DE69831931T2

DE69831931T2 - Vorrichtung zur bestimmung des gasvolumens sowie volumenänderungen in einem narkosesystem

Info

Publication number: DE69831931T2
Application number: DE69831931T
Authority: DE
Inventors: E. Frank BLOCK; Gustaf JÄRNEFELT
Original assignee: Instrumentarium Oyj
Current assignee: Instrumentarium Oyj
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: WO1999010034A1; US6213120B1; EP0942764A1; EP0942764B1; DE69831931D1; JP2001504745A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, mit der das Volumen von Atemgas in einem Narkosekreis und Änderungen in einem solchen Gasvolumen genau, schnell und leicht bestimmt werden können. Die Erfindung ist insbesondere für die Verwendung in einem Narkosekreis, der als geschlossener Kreis arbeitet, geeignet, um es einer passenden Steuervorrichtung oder einem begleitendenden Anästhesisten oder anderem medizinischen Personal zu ermöglichen, das Gasvolumen im Kreis auf einen gewünschten, im allgemeinen konstanten Pegel zu bringen und zu halten.
Eine Vorrichtung für das Verabreichen eines einzuatmenden Narkosemittels an einen Patienten umfasst typischerweise ein Narkosegerät, in welchem das Narkosemittel in einem Fluss eines Trägergases mitgerissen wird. Das Trägergas ist gewöhnlicherweise eine Mischung aus Sauerstoff und Lachgas oder Luft. Das Trägergas und das mitgerissene Narkosemittel aus dem Narkosegerät werden an einen Narkosekreis geliefert, um es an einen Patienten, eine Patientin, im Verlauf seiner/ihrer Atmung zu liefern. Der Narkosekreis wird typischerweise in einer von zwei Betriebsarten betrieben: einer halb geschlossenen Betriebsart oder als ein geschlossener Kreis. Bei der halb geschlossenen Betriebsart übersteigt die Menge des Gases, die an den Kreis vom Narkosegerät geliefert wird, diejenige, die vom Patienten aufgenommen wird. Das überschüssige Gas wird aus dem Kreis in ein Spülsystem durch ein Druckbegrenzungsventil oder ein "Pop-Off-Ventil" während der Ausatmungsphase bei der Atmung des Patienten abgegeben.
Bei der Betriebsart des geschlossenen Kreises werden die Atemgase im Kreis, die das Gas einschließen, das durch den Patienten ausgeatmet wird, aus dem Kreis nicht abgegeben sondern im geschlossenen Kreis für einen Wiederumlauf zu und vom Patienten gehalten. Um das Kohlendioxid, das in den Atemgasen, die vom Patienten ausgeatmet werden, enthalten ist, zu absorbieren, ist ein CO₂-Absorber, der ein geeignetes Absorptionsmittel, wie beispielsweise Natronkalk, verwendet, im Kreis vorgesehen.
In einem Narkosesystem mit geschlossenem Kreis handelt es sich, wenn der Patient angenähert in ein Gleichgewicht mit dem Atemgas, das im Narkosekreis enthalten ist, gebracht wurde, bei der Menge des Gases, die an den Kreis geliefert wird, nur um die kleine Menge, die für den winzigen Sauerstoffverbrauch des Patienten notwendig ist, plus einer minimalen Menge des Narkosemittels.
Narkosesysteme mit geschlossenem Kreis weisen gegenüber halb geschlossenen oder offenen Systemen viele Vorteile auf. Diese umfassen die verminderte Verwendung des Trägergases und des Narkosemittels. Dies führt durch den verringerten Verbrauch des Trägergases und des Narkosemittels zu herabgesetzten Kosten. Die Größe der Verschmutzung der Umgebung wird durch die Geschlossenheit des Kreises vermindert. In einem System mit geschlossenem Kreis kann der winzige Sauerstoffverbrauch eines Patienten ziemlich präzise bestimmt werden, da, wenn sich der Kreis im Gleichgewicht befindet, die Menge des Sauerstoffs, die an den geschlossenen Kreis im Gasfluss vom Narkosegerät geliefert wird, dieselbe sein wird, wie die, die der Patient verbraucht.
Geschlossene Narkosekreise haben jedoch nicht einen so weit verbreiteten Gebrauch gefunden, wie es ihre Vorteile rechtfertigen würden. Dies ergibt sich in beträchtlichem Maße aus der Tatsache, dass ein geschlossener Narkosekreis eine kontinuierliche Überwachung des Volumens und der Zusammensetzung des Atemgases im Kreis und ein sorgfältiges Aufrechthalten dieser Eigenschaften durch das Steuern der Menge und der Zusammensetzung des Gasflusses, der an den geschlossenen Kreis geliefert wird, erfordert.
Das Gasvolumen in einem geschlossenen Narkosekreis ergibt sich aus einem Balgaufbau des angeschlossenen Beatmungsgeräts. Der Balgaufbau umfasst einen dehnbaren, gefalteten Balg, der aus Gummi oder einem anderen flexiblen Material hergestellt ist. Der Balg ist im geschlossenen Kreis angeordnet, um Gas, das vom Patienten geatmet wird, aufzunehmen und abzugeben. Der Balg ist in einem ihn umgebenden starren Gehäuse, dass typischerweise aus einem durchsichtigen Kunststoff ausgebildet ist, enthalten. Um zu bewirken, dass der Patient Atemgas einatmet oder ihn dabei zu unterstützen, wird ein getrenntes Antriebsgas dem Gehäuse zugeführt, um den Balg zu komprimieren und das Atemgas im geschlossenen Kreis an den Patienten zu liefern. Wenn der Patient ausatmet, wird es dem Antriebsgas ermöglicht, das Gehäuse zu verlassen, so dass sich der Balg ausdehnen kann, um das Atemgas, das durch den Patienten ausgeatmet wird, aufzunehmen. Das Verfahren wird dann für den nächsten Atemzyklus des Patienten wiederholt. Der Balg wird typischerweise während des Einatmens nach unten zusammengedrückt und dehnt sich während des Ausatmens nach oben aus, und das Gehäuse, das den Balg umgibt, ist zylindrisch und mit einer vertikalen Volumenskala versehen.
Der Anästhesist oder andere Personen, die ein Narkosesystem mit einem geschlossenen Kreis verwenden, stellen das Gasvolumen in einem geschlossenen Kreissystem so ein, dass sich der Balg beim Ausatmen des Patienten auf eine mittlere Position auf der vertikalen Skala des Gehäuses hebt. Änderungen im Gasvolumen im geschlossenen Kreis werden bestimmt, indem Änderungen in der Position des Balgs im Gehäuse am Ende der aufeinanderfolgenden Atmungszyklen des Patienten beobachtet werden. Wenn sich beispielsweise der Balg mit jedem Ausatmen des Patienten allmählich höher und höher hebt, so nimmt das Volumen des Gases im geschlossenen Kreis zu. Der Anästhesist muss die Gasversorgung des einen oder der mehreren Gase, die dem geschlossenen Kreis zugeführt werden, leicht erniedrigen, um das gewünschte konstante Volumen im Kreis wieder herzustellen und aufrecht zu halten. Wenn andererseits der Balg bei jedem Ausatmen allmählich zu einer immer niedrigeren Position im Gehäuse zurückkehrt, muss der Anästhesist Gas von einer oder mehreren der Gasversorgungen in den geschlossenen Kreis hinzufügen. Wenn das gewünschte Ziel der Aufrechthaltung des Volumens des Gases im geschlossenen Kreis auf einem konstanten Pegel erzielt ist, wird der Balg bei jedem Ausatmen auf dieselbe Zwischenposition im Gehäuse zurück kehren.
Die gewünschte Zusammensetzung der Atemgase im geschlossenen Kreis wird durch das Messen der Sauerstoffkonzentration im geschlossenen Kreis, typischerweise der eingeatmeten Sauerstoffkonzentration (FiO₂) bestimmt, und die Menge und die Zusammensetzung des Gases, das an den Kreis geliefert wird, wird eingestellt, um die Sauerstoffkonzentration auf einem gewünschten Pegel zu halten.
Die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Überwachung des Gasvolumens und der Zusammensetzung und das sorgfältige Aufrechthalten dieser Größen stellt eine entsprechende Belastung des Anästhesisten, der einen Patienten begleitet, um die Größe des Gasvolumens, die Art der darin auftretenden Änderungen und die Zusammensetzung des Atemgases im geschlossenen Narkosekreis zu beobachten und die passenden Gasversorgungsventile in Erwiderung auf solche Beobachtungen passend zu betätigen, dar. Diese Anforderungen treten zusätzlich zu anderen Anforderungen an den Anästhesisten, beispielsweise den physiologischen Zustand des Patienten während eines chirurgischen oder anderen medizinischen Verfahrens zu überwachen, auf.
Die vorangehende Belastung hat verursacht, dass Anästhesisten andere Betriebsweisen statt geschlossenen Narkosekreisen, trotz der Vorteile der letzteren, verwenden.
Die WO-A-81/02677, die den nächstliegendsten Stand der Technik darstellt, beschreibt ein medizinisches Beatmungsgerät für das Schalten und Mischen von Sauerstoff mit Luft in einer Antriebs- und Sauerstoffmischvorrichtung und das Liefern der Mischung zu einer Gasflusssteuervorrichtung für eine Anwendung direkt auf eine Beatmungsvorrichtung für einen Patienten oder für das Speichern in einem Balgreservoir einer kontinuierlichen Überdrucksatemwegeinrichtung (continuous positive airway pressure facility). Das Beatmungsgerät ist mit einem Steuermodul ausgerüstet, das direkt vorgenommene Steuereinstellungen für das Bestimmen der Atemfrequenz, des Verhältnisses des Einatmens zum Ausatmen, der Sauerstoffkonzentration und des vorgeschriebenen Minutenvolumens der Sauerstoffmischung, die an einen Patienten zu liefern ist, aufweist. Das Gerät umfasst ein Gerät für das Ausüben eines Überdrucks auf den Sauerstoff im Reservoir.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung zu liefern, mit der die Größe und die Änderungen des Volumens eines Atemgases in einem Narkosekreis genau, schnell und leicht bestimmt werden können, um somit die oben angegebenen Hindernisse bei der Verwendung eines Narkosekreises mit geschlossenem Kreislauf zu überwinden.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist einfach, robust und ökonomisch in der Konstruktion und im Betrieb und eignet sich zur Verwendung mit einer Steuervorrichtung, mit der Änderungen in der Menge und der Zusammensetzung eines Gases, das dem geschlossenen Kreis geliefert wird, automatisch herbeigeführt werden können.
Um die vorangehenden Aufgaben zu erfüllen, liefert die Erfindung einen Narkoseapparat gemäß dem angefügten Anspruch 1.
Der erste Sensor kann eine Lichtquelle und einen Photodetektor umfassen, die genau entgegengesetzt zueinander auf dem Gehäuse für den Balg angeordnet sind. Der Balg unterbricht, wenn er sich in der vorgegebenen Position befindet, den Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle und dem Photodetektor, um eine Anzeige von letzterem zu liefern, dass der Balg die vorgegebene Position erreicht hat und dass ein vorgegebenes Volumen von Gas im Narkosekreis existiert. Der zweite Sensor kann auch aus einer Lichtquelle und einem Photodetektor ausgebildet werden.
Die vorliegende Erfindung wird weiter verständlich und erkennbar unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt in allgemeiner schematischer Form einen Narkoseapparat, der einen Narkosebeatmungskreis einschließt;
2 ist eine Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für das Bestimmen von Änderungen im Gasvolumen im Narkosekreis;
3, 4 und 5 sind Ansichten ähnlich der 2, die den Betrieb der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigen; und
6 und 7 sind Teilansichten, die Modifikationen der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt einen Narkoseapparat 10, der ein Narkosegerät 12 aufweist. Das Narkosegerät 12 ist mit einer Vielzahl von Quellen atembarer Gase, wie Sauerstoff (O₂) und Lachgas (N₂O) und/oder Luft verbunden. 1 zeigt das Narkosegerät 12, wie es mit einer Sauerstoffversorgung 14 und einer Lachgasversorgung 16 verbunden ist. Das Narkosegerät kann Druckregler 18, 20, Gasflusssteuerventile 22, 24 und Durchflussmesser 26, 28 in den Leitungen 30 und 32, die jeweils mit der Sauerstoffversorgung 14 und der Lachgasversorgung 16 verbunden sind, einschließen. Die Leitungen 30 und 32 sind stromaufwärts eines Verdampfers 34, der ein Narkosemittel enthält, miteinander verbunden. Die atembaren Gase von den Leitungen 30 und 32, die das im Verdampfer 34 mitgerissene Narkosemittel beinhalten, werden in der Gasversorgungsleitung 36 an den Narkosekreis 37 abgegeben.
Der Narkosekreis 37 umfasst einen Einatmungsschenkel 38, der aus einer Leitung 40, einem Einatmungsabsperrventil 42 und einem Einatmungsschlauch 44 besteht. Der Einatmungsschlauch 44 ist mit dem Einlass eines Y-förmigen Anschlussteils 48 verbunden. Die Öffnung 50 des Y-förmigen Anschlussteils 48 liefert Atemgase an den Patienten 52 während der Einatmung und empfängt Atemgase vom Patienten während der Ausatmung, typischerweise durch einen Endotrachealtubus oder einen Kehlkopfmaskenluftweg (laryngeal mask airway).
Der Narkosekreis 37 umfasst auch einen Ausatmungsschenkel 58. Der Ausatmungsschenkel 58 besteht aus einem Ausatmungsschlauch 60, der mit dem Ausgang des Y-förmigen Anschlussteils 48 verbunden ist, einem Ausatmungsabsperrventil 62 und einer Leitung 64. Die Leitung 64 ist mit dem Einlass eines Kohlendioxydabsorbers (CO₂-Absorber) 66 verbunden, wobei dessen Auslass mit der Leitung 40 im Einatmungsschenkel 38 verbunden ist, um den Narkosekreis zu vervollständigen. Der CO₂-Absorber 66 kann Natronkalk oder ein anderes geeignetes CO₂-Absorptionsmittel enthalten. Ein Drucksensor 68 kann in den Narkosekreis 37, beispielsweise auf der Patientenseite des Ausatmungsabsperrventils 62 eingefügt werden, um übermäßig hohe oder niedere Druckwerte zu detektieren, die sich aus dem Lösen oder falschen Verbinden der verschiedenen Elemente, Leitungen, Schläuche und Verbindungsstücke des Narkosekreises ergeben. Der Sensor 68 betätigt den Alarm 70. Es kann ein Sauerstoffsensor 46 im Einatmungsschenkel 38 an der Auslassseite des Einatmungsabsperrventils 42 eingefügt sein, um die eingeatmete Sauerstoffkonzentration zu messen und diese an eine Anzeige 47 zu liefern. Der Narkosekreis 37 kann auch andere gewünschte, nicht gezeigte Elemente, wie ein Bakterienfilter oder eine Befeuchtungsvorrichtung, einschließen.
Ein Balgaufbau 72 ist im Narkosekreis 37 stromabwärts des Ausatmungsabsperrventils 62, beispielsweise mit der Leitung 64, verbunden. Der Balgaufbau 72 umfasst einen dehnbaren gefalteten Balg 74. Der Balg 74 ist mit der Leitung 64 durch das Rohr 76 verbunden. Der Balg 74 ist in einem Gehäuse 78 enthalten, das mit Ausnahme der Öffnung an der Verbindung 80 abgedichtet ist. In einem typischen Narkoseapparat, der aktuell im Gebrauch ist, dehnt sich der Balg 74 nach oben aus und kontrahiert nach unten im Gehäuse 78. Das Gehäuse 78 weist eine vertikale Skala 82 auf. Da bei einer halb offenen Betriebsart die Skala konventionellerweise verwendet wird, um das Atemvolumen des Atemgases, das an den Patienten geliefert wird, zu bestimmen, ist die Skala so angeordnet, dass sie das Volumen des Gases anzeigt, das durch den Balg bei der Kontraktion geliefert wird, das heißt, die Nullmarkierung (0cc) befindet sich an der Spitze der Skala und die niedrigeren Markierungen (200cc, 300cc, etc.) zeigen das Volumen, um das der Balg komprimiert wurde.
Der Balgaufbau 72 wird durch den Beatmungsgerätantrieb 84, der mit dem Anschluss 80 des Gehäuses 78 durch eine Gasleitung 86 verbunden ist, betätigt. Der Beatmungsgerätantrieb 84 liefert Antriebsgas von der Gasquelle 88 an das Balggehäuse 78 über die Gasleitung 86 und entfernt Gas vom Gehäuse 78. Wenn es gewünscht wird, können andere Beatmungsgerätantriebe verwendet werden.
Ein Überdruckventil oder Pop-Off-Ventil 89 und ein zugehöriges Spülsystem 91 ist im Narkosekreis 37 auch vorgesehen.
Die Anlaufprozeduren für den Narkosekreis 37 gestalten sich folgendermaßen. Der Kreis wird mit Atemgas von der Gasversorgungsleitung 36 gespült und gefüllt. Der Narkosekreis 37 wird anfangs in der halb geschlossenen Betriebsart betrieben, bis der Betrieb in der geschlossenen Betriebsart erzielt werden kann. Der Beatmungsgerätantrieb 84 wird betrieben, um Antriebsgas zum Gehäuse 78 des Balgaufbaus 72 über die Gasleitung 86 zu liefern. Das so gelieferte Gas komprimiert den Balg 74 nach unten, drückt die Atemgase im Balg und in den stromabwärtigen Teilen des Narkosekreises 37 durch die Leitung 64, den Kohlendioxydabsorber 66, die Leitung 40, das Einatmungsabsperrventil 42, den Einatmungsschlauch 44, das Y-förmige Anschlussteil 48 zum Patienten 52. Das Volumen des Atemgases, das an den Patienten 52 geliefert wird, wird durch die Größe des Antriebsgases, das dem Gehäuse 78 geliefert wird, bestimmt. Um ein Entfernen der Atemgase, die vom Patienten während der Ausatmung ausgeatmet werden, zu ermöglichen, wird es dem Antriebsgas im Gehäuse 78 des Balgaufaus 72 ermöglicht, das Gehäuse zu verlassen, was es dem Balg 74 ermöglicht, sich nach oben auszudehnen, um die ausgeatmeten Gase, wenn der Patient ausatmet, aufzunehmen. Die ausgeatmeten Gase werden über den Ausatmungsschlauch 60, das Ausatmungsabspenventil 62 und die Leitung 64 an den Balg 74 geliefert.
Für den nächsten Atemzug des Patienten 52 wird der Balg 74 wird komprimiert, um seinen Inhalt an die Leitung 64 zu liefern. Das CO₂ im Atemgas, das vorher durch den Patienten ausgeatmet wurde und im Balg 74 enthalten ist, wird durch den CO₂-Absorber 66 entfernt, und das Atemgas geht zum Einatmungsschenkel 38 für eine Lieferung an den Patienten 52. Die Atemgase, die nachfolgend vom Patienten ausgeatmet werden, werden wieder im Ausatmungsschenkel 58 und dem Balg 74 aufgenommen.
Wenn überschüssige Gas im Narkosekreis am Ende der Ausatmung vorhanden ist, wird der Balg 74 voll sein, und das überschüssige Gas wird durch das Pop-Off-Ventil 89 in das Spülsystem 91 austreten, wenn der Betrieb in der halb geschlossenen Betriebsart durchgeführt wird. Wenn eine geringere Menge des Gases im Kreis vorhanden ist, wird sich der Balg nicht bis zum gewünschten Niveau anheben. Atemgas wird dem Kreis hinzugefügt, um die Position des Balges am Ende der Ausatmung bis zur gewünschten Markierung auf dem Gehäuse 78, beispielsweise der Markierung 100cc, die als ein Indikator verwendet wird, dass das gewünschte Volumen des Gases im Narkosekreis vorhanden ist, hinauf zu bringen.
Nach der anfänglichen Füllungseinstellung des Narkosekreises 37 bleibt das Volumen der Atemgase im Kreis dann im allgemeinen konstant, wobei das Liefern von zusätzlichem Gas an den Kreis in Größen erfolgt, um Mengen des Gases, die vom Patienten 52 konsumiert werden, und die durch Auslaufen verloren gehen, wieder zu ergänzen. Der Betrieb des Narkosekreises ist der eines geschlossenen Kreises. Die Zusammensetzung des so gelieferten Gases wird geändert, um die gewünschte Sauerstoffkonzentration im Kreis aufrecht zu halten.
Die Vorrichtung 90 der vorliegenden Erfindung für das Bestimmen der Volumenmengen und Volumenänderungen im Gasvolumen im Narkosekreis 37, der in der geschlossenen Betriebsart arbeitet, ist im Detail in 2 gezeigt. Die Vorrichtung 90 umfasst ein Paar Detektoren, einen unteren Detektor 92 und einen oberen Detektor 94 für das Bestimmen der Höhe, die durch den Balg 74 im Gehäuse 78 während der Ausatmungsphase der Atmung des Patienten erreicht wird. Die Detektoren 92 und 94 können beispielsweise mit Licht betriebene Detektoren umfassen, die untere und obere Lichtquellen 96 und 98 aufweisen, die auf einer Seite des Gehäuses 78 montiert sind, um untere und obere Strahlen von Licht durch das Gehäuse 78 hindurch zu führen. Lichtsensoren 100 und 102 sind auf der entgegengesetzten Seite des Gehäuses 78 montiert, um die unteren und oberen Lichtstrahlen von der Lichtquellen 96 beziehungsweise 98 zu empfangen. Das Licht, das durch die Lichtquellen 96 und 98 erzeugt wird, kann sichtbar sein oder sich außerhalb des sichtbaren Teils des elektromagnetischen Spektrums, beispielsweise im Infraroten, befinden.
Die Lichtsensoren 100 und 102 liefern Ausgangssignale in den Leitern 104 beziehungsweise 106, die den Betriebszustand der Detektoren 92 und 94 anzeigen. Die Leiter 104 und 106 können mit der Steuerung 108 verbunden sein. Die Steuerung 108 kann auch eine Eingangsgröße im Leiter 110 vom Sauerstoffsensor 46, der im Einatmungsschenkel 38 des Narkosekreises 37 angeordnet ist, empfangen. Die Steuerung 108 liefert ein Ausgangssignal in den Leitern 112 und 114, um die Ventile 22 und 24 des Narkosegeräts, die den Durchfluss der Sauerstoff- beziehungsweise Lachgase regeln, zu steuern.
Der untere Detektor 92 ist auf dem Gehäuse 78 für den Balg 74 so angeordnet, dass wenn sich der Balg 74 in einer vorgegebenen, expandierten Position im Gehäuse 78, die einem vorgegebenen Volumen des Gases im Narkosekreis entspricht, befindet, der untere Lichtstrahl von der Lichtquelle 96 durch das obere Ende des Balgs unterbrochen wird.
Der obere Detektor 94 ist oberhalb des unteren Detektors 92 so angeordnet, dass der Lichtstrahl von der Lichtquelle 98 durch das obere Ende des Balges 74 unterbrochen wird, wenn der Balg 74 eine expandierte Position annimmt, die sich jenseits der vorgegebenen expandierten Position in der Aufwärtsrichtung der Bewegung des Balgs 74 befindet. Die Größe, um die der obere Detektor 94 über dem unteren Detektor 92 angeordnet ist, wird gemäß einer gewünschten Erhöhung der Aufwärtsbewegung des Balgs 74, und somit einer vorgegebenen inkrementellen Zunahme im Volumen des Balgs, in Übereinstimmung mit der Genauigkeit der Bestimmung der Volumenänderung, die in der Vorrichtung 90 gewünscht wird, ausgewählt, und in einer Weise, um einen gewünschten Grad von Stabilität beim Bestimmen der Genauigkeit der Volumenänderungen zu liefern.
Der Betrieb der Vorrichtung 90 der vorliegenden Erfindung gestaltet sich folgendermaßen. Während der Ausatmung des Patienten wird der Balg 74 sich in einer Aufwärtsrichtung bewegen. Da das Atemgas aus den Lungen des Patienten beim Ausatmen entfernt wird, wird die Position des Balges 74 im Gehäuse 78 eine Anzeige des Volumens des Gases in einem geschlossenen Narkosekreis 37 darstellen. Während des anfänglichen Ausfahrens des Narkosekreises 37, das oben beschrieben wurde, wird mit einem gewünschten Volumen des Gases, das an den Kreis vom Narkosegerät 12 geliefert wird, wenn der Patient ausatmet, der Balg 74 in einen Zustand expandiert, in welchem der obere Teil des Balges 74 an einer vorgegebenen expandierten Position innerhalb des Bereiches der vertikalen Skala 82 liegt. Beispielsweise kann beim Ausatmen das obere Ende des Balges 74 mit der Markierung 100cc, 200cc oder 300cc etc. der Skala 82 in Abhängigkeit vom gewünschten Volumen des Gases im Kreis ausgerichtet sein. Die Auswahlmarkierung dient als ein Referenzpunkt für die Volumenbestimmung. Wie in 3 gezeigt ist, sind der untere Detektor 92 und der obere Detektor 94 in Bezug auf den Balg 74 so angeordnet, dass das obere Ende des Balgs 74 den Lichtstrahl, der durch die untere Lichtquelle 96 geliefert wird, aber nicht den Lichtstrahl, der durch die obere Lichtquelle 98 geliefert wird, unterbricht, wenn der Balg 74 die vorgegebene expandierte Position erreicht. Zu diesem Zweck können die oberen und unteren Detektoren 92 und 94 einstellbar als eine Einheit auf dem Gehäuse 78 des Balgs angeordnet sein.
Während den darauf folgenden Atemzyklen des Patienten wird, wenn sich das Volumen der Atemgase im Narkosekreis 37 nicht ändert, während der Ausatmungsphase jedes Atemzyklusses das obere Ende des Balgs 74 jedes Mal nach oben zur selben vorgegebenen expandierten Position zurückkehren, in welcher das obere Ende des Balgs den Lichtstrahl von der unteren Lichtquelle 96 unterbricht, es aber nicht den Lichtstrahl von der oberen Lichtquelle 98 unterbricht. Die Tatsache, dass der untere Lichtstrahl unterbrochen wird, aber der obere Strahl nicht unterbrochen wird, wird durch die Lichtsensoren 100 beziehungsweise 102 detektiert, und der Signalzustand der Lichtsensoren in den Leitern 104 und 106 ist eine Anzeige, dass das Volumen des Gases im Narkosekreis 37, der in der geschlossenen Kreisbetriebsart arbeitet, sich auf dem gewünschten Niveau befindet und sich nicht ändert.
Sollte das Volumen der Atemgase im geschlossenen Narkosekreis 37 vom gewünschten Niveau zunehmen, wird sich der Balg 74 durch das erhöhte Gasvolumen im Kreis in einem größeren Maße nach oben ausdehnen. Als Folge der größeren Expansion des Balges 74 nach oben, wird der obere Teil des Balges nun sowohl den unteren als auch den oberen Strahl des Lichts, der durch das Gehäuse 78 von den unteren und oberen Lichtquellen 96 und 98 zu den Lichtsensoren 100 beziehungsweise 102 verläuft, unterbrechen. Siehe 4. Die Unterbrechung sowohl des oberen als auch des unteren Lichtstrahls wird durch die Lichtsensoren 100 und 102 detektiert, und der entsprechende Ausgangszustand beider Sensoren in den Leitern 104 und 106 umfasst eine Anzeige, dass das Volumen der Gase im Narkosekreis 37 zugenommen hat.
Im Gegensatz dazu wird, wenn das Volumen der Atemgase im geschlossenen Narkosekreis 37 gegenüber dem gewünschten Niveau abnimmt, die Größe, um die der Balg 74 sich nach oben im Gehäuse 78 ausdehnt, durch das verminderte Gasvolumen im Kreis abnehmen. Wie in 5 gezeigt ist, werden unter diesen Umständen weder der obere Lichtstrahl noch der untere Lichtstrahl durch die oberen Teile des Balgs 74 unterbrochen. Die unteren und oberen Lichtsensoren 100 und 102 werden entsprechende Ausgangssignale in den Leitern 104 und 106 liefern, die eine Anzeige bilden werden, dass das Volumen der Atemgase im Narkosekreis 37 abgenommen hat.
Auf die vorangehende Weise liefern die Ausgangszustände der oberen und unteren Lichtsensoren 100 und 102 eine einfache, zuverlässige und unproblematische Anzeige, ob das Gasvolumen im Narkosekreis 37, der in der geschlossenen Kreisbetriebsart arbeitet, sich auf dem gewünschten Niveau befindet, zugenommen oder abgenommen hat.
Während in 2 optische Detektoren 92 und 94 gezeigt sind, wird erkennbar, dass andere Typen von Detektoren in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise zeigt 6 schematisch einen elektrischen Detektor in Form einer kapazitiven Detektorvorrichtung, und 7 zeigt einen magnetischen Detektor in Form eines Magneten 116, der auf dem oberen Teil des Balgs 74 montiert ist, und magnetisch betreibbare Reedschalter 118, 120, die auf dem Gehäuse 78 montiert sind. Wenn ein anderer Typ eines Beatmungsgerätantriebs 84 für den Balg 74 verwendet wird, können andere Typen von Detektoren, wie beispielsweise mechanische Schalter, verwendet werden.
Während 2 zeigt, wie die Lichtquellen und die Lichtsensoren auf entgegengesetzten Seiten des Balges 74 montiert sind, wird es auch verständlich, dass die Lichtquellen und die Lichtsensoren auf derselben Seite des Balgs 74 montiert sein können, und dass ein lichtreflektierenden Spiegel jenseits der anderen Seite des Balgs 74 angeordnet sein kann. Wenn es gewünscht wird, kann der Spiegel auf dem oberen Teil des Balgs 74 in derselben Weise wie die elektrischen oder magnetischen Anordnungen, die in den 6 und 7 gezeigt sind, montiert werden. Oder es könnte eine Lichtquelle auf dem Balg 74 für eine Verwendung mit passenden Sensoren auf dem Gehäuse 78 montiert sein.
Wie oben angegeben ist, können die Sensorelemente der Vorrichtung 90, wie die Lichtsensoren 100 und 102, mit der Steuerung 108 verbunden sein, die wiederum mit den Gasflussteuerventilen 22 und 24 des Narkosegeräts 12 verbunden ist. Die Steuerung 108 ist eben falls über den Leiter 110 mit dem Sauerstoffsensor 46, der im Einatmungsschenkel 38 des Narkosekreises 37 angeordnet ist, verbunden. Der Sauerstoffsensor 46 misst die eingeatmete Sauerstoffkonzentration (FiO₂) im Narkosekreis 37.
Die Steuerung 108 kann eine automatische Steuerung des Volumens und der Zusammensetzung des Atemgases in einem Narkosekreis 37 durch die passende Betätigung der Ventile 22 und 24 gemäß den Eingangssignalen, die sie von den Leitern 104, 106 und 110 empfängt, ausführen. Dieser Betrieb kann gemäß der folgenden Logiktabelle, die Kreiszustände und den Betrieb zeigt, wenn die FiO₂ in Bezug auf ein gewünschtes Niveau, wie es durch einen Anästhesisten oder eine andere Bedienperson eingestellt wird, variiert, ausgeführt werden.
Während der Narkoseapparat beschrieben wurde, wie er Detektoren 92 und 94 aufweist, die mit der Steuerung 108 für einen automatischen Betrieb verbunden sind, wird erkennbar, dass der Detektor visuelle oder akustische Anzeigen betätigen kann, um eine manuelle Steuerung des Atemgasvolumens im Narkosekreis durch einen Anästhesisten oder anderes medizinisches Personal zu ermöglichen.
Und obwohl der Narkoseapparat beschrieben wurde, wie er Sauerstoff und Lachgas verwendet, wird auch erkennbar, dass eine Lieferung von Luft zusätzlich oder statt des Lachgases verwendet werden kann. Oder der Apparat kann allein mit Sauerstoff betrieben werden.
Während somit spezifische Ausführungsformen der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung oben zusammen mit einer Anzahl von Modifikationen an ihr beschrieben wurden, können andere Modifikationen, Abänderungen oder Änderungen an der Vorrichtung vorgenommen werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist beabsichtigt, alle diese Modifikationen, Abänderungen und Änderungen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche abzudecken.

1

12: Narkosegerät
18: Druckregler
20: Druckregler
22: Durchflusssteuerventil
24: Durchflusssteuerventil
26: Durchflussmesser
28: Durchflussmesser
34: Verdampfer
66: CO₂-Absorber
70: Alarm
84: Beatmungsgerätantrieb
88: Gasversorgung
91: Spülsystem

2

22, 24: Durchflusssteuerventile

Claims

Narkoseapparat, der einen Narkosekreis (38–66) und eine Vorrichtung (90) für das Bestimmen von Gasvolumen und Volumenänderungen im Narkosekreis (38–66) umfasst, wobei der Kreis ein Beatmungsgerät, das einen Balgaufbau aufweist, einschließt, wobei der Balgaufbau umfasst: ein Gehäuse (78); einen Balg (74), der im Gehäuse angeordnet und sich in Fluidverbindung mit dem Narkosekreis befindet, wobei beim Gebrauch der Balg (74) in diesem Gehäuse komprimiert wird, um Gas in den Kreis zu einem Patienten während des Einatmens zu liefern, und in diesem Gehäuse (78) expandiert wird, um Gas vom Patienten während des Ausatmens zu empfangen, wobei der Balg wiederholt eine expandierte Position in diesem Gehäuse annimmt, die das Volumen des Gases im Narkosekreis anzeigt, wobei der Balg in diesem Gehäuse entlang eines Bewegungsweges in einer ersten Richtung weg von der expandierten Position bei einer Kompression bewegbar ist und zur expandierten Position durch eine Bewegung in diesem Gehäuse entlang des Bewegungspfads in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung bei einer Expansion zurückkehrt; einen Beatmungsgerätantrieb (84), der mit dem Gehäuse (78) verbunden ist, um Antriebsgas an das Gehäuse zu liefern, um den Balg (74) zu komprimieren; und die Bestimmungsvorrichtung (90) folgendes umfasst: einen ersten Sensor (92), der in bezug auf den Balg für das Detektieren und das Liefern einer Anzeige angeordnet ist, wenn sich der Balg in einer vorgegebenen expandierten Position befindet, wobei die vorgegebene Position einem vorgegebenen Volumen von Gas im Narkosekreis entspricht; und einen zweiten Sensor (94), der in Bezug auf den Balg (74) für das Detektieren und das Liefern einer Anzeige angeordnet ist, wenn sich der Balg in einer expandierten Position befindet, die jenseits der vorgegebenen expandierten Position in der zweiten Richtung der Bewegung entlang des Bewegungspfads des Balges liegt, wobei die ersten und zweiten Sensoren (92, 94) in Bezug auf den Balg (74) so angeordnet sind, dass die ersten und zweiten Sensoren Anzeigen für das Vorhandensein des Balges liefern, wenn sich der Balg in der expandierten Position jenseits der vorgegebenen expandierten Position befindet; wodurch eine Anzeige vom ersten Sensor (92) beim Fehlen einer Anzeige vom zweiten Sensor (94) anzeigt, dass das vorgegebenen Volumen des Gases im Narkosekreis vorhanden ist, und wiederholte Anzeigen des ersten Sensor beim Fehlen von Anzeigen des zweiten Sensors anzeigen, dass das Volumen des Gases im Narkosekreis sich im allgemeinen nicht ändert, Anzeigen sowohl vom ersten Sensor als auch vom zweiten Sensor anzeigen, dass das Volumen des Gases im Narkosekreis größer als das vorgegebene Volumen ist, und das Fehlen von Anzeigen sowohl vom ersten Sensor als auch vom zweiten Sensor anzeigt, dass das Volumen des Gases im Narkosekreis geringer als das vorgegebene Volumen ist.
Apparat nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Sensoren einstellbar entlang des Bewegungswegs des Balges angeordnet sind.
Apparat nach Anspruch 1 oder 2, weiter definiert als einer für das Aufrechthalten des Volumens des Gases in einem geschlossenen Narkosekreis, wobei der Apparat weiter eine Steuervorrichtung (108) einschließt, die mit den ersten und zweiten Sensoren verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung mit Gaszuführvorrichtungen (14, 16) für den Narkosekreis verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung auf die Anzeigen der Sensoren anspricht, um die Gaszuführvorrichtungen zu betätigen, um das Volumen des Gases im geschlossenen Narkosekreis aufrecht zu halten.
Apparat nach Anspruch 3, wobei die Gaszuführvorrichtungen folgendes einschließen: eine Quelle mit Sauerstoffgas (14), wobei der Kreis weiter Vorrichtungen (46) für das Messen und das Anzeigen einer Sauerstoffkonzentration im Narkosekreis einschließt, und wobei die Steuervorrichtung (108) mit den Vorrichtungen für das Messen und Anzeigen der Sauerstoffkonzentration verbindbar ist und auf diese Vorrichtungen anspricht, um die Gaszuführvorrichtungen zu betätigen.
Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter definiert als einer für das Liefern eines Narkosemittels an das Individuum, und wobei die Gasversorgungsvorrichtung eine Quelle mit einem Narkosemittel (34) einschließt.
Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Sensoren entlang einer Richtung, die im wesentlichen parallel zum Bewegungsweg des Balges verläuft, inkrementell voneinander entfernt werden.
Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Sensoren inkrementell voneinander um eine Größe beabstandet werden, die gemäß der gewünschten Genauigkeit und Stabilität der Vorrichtung ausgewählt wird.
Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Balg in dem Gehäuse angeordnet ist, um sich nach oben bei der Expansion zu bewegen und um sich nach unten bei der Kompression zu bewegen, und wobei die ersten und zweiten Sensoren in Bezug aufeinander so ausgerichtet sind, dass der erste Sensor (92) einen unteren Sensor umfasst, und dass der zweite Sensor (94) einen oberen Sensor umfasst, der oberhalb des ersten unteren Sensors in der zweiten Bewegungsrichtung entlang des Bewegungsweges des Balgs angeordnet ist.
Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Sensoren einen mit Licht betriebenen Sensor (96, 98, 100, 102) umfasst.
Apparat nach Anspruch 9, wobei der mindestens eine Sensor eine Lichtquelle (96, 98), die einen Lichtstrahl aussendet, und einen Lichtdetektor (100, 102) für das Empfangen des Lichts umfasst, wobei die Position des Balgs bestimmt, ob der Lichtstrahl vom Lichtdetektor empfangen wird.
Apparat nach Anspruch 9, wobei der mindestens eine Sensor eine Lichtquelle (96, 98), die einen Lichtstrahl aussendet, und einen Lichtdetektor (100, 102) für das Empfangen des Lichts umfasst, wobei der Lichtstrahl durch den Balg durch eine Bewegung entlang des Bewegungswegs unterbrochen wird.
Apparat nach Anspruch 10, wobei der mindestens eine Sensor einen Spiegel für das Reflektieren des Lichtstrahls einschließt.
Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mindestens einer der Sensoren magnetisch betätigte Sensorvorrichtungen (116, 118, 120) umfasst.
Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mindestens einer der Sensoren elektrisch betätigte Sensorvorrichtungen umfasst.
Apparat nach Anspruch 14, wobei mindestens einer der Sensoren kapazitiv betätigte Sensorvorrichtungen (113, 115) umfasst.
Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mindestens einer der Sensoren mechanisch betätigte Sensorvorrichtungen umfasst.