch enthaltenen Wasserdampf absorbiert,
so daß in beiden Fällen ein im wesentlichen trockenes Gasgemisch dem
Meßgerät zugeführt wird. In der Praxis haben sich jedoch beide Lösungen
des Problems als undurchführbar oder höchst unpraktisch erwiesen.
Beispielsweise muß der Wasserabscheider oder die Trocknungsvorrichtung
regelmäßig gewartet werden, was von den Benutzern der
Meßeinrichtung als sehr störend empfunden wird. Ein noch schwerwiegenderer
Nachteil dieser Lösungen ist jedoch der Umstand, daß die
Gegenwart eines Wasserabscheiders oder einer Trocknungsvorrichtung
zu einer Vergrößerung des Gasvolumens zwischen Anzapfstelle und Meßgerät
und auch zur Verlängerung der Zeitspanne führt, in der das Gas
von der Anzapfstelle zum Meßgerät gelangt, was, wie erwähnt, eine
Verlängerung der Reaktionszeit beim Messen zur Folge hat, so daß
rasche Konzentrationsänderungen der interessierenden Gaskomponente
nicht leicht festgestellt werden können. Diese Schwierigkeiten kann
nur durch Vergrößerung des zu Meßzwecken entnommenen Gasstromes behoben
werden. Eine solche Vergrößerung des zu Meßzwecken entnommenen
Gasstromes ist aber nicht wünschenswert, da nur ein kleiner Teil des
vom Patienten ein- und/oder ausgeatmeten Gasvolumens für Meßzwecke
abgezweigt werden soll und dieses Gesamtvolumen, z. B. bei der Behandlung
von Kindern, selbst schon klein sein kann.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zum
Messen der Konzentration einer oder mehrerer
Komponenten in einem von einem Patienten ein- und/oder ausgeatmeten Atmungsgas
anzugeben, bei dem ein kleiner Teil des durch eine mit den
Luftwegen des Patienten verbundenen Atmungsgasleitung strömenden
Gases kontinuierlich entnommen und einem für die
Komponente oder Komponenten empfindlichen Meßgerät zugeführt
wird und das die vorstehend dargelegten Nachteile nicht aufweist.
Ferner war eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in verfahrensmäßiger Hinsicht durch die im Anspruch 1 angegebenen
Maßnahmen und in vorrichtungsmäßiger Hinsicht durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß es überhaupt nicht
notwendig ist, das zu Meßzwecken entnommene Gas vor dem Zuführen zu
dem Meßgerät völlig von Wasserdampf zu befreien, sondern daß durchaus
zufriedenstellende Ergebnisse dadurch erreicht werden können,
daß Feuchtigkeit und Temperatur des zu Meßzwecken entnommenen Gases
im wesentlichen in Übereinstimmung mit Temperatur und relativer
Feuchtigkeit der Umgebungsluft gebracht werden. Das Meßgerät kann
vor dem Messen leicht auf die Feuchtigkeit und Temperatur der Umgebungsluft
eingestellt werden, die sich während des Messens nicht so
stark ändern, daß die Genauigkeit der Messungen dadurch wesentlich
beeinflußt wird.
Die relative Feuchtigkeit und Temperatur des zu Meßzwecken abgezweigten
Gasgemisches kann leicht dadurch auf die Feuchtigkeit und
Temperatur der Umgebungsluft gebracht werden, daß es auf dem Wege zu
dem Meßgerät durch eine Leitung geleitet wird, die mindestens zu einem
Teil ihrer Länge aus einem Material besteht,
das hohe selektive und reversible Wasserabsorptionseigenschaften
hat und dessen Außenfläche mit der Umgebungsluft in freier Berührung
steht. Dieser Teil der Leitung kann vorteilhafterweise aus einem
dünnen Schlauch aus einem Material wie einem Fluorsulfonyl-Polymerisat
oder einem Copolymerisat des Fluorsulfonyls mit anderen Monomeren,
wie Tetrafluorethylen, bestehen. Wenn ein Gas durch eine Leitung,
beispielsweise einen dünnen Schlauch, eines solchen Materials
geleitet wird, dessen Außenfläche mit der Luft in freier Berührung
steht, wird die relative Feuchtigkeit des durch die Leitung strömenden
Gases rasch und wirksam der Feuchtigkeit der Umgebungsluft angeglichen,
da Wasserdampf durch die Wand der Leitung zu der Wandseite
diffundiert, an der die relative Feuchtigkeit geringer ist. Zugleich
wird die Temperatur des durch die Leitung strömenden Gases
der Temperatur der Umgebungsluft angeglichen. Erforderlich ist nur,
daß die Außenfläche der Leitung mit der Umgebungsluft in freier Berührung
steht und die Luft über diese Außenfläche strömen kann.
Bei der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung braucht nur ein
kleiner Gasstrom abgezweigt und dem Meßgerät zugeführt zu werden,
und da die benötigte Schlauchlänge verhältnismäßig kurz ist, ist
auch die Zeitspanne, die das Gas braucht, um von der Anzapfstelle
bis zu dem Meßgerät zu gelangen, kurz und das Risiko einer internen
Vermischung des entnommenen Gases minimal, so daß selbst rasche Änderungen
der Konzentration der interessierenden Gaskomponente gemessen
werden können. Die zu Meßzwecken abzuzweigende Gasmenge hängt
von den Erfordernissen des Meßgerätes ab.
Wie leicht einzusehen, hängt die erforderliche Länge des Schlauches
von dem reversibel Wasserdampf absorbierenden Material von der Größe
des Gasstromes, dem Durchmesser des Schlauches und der Größenordnung
der Differenz zwischen den auszugleichenden relativen Feuchtigkeiten
ab. Diese Werte können jedoch leicht durch einfache Versuche festgestellt
werden.
Um die Wirksamkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung festzustellen,
wurde eine Anzahl von Versuchen ausgeführt, bei denen Luft von vorgegebener
relativer Feuchtigkeit durch einen im Handel erhältlichen
Schlauch aus einem Fluorsulfonyl-Copolymerisat geleitet wurde, der
mit der Umgebungsluft in freier Berührung stand. Die relative Feuchtigkeit
der aus dem Schlauch austretenden Luft wurde gemessen. Die
Versuche wurden mit Schläuchen jeweils verschiedener Länge und zwei
verschiedenen Durchflußmengen, nämlich 100 ml/min und 400 ml/min,
ausgeführt. Die Schläuche hatten bei allen Versuchen einen Außendurchmesser
von etwa 1,25 mm und einen Innendurchmesser von etwa
1,0 mm.
Bei diesem Versuch hatte die in das eine Ende des Schlauches eingeleitete
Luft eine relative Feuchtigkeit von 96% und eine Temperatur
von 23°C, während die den Schlauch umgebende Luft eine relative
Feuchtigkeit von 25% und eine Temperatur von 23°C hatte.
Bei diesem Versuch hatte die in das eine Ende des Schlauches eingeleitete
Luft eine relative Feuchtigkeit von 2% und eine Temperatur
von 23°C, während die den Schlauch umgebende Luft eine relative
Feuchtigkeit von 24% und eine Temperatur von 23°C hatte.
Die Ergebnisse der Versuche sind in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben,
in der die relative Feuchtigkeit der am anderen Ende der
Schläuche verschiedener Länge austretenden Luft aufgeführt ist.
Aus diesen Versuchsergebnissen geht klar hervor, daß bei der Ausführung
des Verfahrens mit einem verhältnismäßig kurzen Schlauch die
relative Feuchtigkeit des durch den Schlauch strömenden Gases der
Feuchtigkeit der Umgebungsluft angeglichen werden kann, ganz gleich,
ob die ursprüngliche relative Feuchtigkeit des durch den Schlauch
strömenden Gases viel höher oder viel geringer als diejenige der Umgebungsluft
ist.
Claims (5)
1. Verfahren zum Messen der Konzentration einer oder mehrerer Komponenten
in einem von einem Patienten ein- und/oder ausgeatmeten
Atmungsgas, bei dem ein kleiner Teil des durch eine mit den
Luftwegen des Patienten verbundene Atmungsgasleitung strömenden
Gases kontinuierlich entnommen und einem für die Komponente oder
Komponenten empfindlichen Meßgerät zugeführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die relative Feuchtigkeit und
Temperatur des zu Meßzwecken abgezweigten Gases vor dem Zuführen
des Gases zu dem Meßgerät der relativen Feuchtigkeit und Temperatur
der Umgebungsluft im wesentlichen angeglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das zu Meßzwecken entnommene Gas dem Meßgerät
durch eine Leitung zugeführt wird, die mindestens zu einem
Teil ihrer Länge aus einem Material mit hohen selektiven und reversiblen
Wasserabsorptionseigenschaften besteht und mit der Umgebungsluft
in freier Berührung steht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Leitung ein Schlauch aus einem Fluorsulfonyl-
Polimerisat verwendet wird.
4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend
aus einem für die Gaskomponente oder Gaskomponenten empfindlichen
Meßgerät und einer Leitung zum Anschluß des Meßgerätes
an eine Leitung, durch die das Atmungsgas des Patienten
strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anschlußleitung des Meßgerätes mindestens zu einem Teil ihrer
Länge aus einem Material mit hohen selektiven und reversiblen
Wasserabsorptionseigenschaften besteht und mit der Umgebungsluft
in freier Berührung steht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Teil der Anschlußleitung
des Meßgerätes aus einem Schlauch aus einem Fluorsulfonyl-Polymerisat
besteht.
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