SE508439C2 - Mätanordning för samtidig bestämning av flöde av en strömmande gasblandning och koncentration av en specifik gas i gasblandningen. - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 508 439 2 endast en del av det totala andningsgasflödet skall ledas igenom mätkammaren för bestämning av syrgashalten. Själva konstruktionen av nátkamaren medför dessutom att det flöde av gas som strömar in i, eller igenom màtkamaren pâverkas starkt. Den kända mätanordningen är således konstruerad och begränsad till enbart koncentrationsmätningar. för koncentrationsbestämning medelst ultraljud är beskriven i US-4,6l6,50l. kända mätanordningen omfattar ett sensorsystem där ultraljud vid ett flertal olika frekvenser genereras och transmitteras En annan känd mätanordning Den andra genom en provkammare. Därefter mäts amplituden på olika platser i provkammaren, vid de olika frekvenserna. De sà erhållna mätvärdena jämförs sedan med en matematisk modell som är experimentellt framtagen för specifika gassamansättningars amplitudrespons för de akustiska signalerna. Genom att matcha den framtagna amplitudresponsen med de kända lagrade amplitudresponserna, kan koncentrationen av en specifik gas bestämas. Mätanordningen är främst avsedd bestäma koncentrationen av en steriliserings- för att komponent (etylenoxid) i en steriliseringskammare.

Mätanordningen utför en metod som är komplicerad och kräver en mängd utrustning och datakraft att amplituderna och matcha de uppmätta amplituderna med en för kunna mäta datamodell. Dessutom krävs att för varje specifik gas som skall omfattande analyseras i en specifik gasblandning, krävs en datasamling pá kända koncentrationer i olika blandningsvarianter. Själva mätmetoden begränsar till gasflöden av varierande gassammansättning. användbarheten isolerade mätkamrar utan passerande Ett syfte med uppfinningen är att frambringa en mätanordning enligt ett enkelt sätt möjliggör samtidig bestämning av flödet av en strömande ingressen, som på och smidigt gasblandning och koncentrationen av en specifik gas i gasblandningen. 10 15 20 25 30 35 508 439 Detta syfte ernås i enlighet med uppfinningen genom att mät- anordningen är 'utformad 1ned en andra analysenhet ansluten till den akustiska mottagaren för att bestämma koncentra- tionen av den specifika gasen i gasblandningen genom att be- specifika inverkan på den akustiska stäma den gasens signalen.

Genom att utnyttja den signal som erhålls i samband med kan mätanordningen mini- stabil flödesmätningen av gasblandningen, meras med avseende pá komponenter och göras billig, och noggrann.

I princip kan analysen av den transmitterade signalen göras digitalt varvid information av flöde och koncentration snabbt och enkelt erhålls i form av digitala signaler som sedan kan behandlas eller presenteras pà känt sätt.

Ett flertal fördelaktiga vidareutvecklingar av mätanordningen framgår av de underordnade kraven till kravet 1.

Mätanordningen enligt uppfinningen är synnerligen lämpad att användas i ventilator/anestesisystem, varvid de företrädesvis placeras i exspirationsledningen.

För att ytterligare möjliggöra exakta och snabba mätningar med ett minimum av elektronik och ansättning av matematiska modeller, kan mätanordningen alternativt placeras i en trakealtub eller motsvarande, genom vilken andningsgas flöder under både inspiration och exspiration. Under inspiration kan därvid det ett inspirerade inspirerade andningsgasflödet bestämmas, samtidigt som referensvärde för gassammansättningen i den andningsgasen bestäms. Under exspiration kan sedan det exspirerade andningsgasflödet mätas, samtidigt som koldioxid enkelt detta fall gaskomponenter sàsom bestäms.

Koncentrationsbestämningen blir i synnerligen 10 15 20 25 30 35 508 439 4 enkel eftersom den huvudsakliga skillnaden i gassammansättning mellan den inandade gasen och den utandade gasen består i just halten av koldioxid. Koldioxidhalten i utandningsgasen kan mätas genom att filterera ut en specifik frekvens ur den. akustiska signalen. och. bestäma amplitud- förändringen.

I anslutning till figurerna skall mätanordningen enligt uppfinningen beskrivas närmare, varvid Fig. 1 visar mätanordningen placerad i ett ventilatorsystem, Fig. 2 visar en första utförandeform av mätanordningen, Fig. 3 visar en styranordning i mätanordningen enligt upp- finningen, Fig. 4 visar en andra utförandeform av mätanordningen, och Fig. 5 visar en alternativ placering av mätanordningen i ett ventilatorsystem.

Fig. 1 visar ett ventilatorsystem 2, vilket förser en patient 4 med en andningsgas. Ventilatorsystemet 2 omfattar en ven- tilatorenhet 6 till vilken en eller flera gaser kan anslutas via en första gasanslutning 8A, en andra gasanslutning 8B och en tredje gasanslutning 8C. Den anslutna gasen eller gaserna blandas i en blandningsenhet 10 och regleras även sä att den färdigblandade gasen erhåller en förutbestämd sammansättning samt följer ett viss ttryck- och flödesmönster. Parametrarna regleras via en styranordning 12. Den färdiga gasblandningen tillförs patienten 4 via en inspirationsledning 16 och en patientslang 18, exempelvis en trakealtub. Utandad gas från via patientslangen 18 och en exspira- patienten gär tionsledning 20 tillbaka till ventilatorenheten 6, varefter den evakueras via en evakueringsutgàng 24. Den utandade gasen kan pà känt sätt ventilatorenheten 6 (ej visat i figuren). I exspirationsdelen regleras avseende exempelvis tryck i är en mätanordning 22 för samtidig bestämning av flöde och koncentration anordnad. 10 15 20 25 30 35 508 439 5 Mätanordningen 22 innefattar, som framgår av fig. 2, en genom vilken all utandad gas strömmar, en mätkamare 23, akustisk sändare 26, exempelvis en piezoelektrisk kristall, en akustisk mottagare 28, vilken även den kan utgöras av en kristall, härvid piezoelektrisk och en analysanordning 30.

Analysanordningen nátenheten 22 eller anordnas i exempelvis styrenheten 12 i kan vara integrerad i själva ventilatorenheten 6.

Den akustiska sändaren 26 avger en akustisk signal 32 som via ett antal reflexioner i väggarna i mätkamaren 23 trans- mitteras igenom den strömmande gasblandningen och träffar sedan den akustiska mottagaren 28, vilken mottagerr den transmitterade akustiska signalen. Utformningen av mätkammaren 23 för att erhålla reflexionerna kan ske pá något sätt som finns inom området för akustisk av de kända flödesmätning.

Analysanordningen 30 behandlar den mottagna signalen och bestämmer ur denna flödet av gasblandningen samt koncentra- tionen av åtminstone en :L gasblandningen ingående gaskom- ponent, exempelvis koldioxid.

I fig. 3 visas en utformning av analysanordningen 30. Den uppmätta akustiska signalen omvandlas i den akustiska mottagaren 28 till en elektrisk signal, vilken överförs till en förförstärkare 34 i analysanordningen 30. Den förstärkta signalen leds dels till en första analysenhet 36 och dels till en andra analysenhet 38. I den första analysenheten 36 bestäms det momentana flödet och dessa uppgifter överförs kontinuerligt till en beräkningsenhet 40. Pâ motsvarande sätt bestäms den momentana koncentrationen i den andra analysenheten 38 och motsvarande information överförs kontinuerligt till beräkningsenheten 40. 10 15 20 25 30 35 508 439 6 Den första analysenheten 36 innefattar åtminstone ett filter fram de som är 42 för signalfrekvenser lämpligast för flödet. De filtrerade signalerna överförs till en första bestämningsenhet 46 i Den första att filtrera bestämningen av vilken själva flödesbestämningen sker. bestämningsenheten 46 kan härvid även motta en referenssignal från beräkningsenheten 40 som exempelvis anger den avgivna frekvens. Med utgångspunkt från den akustiska signalens avgivna akustiska signalen och den uppmätta akustiska signalen. kan den flödande gasblandningens inverkan pà den akustiska signalen bestämmas och därigenom kan även flödet bestämmas.

Pâ motsvarande sätt innefattar den andra analysenheten 38 ett andra bandpassfilter 48 för att filtrera fram de frekvenser i mätsignalen som är av intresse för koncentrationsmätningen.

Dessa signaler överförs till en andra bestämningsenhet 50 i vilken koncentrationen av den specifika gasen bestäms. Även här kan en referenssignal överföras via beräkningsenheten 40 till den andra bestämningsenheten 50. Beräkningsenheten 40 kan även fungera som styrenhet för den akustiska sändaren 26.

Det bör här noteras att den akustiska sändaren 26 kan vara utformad att samtidigt eller sekventiellt avge ett flertal olika frekvenser och att den akustiska nmttagaren på nwt- svarande sätt är utformad att parallellt eller seriellt mäta ett flertal olika frekvenser. Den akustiska sändaren 26 res- pektive akustiska mottagaren 28 kan för detta syfte innefatta flera piezoelektriska element för generering av de olika frekvenserna.

I fig. 4 visas ett andra utföringsexempel av mätanordningen 22. I detta fall är den första akustiska sändaren 26 och akustiska mottagaren 28 placerade på motstående sidor av mät- kammaren 23 och mätsignalen 32 sänds diagonalt igenom mät- kammaren. 23. Även. här' kan signalen fås att reflekteras en eller flera gånger i mätkammarens 23 väggar. 10 15 20 25 508 439 För att öka noggrannheten i framför allt bestämningen av kon- centrationen av den ingående gaskomponenten kan en identisk mätanordning placeras pá inspirationssidan av ventilator- systemet, såsom framgår av fig. 1 med den ytterligare mätan- ordningen l4. Härigenom erhålles en ytterligare referens- signal för den gasblandning som tillförs patienten. Ur denna referens kan sedan .bestämningen. av' koncentrationen av' den specifika gasen på ett enklare sätt bestämmas säkert.

I fig. 5 visas en alternativ placering av mätanordningen 22, nämligen i patientslangen 18. Detta medför flera fördelar, dels kan flöde och koncentration bestämmas under báde inspiration och exspiration medelst en och samma mätanordning. Dessutom bestäms dessa parametrar nära patienten 4, vilket innebär att exempelvis koldioxidproduktionen i patienten snabbt och säkert kan bestämmas genom att integrera produkten av uppmätt flöde och koncentration under exspirationsfaserna. Denna och andra bestämningar kan göras i berâkningsenheten 40, exempelvis bestämning av maximalt flöde under inspiration/exspiration, maximal koncentration av inspirerad resp. exspirerad volym, den specifika gasen, ändexspiratorisk koncentration av den specifika gasen m.

Kombinationer av de visade utföringsexemplen kan göras där sá är tillämpligt.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 508 439 Krav

1. Mätanordning (22) för samtidig bestämning av flödet av en strömmande gasblandning och koncentrationen av en specifik gas i gasblandningen, innefattande en mätkanunare (23) , genom (26) igenom mät- vilken gasblandningen kan strönuna, en akustisk sändare för att generera och avge en akustisk signal kammaren (23), en akustisk mottagare (28) för att mäta en transmitterad akustisk signal och en första analysenhet (36) ansluten till den akustiska mottagaren (28) för att bestämma gasflödet igenom mätkammaren (23) utifrân gasflödets inverkan på den akustiska signalen, kännetecknad av en andra analysenhet (38) ansluten till den akustiska mottagaren (28) för att bestämma koncentrationen av den specifika gasen i gasblandningen genom att bestämma den specifika gasens inverkan pà den akustiska signalen. '

2. Mätanordning enligt krav 1, kännetecknad av att den första analysenheten (36) och/eller den andra analys- enheten (38) är anslutna till den akustiska sändaren (26) för att erhålla en referenssignal för den avgivna akustiska signalen.

3. Mätanordning enligt krav l eller 2, kännetecknad av att den andra analysenheten (38) är utformad att bestämrna koncentrationen av den specifika gasen i gasblandningen genom att bestämma dämpningen av den transmitterade akustiska sig- nalens amplitud.

4. Mätanordning enligt krav 3, kännetecknad av att (26) samtidigt generera och avge akustiska signaler med ett fler- (36, 38) är (28) upp- mätta transmitterade akustiska signalerna filtrera fram en den akustiska sändaren är utformad att' seriellt eller tal olika frekvenser och att analysenheterna utformade att ur den av den akustiska mottagaren 10 15 20 25 30 35 508 439 9 eller flera specifika frekvenser för bestämning av flöde respektive koncentration. av att (42, 48)

5. Mätanordning enligt krav 4, kännetecknad analysenheterna (36, 38) innefattar bandpassfilter för att filtrera ut signalerna med de specifika frekvenserna." ovanstående krav, (2 3 ) utsänd från den akustiska

6 . Mät anordning enligt något av av att mätkammaren är så utformad, att den akustiska signalen (32), (26), reflekteras ett flertal gånger i mätkammaren (23) , innan den träffar den akustiska mottagaren (28) . kännetecknad sändaren ovanstående krav, (23) (2 0) i varvid gasblandningen utgörs av

7 . Mät anordning enligt något av kännetecknad av att mätkammaren är utformad att till en exspirationsledning ett ventila- (2), utandad gas som flödar igenom mätkammaren (23). anslutas tor/anestesi-system

8. Mätanordning enligt något av kraven 1 - 6, k ä n n e - t e c k n a d (23) av en gasledning i ett ventilator/anestesi-system (2), av att mätkammaren utgör en integrerad del (18) varvid gasblandningen utgörs av in- och/eller utandad gas som flödar igenom mätkammaren (23) .

9. Mätanordning enligt krav 7 eller 8, kännetecknad av att den andra analysenheten (38) bestämmer koncentra- tionen av C02 i den utandade gasen.

10. Mätanordning enligt något av kraven 7 - 9, känne- (40) och den andra analysenheten t e c k n a d a v en beräkningsenhet ansluten till den (36) (38) för att bestämma ett antal parametrar relaterade till den första analysenheten utandade gasen, såsom maximalt utandat flöde, utandad total volym, utandad volym av den specifika gasen och max kon- centration av den specifika gasen.