-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Messfühler
zum Messen eines Gasflusses, insbesondere zum Messen des Drucks
und/oder Flusses des Atemgases eines Patienten, wie er im Oberbegriff
von Anspruch 1 definiert ist. Darüber hinaus bezieht sich die
Erfindung auf ein System zum Messen des Drucks und/oder Stroms des
Atemgases eines Patienten, wie es im Oberbegriff von Anspruch 17
definiert ist.
-
In Krankenhäusern müssen während der Intensivpflege und
bei Operationen Beatmungsmaschinen eingesetzt werden, welche die
Beatmung der Patienten übernehmen.
Ein ungehinderter Gasfluss in die und aus den Lungen des Patienten
ist natürlich von
entscheidender Bedeutung. Der Zustand der Gaskanäle kann sowohl durch Messung
der Konzentrationen der ausgeatmeten Gase als auch durch Messung
des Flusses und Drucks der Gase überwacht
werden. Insbesondere ist die Überwachung des,
Kohlendioxidgehalts des ausgeatmeten Gases als Routine in Operationssälen weit
verbreitet. Dennoch sind die Messung von Fluss und Druck wesentliche
zusätzliche
Funktionen sowohl im Hinblick auf Sicherheit als auch weil sie es
ermöglichen,
Mengen zu berechnen, die für
die mechanische Arbeit und den Atemmetabolismus der Lungen aussagekräftig sind.
-
Im Prinzip gibt es viele anwendbare
Arten von Strömungsfühlern. Allerdings
werfen Messungen unter klinischen Bedingungen viele Probleme auf. Die
Strömung
wird vom Ende eines sogenannten Intubationsschlauchs aus gemessen,
der in die Luftröhre
des Patienten eingeführt
ist. Deshalb ist der Fühler
sowohl Feuchtigkeit als auch aus der Luftröhre kommenden Schleimabsonderungen
ausgesetzt. Es ist klar, dass solch eine Verschmutzung möglicherweise
den Betrieb insbesondere des allgemein gebräuchlichen Turbinen- und Heißdrahtfühlers beeinträchtigt.
Ultraschallfühler
können
eine Verschmutzung besser vertragen, hängen aber von Änderungen
des Strömungsprofils,
der Temperatur und der Gaszusammensetzung ab, was einen ausgefeilten
Ausgleich erforderlich macht. Differenzdruckfühler eignen sich besser für den klinischen
Gebrauch. Die Strömung
im Schlauch kann laminar oder turbulent sein. Im Falle laminarer
Strömung
ist der Druckunterschied über
ein im Schlauch untergebrachtes Strömungsdrosselelement direkt
proportional zur Strömung.
Im Fall turbulenter Strömung
hängt der Druckunterschied
vom Quadrat der Strömung
ab. Zusätzlich
hängt der
Druckunterschied vom Quadrat der Querschnittsfläche des Strömungsschlauchs ab. Die gegenwärtig verwendeten
Fühler
sind im Allgemeinen aus Kunststoff hergestellt, und die Wasserkonzentration
bildet kleine Tropfen auf den Innenwänden des Strömungsfühlers, weil
Wasser einen großen
Kontaktwinkel zu einer Kunststoffoberfläche hat. Das Problem ist, dass
das kondensierte Wasser zusammen mit etwaigen sich darin angesammelten Abscheidungen
die Querschnittsfläche
des Fühlers reduziert,
was zu einer Zunahme beim gemessenen Druckunterschied führt. Ist
der gemessene Druckunterschied zu groß, bedeutet dies auch, dass
der berechnete Strömungswert
zu hoch und deshalb nicht richtig ist. Ein Fühler mit einer kleinen Querschnittsfläche ist
in dieser Hinsicht am empfindlichsten. Bei kurzfristigem Gebrauch
des Messfühlers
ist der sich ergebende Fehler im Allgemeinen nicht zu groß, aber wenn
der Fühler
kontinuierlich verwendet wird, z. B. eine oder mehrere Stunden unter
feuchten Bedingungen, wird der in den Messergebnissen entstehende
Fehler erheblich. Ein Weg, dieses Problem auszumerzen, ist, den
Fühler
auf eine Temperatur zu erwärmen,
die ausreicht, um Kondensation zu verhindern. Dieses Verfahren erfordert
jedoch ein Heizelement und einen elektrischen Anschluss, somit ist
es schwierig in der Praxis einzusetzen, und ein Fühler mit
einem Heizelement ist auch noch teuer herzustellen. Darüber hinaus
kann ein heißes
Element eine Gefahr für
den Patienten darstellen.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die vorstehend beschriebenen Probleme auszumerzen.
-
Eine spezielle Aufgabe der Erfindung
besteht darin, einen verbesserten, den Fluss von Atemgas drosselnden
Fühler
vorzustellen, der auf kondensiertes Wasser und Schleimabsonderungen
des Patienten nicht empfindlich reagiert, und der in der Lage ist,
selbst unter schmutzigen Bedingungen zuverlässig zu arbeiten. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechend verbessertes System
zur Messung des Drucks und/oder Flusses des Atemgases eines Patienten
vorzustellen.
-
Der Messfühler der Erfindung ist durch
das gekennzeichnet, was in Anspruch 1 dargestellt ist. Das System
der Erfindung ist durch das gekennzeichnet, was in Anspruch 17 dargestellt
ist.
-
Der Messfühler der Erfindung umfasst
einen rohrförmigen
Fließkanal,
um den zu messenden Gasfluss zu leiten, welcher Fließkanal durch
eine Wand begrenzt ist; ein in dem Fließkanal angeordnetes Drosselelement,
um den Gasfluss in dem Fließkanal
zu drosseln; und in den Fließkanal
mündende Messkanäle, um den
Druck aus dem Fließkanal
in eine Messvorrichtung überzuleiten,
an welche der Fühler
zum Messen des vom Drosselelement verursachten Druckunterschieds
anschließbar
ist.
-
Erfindungsgemäß ist die Innenfläche der Wand
des Fließkanals
und/oder das Drosselelement, wobei die Fläche in direktem Kontakt mit
dem zu messenden Gasfluss ist, mit einem Mittel versehen, um den
Kontaktwinkel eines Wassertropfens oder eines wasserhaltigen Tropfens
zu der Fläche
im Verhältnis
zu dem Kontaktwinkel zu verkleinern, der sich zwischen einem entsprechenden
Wassertropfen und einer nicht mit einem solchen Mittel behandelten
Fläche
bildet.
-
Das System der Erfindung umfasst
einen Intubationsschlauch, der dazu ausgelegt ist, in die Luftröhre eines
Patienten eingeführt
zu werden; einen Messfühler,
der an den Intubationsschlauch angeschlossen ist und einen rohrförmigen Fließkanal umfasst,
um den zu messenden Gasstrom zu leiten, wobei der Fließkanal von
einer Wand begrenzt ist; ein Drosselelement, das in dem Fließkanal angeordnet ist,
um den Gasstrom im Fließkanal
zu drosseln; eine Messvorrichtung, um den vom Drosselelement hervorgerufenen
Druckunterschied zu messen; und Messkanäle, die in den Fließkanal münden, um
den Druck vom Fließkanal
in die Messvorrichtung überzuleiten.
-
Erfindungsgemäß ist die Innenfläche der Wand
der Fließkanals
und/oder das Drosselelement, wobei die Fläche in direktem Kontakt mit
dem zu messenden Gasfluss ist, mit einem Mittel versehen, um den
Kontaktwinkel eines Wassertropfens oder wasserhaltigen Tropfens
zu der Fläche
im Verhältnis zu
dem Kontaktwinkel zu verkleinern, der sich zwischen einem entsprechenden
Wassertropfen und einer nicht mit einem solchen Mittel behandelten
Fläche
bildet.
-
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip,
den Kontaktwinkel zwischen Wasser und dem Fühlermaterial ausreichend zu
verkleinern und die kondensierten Wassertropfen dazu zu bringen,
sich entlang der Innenfläche
des Messfühlers
zu verteilen, wodurch eine übermäßige Abnahme
der Querschnittsfläche des
Fühlers
verhindert wird. Deshalb tun sich selbst kleine Wassertropfen schnell
zusammen und bilden einen durchgehenden Film, der aus dem Fühler ausfließen kann.
Das Strömungsmessergebnis
bleibt langfristig innerhalb der festgesetzten Toleranzgrenze, was
insbesondere bei der Intensivpflege wichtig ist. Der Kontaktwinkel
eines Wassertropfen kann durch das sogenannte „Tropfen-auf-fester-Unterlage"-Verfahren bestimmt werden.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers reduziert
das Mittel die Oberflächenenergie
eines Tropfens.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems erhöht
das Mittel die Oberflächenenergie
der in Frage kommenden Fläche.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems ist das Mittel ein oberflächenaktives Mittel, das die
Oberflächenenergie
eines Tropfens reduziert.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems ist das Mittel ein auf der in Frage kommenden Fläche immobilisiertes
Beschlagsverhinderungsmittel. In einer Ausführungsform des Messfühlers ist
das oberflächenaktive
Mittel ein Beschlagsverhinderungsmittel. Das verwendete Beschlagsverhinderungsmittel
kann z. B. Dr. Fog sein (hergestellt von O.R. Concepts Inc., USA),
welches ein im Handel erhältliches
Beschlagsverhinderungsmittel ist, das zur Beschlagsverhinderungsbehandlung
der Optik ausgelegt ist, die in Endoskopiegeräten zum Einsatz kommt. Es können auch
die Beschlagsverhinderungsmittel verwendet werden, die in der Spezifikation
US 3.068.100 erwähnt sind.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems wird das Mittel als filmartiger Belag auf die in Frage kommende
Fläche
aufgebracht.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems ist der von dem Mittel gebildete Belag auf der Fläche immobilisiert.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems ist das Material der Wand und/oder des Drosselelements mit
dem Mittel imprägniert.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems ist das Mittel so ausgewählt,
dass der Kontaktwinkel eines Wassertropfens oder eines wasserhaltigen
Tropfens zur in Frage kommenden Fläche kleiner als 30°, geeigneter
Weise kleiner als 20°, vorzugsweise
kleiner als 10° und
am Bevorzugtesten 0° ist.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems ist das Mittel ein oberflächenaktives Mittel, das in
Wasser löslich
ist.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems besteht das oberflächenaktive
Mittel aus Molekülen,
die eine oleophile hydrophobe Gruppe wie eine Alkylkette, und eine
hydrophile Gruppe wie eine negativ geladene Carbon- oder Sulfonsäuregruppe
enthält.
Das oberflächenaktive
Mittel kann z. B. ein Dioctylnatriumsulfosuccinat sein, die unter verschiedenen
kommerziellen Handelsmarken erhältlich
sind und z. B. in der Medizin- und Kosmetikindustrie und in Nahrungsmitteln
als Benetzungsmittel eingesetzt werden.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems enthält
das Mittel ein Detergens wie Seife o. dgl.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems ist der Messfühler
ein Spirometerfühler, der
an einen, in die Luftröhre
eines Patienten eingeführten
Intubationsschlauch angeschlossen ist. In dasselbe Teil kann auch
ein Messkanal eingebaut sein, der als Probenehmer für einen
Gasanalysenapparat fungiert. Der Messkanal kann auch mit einem oberflächenaktiven
Mittel überzogen
sein.
-
Eine Ausführungsform des Messfühlers und Systems
umfasst einen Messkanal, der an den Messfühler angeschlossen ist und
als ein Probenehmer für einen
Gasanalysenapparat fungiert.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems arbeitet der Messfühler
auf dem Pitotröhrenprinzip
basierend auf der Messung des Pitotdrucks, bei dem das Strömungsdrosselelement
aus einer oder mehreren Lamellen besteht, die gegen die Strömung gerichtet
ist/sind.
-
In einer Ausführungsform des Messfühlers und
Systems ist das Drosselelement mit Lamellen ausgestattet, die radial
um die Öffnung
des Messkanals angeordnet sind, und jede Lamelle ist mit einer Nut
ausgestattet, um den auf die Lamelle auftreffenden Gasstrom in die Öffnung zu
leiten.
-
In einer Ausführungsform des Systems umfasst
das System ein Gasanalysegerät
zur Bestimmung der Zusammensetzung von Atemgas.
-
In einer Ausführungsform des Systems fungiert
der Messkanal als Probenehmer für
das Gasanalysegerät
und ist zwischen dem Intubationsschlauch und einer Beatmungsmaschine
angeordnet.
-
In einer Ausführungsform des Systems ist der
als Probenehmer für
ein Gasanalysegerät
fungierende Messkanal zwischen einer Beatmungsmaschine und dem Patienten
angeordnet.
-
Im Folgenden wird die Erfindung im
Einzelnen mit Hilfe einiger Beispiele ihrer Ausführungsformen durch Bezug auf
die beigefügte
Zeichnung beschrieben.
-
1 ist
ein Schema, das eine erste Ausführungsform
des Messfühlers
der Erfindung im Längsschnitt
darstellt,
-
2 ist
ein Schema, das eine zweite Ausführungsform
des Messfühlers
der Erfindung im Längsschnitt
darstellt,
-
3 ist
ein Schema, das eine dritte Ausführungsform
des Messfühlers
der Erfindung im Längsschnitt
darstellt,
-
4 ist
ein Schema, das eine vierte Ausführungsform
des Messfühlers
der Erfindung im Längsschnitt
darstellt,
-
5 ist
ein Schema, das eine fünfte
Ausführungsform
des Messfühlers
der Erfindung im Längsschnitt
darstellt,
-
6 stellt
den Abschnitt VI-VI von 5 dar,
-
7 ist
ein Schema, das eine sechste Ausführungsform des Messfühlers der
Erfindung im Längsschnitt
darstellt,
-
8 stellt
Signale als Zeitfunktionen dar, die mit einem unbeschichteten Messfühler A und
mit einem Messfühler
B gemessen wurden, der mit einem oberflächenaktiven Mittel nach der
Erfindung beschichtet ist,
-
9 stellt
die Form eines Wassertropfens auf der Oberfläche einer Wand eines Messfühlers aus
dem Stand der Technik dar,
-
10 stellt
die Form eines Wassertropfens auf der Oberfläche einer Wand eines Messfühlers dar,
die mit einem Mittel nach der Erfindung behandelt wurde, und
-
11 ist
ein Schema, das eine Ausführungsform
des Systems nach der Erfindung darstellt.
-
Die 1–7 stellen verschiedene Messfühlertypen
mit Strömungsdrosselung
dar, die zum Messen eines Gasflusses ausgelegt sind, und die mit
einer Beschichtung aus einem erfindungsgemäßen Mittel verbessert werden
können.
Die Strömungsfühlergrundtypen
und ihre Prinzipien sind z. B. in der Veröffentlichung Doebelin: Measurement
Systems, McGraw-Hill Kogakusha, 1976 dargestellt.
-
Die in den 1–7 gezeigten Messfühler umfassen
einen rohrförmigen
Fließkanal 1 zum Durchlass
eines zu messenden Gasflusses. Der Fließkanal ist durch eine Wand 2 begrenzt.
Der Fließkanal
ist mit einem Drosselelement 3 versehen, das einen Gasfluss
im Fließkanal
drosseln soll. Mit dem Fließkanal 1 stehen
Messkanäle 4 in
Verbindung, die im Gebrauch an eine Messvorrichtung angeschlossen
sind, um den Druckunterschied zu messen, der durch die Wirkung des
Strömungsdrosselelements 3 im
Fließkanal
hervorgerufen wird. Die Oberfläche
der Wand 2 des Fließkanals 1 und/oder
das Drosselelement 3 ist, wobei die Oberfläche in direktem
Kontakt mit dem zu messenden Gasfluss ist, mit einem Mittel versehen,
um den Kontaktwinkel θ eines
Wassertropfens oder wasserhaltigen Tropfens zu der Fläche im Verhältnis zum
Kontaktwinkel zu verkleinern, der zwischen einer entsprechenden,
nicht mit einem solchen Mittel behandelten Fläche und einem entsprechenden
Tropfen entsteht. Was seine Wirkung betrifft, so kann das Mittel
entweder die Oberflächenenergie (Oberflächenspannung)
des Tropfens reduzieren, oder alternativ die Oberflächenenergie
dieser Fläche erhöhen.
-
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Drosselelement 3,
das die Strömung
im Fließkanal 1 drosselt,
ein Loch 6, wobei sich die Öffnungen 7 der Druckmesskanäle 4 auf
seinen beiden Seiten befinden. Diese Öffnungen sind über Messkanalschläuche 4 an
eine Messvorrichtung 8 angeschlossen, welche ein Element
ist, das Druckunterschied misst. Was ihre Form betrifft, kann das
Loch 6, wie in der zuvor erwähnten Veröffentlichung festgestellt,
verschiedene Erscheinungsbilder haben, ihre Empfindlichkeit gegen
kondensiertes Wasser ist aber in allen Ausführungsformen dieselbe, wobei
die Drosselöffnung
aufgrund des kleinsten Durchmessers das kritischste Teil ist.
-
Wie in 2 gezeigt
ist, kann das Drosselelement 3 auch aus einem verengten
Teil 9 des Fließkanals 1 bestehen.
Dies ist ein sogenanntes Venturi-Rohr, in welchem die Verluste wegen
der Stromlinienform geringer sind. Seine Empfindlichkeit gegen Feuchtigkeit
ist jedoch dieselbe wie bei einem Fühler mit einer wie in 1 gezeigten Drosselöffnung.
-
3 stellt
einen Strömungsmessfühler dar, bei
dem das Drosselelement
3, das die Strömung im Fließkanal drosselt,
aus den Öffnungen
10 des
Messkanals
4 besteht, die sich in der Strömung befinden. Die Öffnungen
10 sind
symmetrisch angeordnet, um eine Strömungsmessung in beiden Richtungen
des Schlauchs mit derselben Messempfindlichkeit zu messen. Die Öffnungen
10,
die typischerweise in der Mitte der Fließkanalröhre
1 angeordnet sind,
sind über
Messkanalschläuche
4 an
eine Messvorrichtung
8 angeschlossen. Die Öffnungen
10 sind
eine Variante der Pitotröhre.
Ein Fühler
wie dieser hat einen relativ geringen Strömungswiderstand, im Falle eines rauen
Strömungsprofils
jedoch, entsteht ein Messfehler. Dies tritt beispielsweise bei einer
Messung im Atemtrakt auf, wie in der Spezifikation
US 5.088.332 festgestellt ist. Diese Lösung ist
etwas weniger empfindlich gegen kondensiertes Wasser, ihr Verhalten ist
im Prinzip jedoch demjenigen der vorstehend erwähnten Fühler ähnlich.
-
Der in 4 dargestellte
Strömungsfühler basiert
auf einem Laminarströmungswiderstand.
Das die Strömung
drosselnde Drossel element 3 wurde so aufgebaut, dass der
Innenraum des Schlauchs in eine große Anzahl von kleinen Röhren 11 aufgeteilt wurde,
wovon in jeder eine laminare Strömung
im relevanten Messbereich vorherrscht. Als eine Folge davon kann
der Fühler
jedoch verstopfen. Er ist deutlich anfälliger für Wassertropfen als die anderen
beschriebenen Fühlertypen.
-
Basierend auf dem in
3 dargestellten Prinzip, stellen die
5 und
6 einen Strömungsmessfühler D mit einem verbesserten
Aufbau dar, der aus der Spezifikation
US
5.088.332 bekannt ist und den mittleren Wert des Strömungsprofils
misst.
5 zeigt den Fühler in
Stirnansicht, und
6 zeigt
einen Längsschnitt
davon entlang der Linie VI-VI. Nahe an und um die Öffnungen
12,
die als Drosselelement
3 in der Fließkanalröhre
1 wirken, sind
Lamellen
13 mit einer Nut versehen, wobei diese Ausführungsform
drei solche Lamellen aufweist. Diese Anordnung nimmt den Pitot-Druck
gleichmäßig aus
allen Richtungen auf, und Verschiebungen im Strömungsprofil haben keine Auswirkung
auf das Ergebnis. Es ist auch möglich,
an den Fühler
einen Probenahmeschlauch
5 zur Messung von Gaskonzentrationen
anzuschließen,
und dazu wird der Fühler
an ein Spirometer und den Probenahmeadapter eines Gasanalysegeräts A angeschlossen.
-
7 zeigt
noch eine andere Ausführungsform
des Messfühlers,
die dem Fühler
von 5 und 6 entspricht, mit der Ausnahme,
dass der Messkanal 5, der einen an das Gasanalysegerät A angeschlossenen
Probenehmer bildet, an einem separaten Anschlussstück 20 angeordnet
ist, das zwischen dem Intubationsschlauch I und dem Messfühler angeschlossen
ist, was dem in 11 dargestellten
System entspricht, das später
noch ausführlicher
beschrieben wird.
-
Der Fühler von 6 reagiert besonders bei lang andauernden
Messungen empfindlich auf Feuchtigkeit. Das Fühlermaterial ist vorzugsweise Kunststoff,
z. B. Polysulfon. Dieses Material bildet wie die meisten anderen
Kunststoffmaterialien einen beinahe 90° betragenden Kontaktwinkel θ mit Wasser.
Die Situation ist in 9 dargestellt,
in welcher der Kontaktwinkel mit θA bezeichnet
ist. Der Kontaktwinkel eines Wassertropfens kann durch das sogenannte „Tropfen-auf-fester-Unterlage"-Verfahren bestimmt
werden. Der Kontaktwinkel θ hängt von
den Oberflächenspannungen
zwischen Luft, Wasser und dem Fühlermaterial
ab. Je kleiner der Winkel θ,
umso mehr ist der Wassertropfen entlang der Oberfläche des
Fühlermaterials
ausgebreitet, und umso weniger wird er die Messgenauigkeit beeinträchtigen.
Die Tropfenhöhe
H verkleinert direkt den Durchmesser des Strömungsfühlers um den Betrag von ca.
2H. Es wird deshalb schnell klar, dass die Höhe HB des
in 10 dargestellten
Wassertropfens eine viel geringere Auswirkung hat, weil der Kontaktwinkel θB klein ist. Wie klein ein Kontaktwinkelwert
sein soll, der erreicht werden soll, hängt von der angestrebten Messtoleranz
ab. Im Prinzip kann der Kontaktwinkel θ sogar bis auf 0° verkleinert
werden. In diesem Fall breitet sich jeder Wassertropfen uneingeschränkt aus und
bildet dadurch einen Wasserfilm auf der Oberfläche. Wenn ein geeignetes Mittel,
z. B. ein oberflächenaktives
Mittel in der Wand 2 des Messkanals und/oder im Drosselelement 3 verwendet
wird, kann solch eine Situation erreicht werden. Dann wird Wasser
immer noch auf der Fühleroberfläche kondensieren,
aber es können
keine Tropfen entstehen und das überschüssige Wasser
wird schnell aus dem Fühlerbereich
ausfließen.
-
8 zeigt
zwei Messintervalle als eine Funktion von Zeit, die Messungen mit
einem wie in
6 gezeigten
Fühler
darstellen. Die vertikale Achse in
8 gibt
eine Prozentzahl wieder, die die Fehlerquote des Strömungssignals
S darstellt, während die
horizontale Achse die Zeit in Minuten darstellt. Das verwendete
Gas war bei der Temperatur des Patienten voll befeuchtet, so dass
eine Kondensation auftrat. Kurve A wurde mit einem Messfühler ohne eine
Beschichtung mit einem oberflächenaktiven
Mittel gemessen. Eine genauere Beschreibung des Fühlers und
der damit verbundenen Messanordnung kann der Patent beschreibung
US 5.088.332 entnommen werden.
8 zeigt, dass das Strömungssignal S
im Verlauf einer Stunde um 5% anstieg. Bei 130 Minuten und 140 Minuten
vereinigten sich kleine Tropfen und bildeten große, und bei 175 Minuten flossen ein
paar große
Tropfen aus dem Fühler.
Der größte gemessene
Fehler betrug 20%, und das Signal schwankte die ganze Zeit ca. 2
Stunden lang ab Beginn des Tests. Kurve B wurde mit einem Fühler gemessen,
dessen Innenfläche
mit einem die Oberflächenspannung
reduzierenden Seifenpräparat
behandelt war. Mit anderen Worten kann der Kontaktwinkel, wie er
in
10 gezeigt ist, sogar
noch kleiner sein als der von
9.
Der Abfall der Kurve B zu Anfang ist nicht auf Wassertropfen, sondern
auf Temperaturveränderungen
zurückzuführen. Nach
ca. 2 Stunden beginnt die Kurve aufgrund des sich auswaschenden Seifenpräparats anzusteigen.
Auf jeden Fall zeigt der Test deutlich, dass eine Beschichtung,
die den Kontaktwinkel verkleinert, von entscheidender Bedeutung
im Langzeitgebrauch des Fühlers
ist.
-
Eine den Kontaktwinkel θ von Wasser
reduzierende Beschichtung sollte vorzugsweise auf der Innenfläche des
gesamten Fühlers
vorgesehen sein, aber die kritischsten Flächen sind diejenigen, an denen
sich das Strömungsdrosselelement 3 befindet und
wo die Querschnittsfläche
am kleinsten ist. Eine Beschichtung oder Imprägnierung des Fühlermaterials
mit einem oberflächenaktiven
Mittel kann auf alle Fühler,
die in den 1–7 gezeigt sind, aufgebracht werden.
-
Der Kontaktwinkel θ zwischen
Wasser und unterschiedlichen Kunststoffsorten ist im Allgemeinen
groß,
d. h. > 60°, manchmal > 90°. Natürlich gibt es Materialien mit
einem sehr kleinen Kontaktwinkel, diese sind aber im Allgemeinen
schwierig zu verwenden. Sie umfassen Glas, das einen Kontaktwinkel von
0° hat,
vorausgesetzt, das Glas ist absolut sauber. Selbst die kleinste
Unreinheit wie Fett, vergrößert den
Kontaktwinkel sofort. Die Beschichtung ist typischerweise von einer
die Ober flächenspannung reduzierenden
Art. Diese Gruppe umfasst verschiedene Seifenpräparate und chemische Detergentien. Es
gibt auch Präparate,
die speziell zur Beschlagsverhinderung entwickelt wurden, und die
im allgemeinen für
Gebrauch in der Optik gedacht sind. Eines davon ist Dr. Fog Endoscopic
Antifog Solution, das von O.R. Concepts Inc. hergestellt wird. Obwohl
eine vollständige
Beschlagsverhinderung einen Vorteil bereitstellt, ist sie nicht
notwendig, wenn kleine Kontaktwinkel θ annehmbar sind. Ist beispielsweise
der Kontaktwinkel < 30°, kann davon
ausgegangen werden, dass die Messgenauigkeit deutlich verbessert
ist, und so ist es sinnvoll, eine Beschichtung zu verwenden, die
den Kontaktwinkel bei Materialien verkleinert, die einen Kontaktwinkel
von über
ca. 30° haben. Ist
der durch die Verwendung einer Beschichtung erzielte Kontaktwinkel < 20°, wird die
Fühleroberfläche recht
schnell befeuchtet und man erzielt eine ziemlich gute Messgenauigkeit.
Dennoch wird das beste Ergebnis erreicht, wenn der Kontaktwinkel
0° beträgt oder
nahe daran liegt. Eine Dauerhaftigkeit der Schicht kann ein Problem
darstellen, wenn sie wasserlöslich
ist. Bei Wegwerffühlern
kann eine solche Beschichtung verwendet werden, aber für Langzeitgebrauch
ist eine auf der Oberfläche
immobilisierte Beschichtung die richtige Lösung. Die Art wasserunlöslicher
Schichten sind z. B. für
Schutzbrillen erhältlich.
Es ist auch möglich,
ein Kunststoffmaterial mit einer Chemikalie zu imprägnieren.
In diesem Fall wird die Beschichtung langlebiger sein, selbst wenn ein
Teil davon in Wasser gelöst
wird und aus dem Fühler
fließt,
da ein größerer Teil
der Chemikalie die ganze Zeit über
aus dem Material ausgewaschen wird. Solch ein Fühler könnte z. B. ein paar Tage lang arbeiten,
was in den meisten Fällen
für einen
Wegwerffühler
voll ausreicht.
-
Abgesehen davon, dass Wasser aus
dem beschichteten Fühler
schneller abläuft,
ermöglicht
es die schlüpfrigere
Oberfläche
auch, dass eventuell vorhandene Sekrete leichter entfernt werden
können. In
der vorstehenden Beschreibung sind nur einige wenige typische Beispiele
von Messfühlern
erwähnt, die
ein Strömungsdrosselelement
einsetzen. Es ist offensichtlich, dass auch andere Arten von Fühlern, die
nach einem entsprechenden Prinzip arbeiten, von der Verwendung eines
oberflächenaktiven
Mittels profitieren werden, das nach der vorliegenden Erfindung
die Messgenauigkeit erhöht.
-
11 stellt
ein erfindungsgemäßes System im
praktischen Einsatz dar, wobei ein Intubationsschlauch I in die
Luftröhre
eines Patienten eingeführt ist.
An den Beatmungskreislauf ist ein Messfühler D angeschlossen, der einem
wie z. B. in 7 gezeigten
Spirometerfühler
entspricht, der inwendig mit einem Mittel behandelt ist. Ein Anschlussstück 20,
das mit einem Messkanal 5 zur Gaskonzentrationsmessung
versehen ist, ist zwischen dem Intubationsschlauch I und einem Y-förmigen Teil 25 angeschlossen,
das die Einlass- und Auslassschläuche 23, 24 einer
die Atmung aufrechterhaltenden Maschine 22 verbindet. Das
Anschlussstück 20 ist
normalerweise so angeschlossen, dass es ganz nah am Patienten liegt,
könnte
aber auch in den Strömungsfühler D wie in 6 integriert oder zwischen
dem Strömungsfühler und
dem Y-förmigen
Teil 24 angeordnet sein. Der Gasprobenehmerschlauch 5 ist über einen
Schlauch an einen Patientenmonitor oder ein Analysegerät A angeschlossen,
in dem das Gas gemessen und das Signal verarbeitet wird, um eine
Anzeige zu erzeugen, die die Schwankungen der in Messung befindlichen
Gaskonzentration als eine Funktion von Zeit zeigt, d. h. die Messwerte
der Atmungskurve oder der Konzentration während des Ein- und Ausatmens. Der Strömungsfühler ist
auch über
die Messvorrichtung 8 an das Analysegerät A angeschlossen, in dem das Signal
verarbeitet wird, um eine Anzeige der Strömungs- und Druckmesswerte für das Ein-
und Ausatmen und mögliche
andere davon abgeleitete Größen zu erzeugen.
Die Messvorrichtung 8 kann auch im Analysegerät A untergebracht
sein, und die Gaskonzentrationsmessung kann im Anschlussstück 20 durchgeführt werden.
-
Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele
ihrer vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr
sind viele Variationen im Rahmen der Ansprüche möglich.