DE102020108199A1 - Method and device for determining the volume flow, pressure and composition of a gas - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zum Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases, das bei der Atmung/Beatmung eines Patienten (P) durch einen Strömungskanal (12) geleitet wird. In dem Strömungskanal (12) ist eine flexible Trägermembran (16) orthogonal zur Strömungsrichtung (S) des Gases angeordnet, wobei an zumindest einer Oberfläche (17) der Trägermembran (16) zumindest ein erster Sensor (18) insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens angebracht ist. Die Trägermembran (16) ist innerhalb des Strömungskanals (12) in Abhängigkeit des Volumenstroms (V) des Gases verformbar, wobei bei einer Bewegung der Trägermembran (16) und/oder Verformung des ersten Sensors zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom (V) des Gases erzeugt wird. Ein Druck des Gases wird mittels einer Druckmesseinrichtung (20) gemessen, die in dem Strömungskanal (12) insbesondere im Bereich von dessen Wandung (W) angeordnet ist. Die Zusammensetzung des Gases wird durch einen eines innerhalb des Strömungskanals (12) angeordneten zweiten Sensor (24) bestimmt.The invention relates to a method and a device (10) for determining the volume flow (V), pressure (p) and composition of a gas which is passed through a flow channel (12) when breathing / ventilating a patient (P). A flexible support membrane (16) is arranged in the flow channel (12) orthogonally to the flow direction (S) of the gas, with at least one first sensor (18), in particular in the form of a strain gauge, being attached to at least one surface (17) of the support membrane (16) . The support membrane (16) is deformable within the flow channel (12) depending on the volume flow (V) of the gas, with at least one signal depending on the volume flow (V) of the gas when the support membrane (16) moves and / or the first sensor is deformed is produced. A pressure of the gas is measured by means of a pressure measuring device (20) which is arranged in the flow channel (12), in particular in the area of its wall (W). The composition of the gas is determined by a second sensor (24) arranged within the flow channel (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen von Volumenstrom, Druck und Zusammensetzung eines Gases bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten.The invention relates to a method and a device for determining the volume flow, pressure and composition of a gas when breathing or ventilating a patient.

Auf dem Gebiet der Medizin ist es bei der Versorgung von Patienten mit Atemgas bzw. Atemluft in der Regel erforderlich, dass genaue Informationen zu diesem Atemgas bzw. für diese Atemluft vorliegen. Zu diesem Zweck werden Messparameter erfasst, die für ein Atemgas bzw. Atemluft, das bzw. die dem Patienten zugeführt bzw. vom Patienten eingeatmet wird oder vom Patienten ausgeatmet wird, charakteristisch sind. Zu diesen Messparametern zählen insbesondere die Menge an zugeführtem Atemgas, die sich aus dem Volumenstrom bestimmt, der Druck des zugeführten Gases sowie dessen Zusammensetzung insbesondere im Hinblick auf die darin enthaltenen Anteile z.B. von Sauerstoff und Kohlendioxid und deren Konzentration.In the field of medicine, when supplying patients with breathing gas or breathing air, it is generally necessary that precise information about this breathing gas or about this breathing air is available. For this purpose, measurement parameters are recorded which are characteristic of a breathing gas or breathing air that is supplied to the patient or inhaled by the patient or exhaled by the patient. These measurement parameters include in particular the amount of breathing gas supplied, which is determined from the volume flow, the pressure of the supplied gas and its composition, especially with regard to the proportions of oxygen and carbon dioxide contained therein and their concentration.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Volumenstromsensoren aus einem Hitzdraht-Anemometer ausgebildet sind. In bekannter Weise kommt bei der Hitzdraht-Anemometrie ein sehr dünner Draht zum Einsatz, der einen Durchmesser von nur wenigen Mikrometern aufweist und in der Regel aus Platin, Nickel, Wolfram oder unterschiedlichen Legierungen hieraus besteht. Das Messprinzip besteht darin, dass dieser dünne Draht elektrisch erhitzt wird, wobei die Wärmeabgabe dieses Drahts an die vorbeiströmende Luft zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit dient.According to the prior art, it is known that volume flow sensors are formed from a hot wire anemometer. In a known way, a very thin wire is used in hot wire anemometry, which has a diameter of only a few micrometers and usually consists of platinum, nickel, tungsten or various alloys thereof. The measuring principle is that this thin wire is heated electrically, whereby the heat given off by this wire to the air flowing past is used to determine the flow velocity.

Aus DE 10 2010 030 324 A1 , DE 20 2017 005 964 U1 und DE 11 2013 001 902 T5 sind jeweils Beatmungsvorrichtungen bekannt, bei denen Volumenstrom- bzw. Strömungsratensensoren auf Basis eines Hitzdraht-Anemometers eingesetzt werden.the end DE 10 2010 030 324 A1 , DE 20 2017 005 964 U1 and DE 11 2013 001 902 T5 ventilation devices are known in which volume flow or flow rate sensors based on a hot wire anemometer are used.

Des Weiteren ist aus DE 10 2017 124 256 A1 ein Atemgas-Erfassungssystem bekannt, bei dem unter Verwendung eines Wärmeleitfähigkeits-Sensors, der in Form eines Hitzdraht-Anemometers ausgebildet sein kann, im Atemgas die Konzentration von Kohlendioxid bestimmt wird.Furthermore it is off DE 10 2017 124 256 A1 a breathing gas detection system is known in which the concentration of carbon dioxide in the breathing gas is determined using a thermal conductivity sensor, which can be designed in the form of a hot wire anemometer.

Die Bereitstellung eines Hitzdraht-Anemometers insbesondere zur Bildung eines Volumenstromsensors ist per se kostspielig und mit dem weiteren Nachteil verbunden, dass in Verbindung hiermit zumeist aufwendige und schnelle Regelkreise erforderlich sind, um den Hitzdraht auf einer durchschnittlich gleichen Temperatur zu halten.The provision of a hot wire anemometer, in particular for the formation of a volume flow sensor, is expensive per se and has the further disadvantage that in connection with this, complex and fast control loops are usually required in order to keep the hot wire at an average temperature.

Ein anderes Messprinzip zum Bestimmen eines Volumenstroms, das im Vergleich zur Hitzdraht-Anemometrie weniger aufwendig ist, besteht nach dem Stand der Technik darin, dass ein Sensor insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens auf einer flexiblen Trägermembran angebracht ist, wobei die Trägermembran von einem Gas angeströmt wird und hierbei in einen Strömungskanal hineinragt, durch den das Gas zu einem Patienten geleitet oder von dem Patienten weggeführt wird. Die Verformung, die sich für die flexible Trägermembran mit dem darauf angebrachten Dehnungsmessstreifen bei der Anströmung durch das Gas einstellt, wird von dem Dehnungsmessstreifen in ein Signal umgewandelt, welches in der Regel einen eindeutigen funktionalen Zusammenhang zum Volumenstrom des Gases innerhalb des Strömungskanals hat. Eine Volumenstrommessung mit Hilfe solcher auf einer flexiblen Trägermembran angebrachten Dehnungsmessstreifen ist beispielsweise aus GB 2121185 A , WO 2011/067734 A1 oder aus WO 2015/169848 A1 bekannt. Gleichwohl ist aus diesen Druckschriften nicht bekannt, dass mit den hierin gezeigten Vorrichtungen, die wie erläutert mit Dehnungsmessstreifen zur Volumenstrommessung eines Gases ausgestattet sind, auch eine Analyse eines durch einen Strömungskanal geleiteten Gases in Bezug auf seine einzelnen Anteile wie beispielsweise Sauerstoff oder Kohlendioxid möglich ist.According to the prior art, another measuring principle for determining a volume flow, which is less complex compared to hot wire anemometry, consists in that a sensor, in particular in the form of a strain gauge, is attached to a flexible support membrane, with a gas flowing against the support membrane and here projects into a flow channel through which the gas is conducted to a patient or is conducted away from the patient. The deformation that occurs for the flexible carrier membrane with the strain gauge attached to it when the gas flows into it is converted by the strain gauge into a signal which, as a rule, has a clear functional relationship to the volume flow of the gas within the flow channel. A volume flow measurement with the help of such strain gauges attached to a flexible carrier membrane is, for example, over GB 2121185 A , WO 2011/067734 A1 or off WO 2015/169848 A1 known. Nevertheless, it is not known from these publications that the devices shown here, which, as explained, are equipped with strain gauges for measuring the volume flow of a gas, also allow an analysis of a gas passed through a flow channel with regard to its individual components such as oxygen or carbon dioxide.

Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, im Zusammenhang mit dem Atmen oder einer Beatmung eines Patienten in Bezug auf ein Gas, das zum oder vom Patienten strömt, die Bestimmung von charakteristischen Messparametern dieses Gases, zu denen auch die Analyse der Bestandteile des Gases gehört, mit insbesondere preiswerten und einfachen Mitteln zu optimieren.Accordingly, the invention is based on the object, in connection with breathing or ventilation of a patient in relation to a gas that flows to or from the patient, the determination of characteristic measurement parameters of this gas, which also include the analysis of the constituents of the gas, to optimize with particularly inexpensive and simple means.

Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch eine mit den Merkmalen von Anspruch 15 definierte Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The above object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device defined by the features of claim 15. Advantageous further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren vor, mit dem sich Volumenstrom (Flow), Druck und Zusammensetzung eines Gases, das bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten durch einen Strömungskanal geleitet wird, bestimmen lassen. Die Messung des Volumenstroms des Gases erfolgt mittels einer flexiblen Trägermembran, die in dem Strömungskanal im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet ist, wobei an zumindest einer Oberfläche der Trägermembran zumindest ein erster Sensor insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens oder eines Piezoelements angebracht ist. Die flexible Trägermembran kann innerhalb des Strömungskanals in Abhängigkeit des Volumenstroms des Gases verformt werden, wobei bei einer Bewegung der Trägermembran und/oder Verformung des ersten Sensors zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom des Gases erzeugt wird. Des Weiteren ist in dem Strömungskanal insbesondere im Bereich von dessen Wandung eine Druckmesseinrichtung angeordnet, wobei mit dieser Druckmesseinrichtung ein statischer Druck für das innerhalb des Strömungskanals strömende Gas im Vergleich zur äußeren Umgebung des Strömungskanals gemessen wird. Die Zusammensetzung des Gases, insbesondere ausgewählte Gase gebildet aus der Gruppe von zumindest Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2), wird durch zumindest einen innerhalb des Strömungskanals angeordneten insbesondere katalytischen zweiten Sensor bestimmt.The present invention provides a method with which the volume flow (flow), pressure and composition of a gas which is passed through a flow channel when breathing or ventilating a patient can be determined. The volume flow of the gas is measured by means of a flexible carrier membrane which is arranged in the flow channel essentially orthogonally to the direction of flow of the gas, with at least one first sensor, in particular in the form of a strain gauge or a piezo element, being attached to at least one surface of the carrier membrane. The flexible support membrane can be deformed within the flow channel depending on the volume flow of the gas, with a movement of the support membrane and / or deformation of the first sensor, at least one signal is generated as a function of the volume flow of the gas. Furthermore, a pressure measuring device is arranged in the flow channel, in particular in the area of its wall, with this pressure measuring device being used to measure a static pressure for the gas flowing within the flow channel in comparison to the external environment of the flow channel. The composition of the gas, in particular selected gases formed from the group of at least oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ), is determined by at least one, in particular catalytic, second sensor arranged within the flow channel.

In gleicher Weise sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, mit der sich Volumenstrom (Flow), Druck und Zusammensetzung eines Gases bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten bestimmen lassen. Eine solche Vorrichtung umfasst einen Strömungskanal, der an ein Beatmungsgerät anschließbar ist und durch den das Gas hindurch strömen kann, zumindest eine flexible Trägermembran, die in dem Strömungskanal im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet ist, wobei an zumindest einer Oberfläche der Trägermembran zumindest ein erster Sensor insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens oder ein Piezoelements angebracht ist, wobei die Trägermembran innerhalb des Strömungskanals in Abhängigkeit des Volumenstroms des Gases verformbar ist und bei einer Bewegung der Trägermembran und/oder Verformung des ersten Sensors zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom des Gases erzeugbar ist, eine Druckmesseinrichtung, die in dem Strömungskanal insbesondere im Bereich von dessen Wandung angeordnet ist, wobei mit dieser Druckmesseinrichtung ein statischer Druck für das innerhalb des Strömungskanals strömende Gas im Vergleich zur äußeren Umgebung des Strömungskanals messbar ist, und zumindest einen innerhalb des Strömungskanals angeordneten insbesondere katalytischen zweiten Sensor, mit dem eine Zusammensetzung des Gases, insbesondere ausgewählte Gase gebildet aus der Gruppe von zumindest Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2), bestimmbar sind.In the same way, the invention provides a device with which the volume flow (flow), pressure and composition of a gas can be determined when breathing or ventilating a patient. Such a device comprises a flow channel, which can be connected to a ventilator and through which the gas can flow, at least one flexible support membrane which is arranged in the flow channel essentially orthogonally to the flow direction of the gas, at least one on at least one surface of the support membrane The first sensor, in particular in the form of a strain gauge or a piezo element, is attached, the carrier membrane being deformable within the flow channel depending on the volume flow of the gas and at least one signal depending on the volume flow of the gas being generated when the carrier membrane moves and / or the first sensor is deformed , a pressure measuring device which is arranged in the flow channel, in particular in the area of its wall, with this pressure measuring device measuring a static pressure for the gas flowing within the flow channel in comparison to the external environment of the flow channel r is, and at least one, in particular catalytic, second sensor arranged within the flow channel, with which a composition of the gas, in particular selected gases formed from the group of at least oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ), can be determined.

Zweckmäßigerweise kann bei der vorliegenden Erfindung der erste Sensor, welcher an zumindest einer Oberfläche der flexiblen Trägermembran angebracht ist, in Form eines Dehnungsmessstreifens (kurz: „DMS“) ausgebildet sein. In der Regel führt eine Bewegung bzw. Auslenkung der flexiblen Trägermembran beim Anströmen mit dem durch den Strömungskanal geleiteten Gases zu einer Verformung des DMS, was dann ein elektrisches Signal erzeugt, welches abhängig von dem durch den Strömungskanal geleiteten Volumenstrom, beispielsweise proportional hierzu, ist.In the present invention, the first sensor, which is attached to at least one surface of the flexible carrier membrane, can expediently be designed in the form of a strain gauge (“DMS” for short). As a rule, a movement or deflection of the flexible support membrane when the gas flowing through the flow channel flows against it leads to a deformation of the DMS, which then generates an electrical signal that is dependent on the volume flow passed through the flow channel, for example proportional to it.

Um eine bidirektionale Messung des Volumenstroms mit der flexiblen Trägermembran zu optimieren, ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass erste Sensoren auf beiden Seiten der Trägermembran, d.h. auf entgegengesetzten Oberflächen davon, angebracht sind. Gleichwohl darf an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass eine bidirektionale Messung des Volumenstroms bereits dann möglich ist, wenn nur an bzw. auf einer Oberfläche der flexiblen Trägermembran, d.h. nur an einer Seite davon, ein erster Sensor beispielsweise in Form eines DMS vorgesehen ist.In order to optimize a bidirectional measurement of the volume flow with the flexible support membrane, it is provided according to an advantageous development of the invention that first sensors are attached to both sides of the support membrane, i.e. on opposite surfaces thereof. Nevertheless, it should be pointed out at this point that a bidirectional measurement of the volume flow is already possible if a first sensor, for example in the form of a strain gauge, is provided only on or on one surface of the flexible carrier membrane, i.e. only on one side thereof.

Ein erster Sensor in Form eines DMS kann entweder von außen auf einer Oberfläche der flexiblen Trägermembran befestigt werden, beispielsweise durch Kleben. Ergänzend oder alternativ hierzu ist es auch möglich, einen DMS strukturell in das Material der flexiblen Trägermembran einzuarbeiten.A first sensor in the form of a strain gauge can either be attached from the outside to a surface of the flexible carrier membrane, for example by gluing. In addition or as an alternative to this, it is also possible to incorporate a DMS structurally into the material of the flexible support membrane.

Alternativ zu einem DMS kann ein erster Sensor auch in Form eines Piezoelements ausgebildet sein. Hierbei wird der Piezoeffekt ausgenutzt. Dies bedeutet, dass bei einer Bewegung bzw. Verformung der flexiblen Trägermembran im Falle der Anströmung mit einem durch den Strömungskanal geleiteten Gas auf ein an bzw. auf der Trägermembran angebrachtes Piezoelement eine mechanische Kraft einwirkt, die wiederum eine elektrische Spannung produziert, die zu einem Signal umgewandelt wird, welches abhängig oder proportional zum Volumenstrom des Gases innerhalb der Strömungskanals ist.As an alternative to a DMS, a first sensor can also be designed in the form of a piezo element. The piezo effect is used here. This means that when the flexible support membrane is moved or deformed, a mechanical force acts on a piezo element attached to or on the support membrane in the event of a gas flowing through the flow channel, which in turn produces an electrical voltage that results in a signal is converted, which is dependent on or proportional to the volume flow of the gas within the flow channel.

Die Messung des Volumenstroms für ein durch den Strömungskanal geleitetes Gas durch zumindest einen ersten Sensor ist im Vergleich zur Messtechnik basierend auf der Hitzdraht-Anemometrie wesentlich einfacher und kostengünstiger insoweit, als dass dieser erste Sensor vorzugsweise in Form eines DMS auf der Oberfläche einer flexiblen Trägermembran angebracht ist und sich bei einer Verformung des ersten Sensors, die sich beim Anströmen der Trägermembran durch das Gas und einer hieraus resultierenden Auslenkung der Trägermembran einstellt, ein elektrisches Signal bildet, welches abhängig oder proportional zum Volumenstrom des Gas ist.The measurement of the volume flow for a gas passed through the flow channel through at least one first sensor is, compared to the measurement technology based on hot wire anemometry, much simpler and more cost-effective insofar as this first sensor is preferably attached in the form of a strain gauge to the surface of a flexible support membrane and in the event of a deformation of the first sensor, which occurs when the gas flows against the carrier membrane and the resulting deflection of the carrier membrane, an electrical signal is generated which is dependent on or proportional to the volume flow of the gas.

Wie bereits erläutert, kann es sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung empfehlen, dass erste Sensoren, beispielsweise in Form eines DMS oder eines Piezoelements, auf den entgegengesetzten Oberflächen der flexiblen Trägermembran angebracht sind. Dies ermöglicht für ein in dem Strömungskanal geleiteten Gas eine Messung von dessen Volumenstrom in beiden Richtungen.As already explained, according to an advantageous development of the invention, it can be recommended that first sensors, for example in the form of a DMS or a piezo element, are attached to the opposite surfaces of the flexible carrier membrane. For a gas conducted in the flow channel, this enables a measurement of its volume flow in both directions.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass es hiermit in robuster und zuverlässiger Weise möglich ist, mehrere Messparameter für ein Gas, das entweder zum Patienten geleitet wird oder vom Patienten ausgeatmet worden ist und von ihm wegströmt, gleichzeitig zu messen bzw. zu bestimmen. Zu diesen Parametern gehören neben dem Volumenstrom (= „Flow“), der wie erläutert mit Hilfe eines auf einer flexiblen Trägermembran angebrachten ersten Sensors und vorzugsweise mit einem DMS ermittelt wird, und dem Druck des Gases insbesondere auch die Bestandteile des Gases, beispielsweise die Anteile von Sauerstoff und/oder Kohlendioxid, die in dem durch den Strömungskanal geleiteten Gas enthalten sind und mittels des zweiten Sensors bestimmbar sind.The invention is based on the essential knowledge that it is herewith more robust and it is reliably possible to simultaneously measure or determine several measurement parameters for a gas that is either passed to the patient or has been exhaled by the patient and flows away from him. These parameters include the volume flow, which, as explained, is determined with the aid of a first sensor attached to a flexible support membrane and preferably with a strain gauge, and the pressure of the gas, in particular the components of the gas, for example the proportions of oxygen and / or carbon dioxide, which are contained in the gas passed through the flow channel and can be determined by means of the second sensor.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein kompaktes und preiswertes Kombi-Gerät vorzugsweise in Form eines Einmal-Artikels geschaffen, mit dem die vorstehend genannten Messparameter für ein vom oder zum Patienten strömendes Gas in einfacher und robuster Weise bestimmt werden können.With the device according to the invention, a compact and inexpensive combination device is created, preferably in the form of a disposable article, with which the aforementioned measurement parameters for a gas flowing from or to the patient can be determined in a simple and robust manner.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bestimmen der besagten Messparameter des durch den Strömungskanal geleiteten Gases (d.h. Volumenstrom (Flow), Druck und Zusammensetzung eines Gases) für den Anteil des Gases erfolgt, der durch den Strömungskanal in Richtung des Patienten strömt und entsprechend vom Patienten eingeatmet wird oder aktiv in die Lunge des Patienten strömt. In diesem Zusammenhang kann das Gas, welches in Richtung des Patienten geleitet wird, als „frisches Gas“ bezeichnet werden.In an advantageous development of the invention, it is provided that the said measurement parameters of the gas passed through the flow channel (ie volume flow (flow), pressure and composition of a gas) are determined for the portion of the gas that flows through the flow channel in the direction of the patient and is inhaled accordingly by the patient or actively flows into the patient's lungs. In this context, the gas that is directed towards the patient can be referred to as “fresh gas”.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bestimmen von Volumenstrom (Flow), Druck und Zusammensetzung eines Gases für den Anteil des Gases erfolgt, der durch den Strömungskanal weg vom Patienten strömt und entsprechend vom Patienten ausgeatmet worden ist. In an advantageous further development of the invention, it is provided that the determination of the volume flow (flow), pressure and composition of a gas takes place for the portion of the gas which flows through the flow channel away from the patient and has accordingly been exhaled by the patient.

In diesem Zusammenhang kann das Gas, welches vom Patienten ausgeatmet worden ist und von ihm weg strömt, als „Patientengas“ bezeichnet werden.In this context, the gas that has been exhaled by the patient and flows away from him can be referred to as “patient gas”.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist für das Verfahren bzw. die Vorrichtung eine Auswerteeinheit vorgesehen. Somit ist es möglich, dass die Messwerte eines auf der flexiblen Trägermembran angebrachten ersten Sensors, der Druckmesseinrichtung und des zweiten Sensors an diese Auswerteeinheit übertragen werden. Eine solche Übertragung der Messwerte an die Auswerteeinheit kann kabelgebunden erfolgen, wodurch eine Verfälschung dieser Messwerte durch ggf. andere (Stör-)Signale ausgeschlossen ist.In an advantageous further development of the invention, an evaluation unit is provided for the method or the device. It is thus possible for the measured values of a first sensor attached to the flexible carrier membrane, the pressure measuring device and the second sensor to be transmitted to this evaluation unit. Such a transmission of the measured values to the evaluation unit can take place via a cable, whereby a falsification of these measured values by possibly other (interfering) signals is excluded.

Für eine Weiterverarbeitung bzw. weitere Verwendung der Messwerte, die von der Auswerteeinheit von dem ersten Sensor, der Druckmesseinrichtung und dem zweiten Sensor empfangen worden sind, ist von Vorteil, wenn diese Messwerte digitalisiert werden. Hierzu kann die Auswerteeinheit mit geeigneten Mitteln ausgestattet sein, die programmtechnisch derart eingerichtet sind, dass die Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung digitalisierbar sind und vorzugsweise auch in der Auswerteeinheit gespeichert werden können.For further processing or further use of the measured values that have been received by the evaluation unit from the first sensor, the pressure measuring device and the second sensor, it is advantageous if these measured values are digitized. For this purpose, the evaluation unit can be equipped with suitable means, which are set up in terms of programming in such a way that the measured values of the first sensor, the second sensor and the pressure measuring device can be digitized and preferably can also be stored in the evaluation unit.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist eine Sendeeinheit vorgesehen, die mit der Auswerteeinheit in Signalverbindung steht, vorzugsweise ebenfalls kabelgebunden. Somit können die von der Auswerteeinheit empfangenen Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung an die Sendeeinheit übertragen werden, zwecks einer anschließenden Übertragung dieser Messwerte durch die Sendeeinheit an eine externe weitere Einrichtung.In an advantageous development of the invention, a transmission unit is provided which is in signal connection with the evaluation unit, preferably also wired. Thus, the measured values of the first sensor, the second sensor and the pressure measuring device received by the evaluation unit can be transmitted to the transmission unit for the purpose of a subsequent transmission of these measured values by the transmission unit to a further external device.

Von Vorteil ist, wenn die Auswerteeinheit und die Sendeeinheit in einer gemeinsamen Einrichtung integriert ausgebildet sind. Dies ist einerseits platzsparend und ermöglicht andererseits kurze Kabel- bzw. Datenverbindungen zwischen den einzelnen elektronischen Bauelementen dieser Einheiten.It is advantageous if the evaluation unit and the transmission unit are designed to be integrated in a common device. On the one hand, this saves space and, on the other hand, enables short cable or data connections between the individual electronic components of these units.

Die Datenübertragung der Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung von der Sendeeinheit an eine externe Einrichtung kann kabellos über eine Funkstrecke oder dergleichen erfolgen. Beispielsweise eignet sich für diese kabellose Datenübertragung das Bluetooth-Kommunikationsprotokoll oder das ZigBee-Kommunikationsprotokoll.The data transmission of the measured values of the first sensor, the second sensor and the pressure measuring device from the transmitting unit to an external device can take place wirelessly via a radio link or the like. For example, the Bluetooth communication protocol or the ZigBee communication protocol is suitable for this wireless data transmission.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann es sich bei der externen Einrichtung, an welche die Messdaten von der Sendeeinheit gesendet werden, um eine Regel- oder Steuereinrichtung für die Patienten- Beatmung handeln. Anders ausgedrückt, kann eine solche Regel- oder Steuereinrichtung Teil eines Beatmungsgeräts sein, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird und/oder mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zusammen eingesetzt wird. Auf Grundlage dessen können dann die Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung von der Regel- oder Steuereinrichtung des Beatmungsgeräts geeignet verarbeitet und für die Steuerung bzw. Regelung der Beatmung eines Patienten berücksichtigt werden.In an advantageous development of the invention, the external device to which the measurement data are sent from the transmitting unit can be a regulating or control device for patient ventilation. In other words, such a regulating or control device can be part of a ventilator with which the method according to the invention is carried out and / or with which the device according to the invention is used together. On the basis of this, the measured values of the first sensor, the second sensor and the pressure measuring device can then be suitably processed by the regulating or control device of the ventilator and taken into account for the control or regulation of the ventilation of a patient.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können der Volumenstrom (Flow), der Druck und die Zusammensetzung des Gases, welches in einen zum Patienten führenden Strömungskanal geleitet wird, mittels einer Regel- oder Steuereinrichtung eines Beatmungsgeräts in Abhängigkeit der Messwerte des auf der flexiblen Trägermembran angebrachten ersten Sensors, der Druckmesseinrichtung und des insbesondere katalytischen zweiten Sensors gesteuert, vorzugsweise geregelt werden. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine Unterstützung bzw. Steuerung/Regelung der Atmung des Patienten mittels des Beatmungsgeräts tatsächlich nur mit hierzu erforderlichen Parametern erfolgt, die mit vorbestimmten Werten übereinstimmen.In an advantageous development of the method according to the invention, the volume flow (flow), the pressure and the composition of the Gas, which is passed into a flow channel leading to the patient, can be controlled, preferably regulated, by means of a regulating or control device of a ventilator depending on the measured values of the first sensor attached to the flexible carrier membrane, the pressure measuring device and the, in particular, catalytic second sensor. This ensures that support or control / regulation of the patient's breathing by means of the ventilator actually only takes place with the parameters required for this purpose, which correspond to predetermined values.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Anzeigeeinheit (Display) vorgesehen sein, die mit der Regel- oder Steuereinrichtung in Signalverbindung steht. Mit Hilfe dieser Anzeigeeinheit können sowohl die Messwerte des ersten Sensors, des zweiten Sensors und der Druckmesseinrichtung, die von der Sendeeinheit übertragen worden sind, als auch die Steuergrößen der Regel- oder Steuereinrichtung, mit denen die Beatmung eines Patienten unterstützt bzw. gesteuert/geregelt wird, geeignet visualisiert werden.In an advantageous development of the invention, a display unit (display) can be provided which is in signal connection with the regulating or control device. With the help of this display unit, both the measured values of the first sensor, the second sensor and the pressure measuring device, which have been transmitted by the transmitting unit, as well as the control variables of the regulating or control device, with which the ventilation of a patient is supported or controlled / regulated , be appropriately visualized.

Bei Anwendung bzw. Durchführung der vorliegenden Erfindung wird der Volumenstrom für ein durch den Strömungskanal geleitete Gas wie erläutert durch einen ersten Sensor ermittelt, der an zumindest einer Oberfläche einer flexiblen und im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung angeordneten Trägermembran bestimmt. Hierbei ist es anzustreben, dass die flexible Trägermembran von dem Gas gleichmäßig und frei von Turbulenzen angeströmt wird. Zu diesem Zweck ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Strömung des Gases innerhalb der Strömungskanals angrenzend oder in der Nähe zur Trägermembran laminarisiert bzw. vergleichmäßigt wird. Eine hierzu eingesetzte Laminarisierungseinrichtung kann in Richtung des Patienten gesehen stromaufwärts und/oder stromabwärts der Trägermembran angeordnet sein. Dies bedeutet, dass eine solche Laminarisierungseinrichtung entweder nur auf einer Seite der Trägermembran, beispielsweise in Richtung des Patienten gesehen stromaufwärts von der Trägermembran (nämlich für das vorstehend erläuterte „frische Gas“) angeordnet ist, oder dass solche Laminarisierungseinrichtungen beiderseits der Trägermembran angeordnet sind. Letzterenfalls ist sichergestellt, dass damit auch das Patientengas, welches aus Richtung des Patienten zur Trägermembran hin strömt, vor Erreichen der Trägermembran gezielt laminarisiert wird.When using or carrying out the present invention, the volume flow for a gas guided through the flow channel is determined, as explained, by a first sensor which determines at least one surface of a flexible support membrane arranged essentially orthogonally to the direction of flow. The aim here is for the gas to flow against the flexible carrier membrane uniformly and free of turbulence. For this purpose, according to an advantageous further development of the invention, it is provided that the flow of the gas within the flow channel is laminarized or evened out adjacent to or in the vicinity of the carrier membrane. A laminarization device used for this purpose can be arranged upstream and / or downstream of the carrier membrane, as seen in the direction of the patient. This means that such a laminarization device is arranged either only on one side of the carrier membrane, for example upstream of the carrier membrane when viewed in the direction of the patient (namely for the “fresh gas” explained above), or that such laminarization devices are arranged on both sides of the carrier membrane. In the latter case, it is ensured that the patient gas, which flows from the direction of the patient to the carrier membrane, is specifically laminarized before it reaches the carrier membrane.

Zum Schutz des Patienten davor, dass in dem ihm zugeführten „frischen Gas“ Verunreinigungen und/oder Keime bzw. Bakterien enthalten sind, kann nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass für das in den Strömungskanal eingebrachte bzw. einströmende frische Gas ein Partikel- und/oder Bakterienfilter vorgesehen ist. Mit diesem Filter wird erreicht, dass das in Richtung des Patienten strömende „frische Gas“ wirkungsvoll in Bezug auf Partikel und/oder Bakterien bzw. Keime gefiltert wird.To protect the patient from the fact that the "fresh gas" supplied to him contains impurities and / or germs or bacteria, an advantageous development of the invention can provide that a particle is used for the fresh gas introduced or flowing into the flow channel - and / or bacterial filter is provided. This filter ensures that the “fresh gas” flowing in the direction of the patient is effectively filtered with regard to particles and / or bacteria or germs.

In gleicher Weise kann nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass in dem Strömungskanal ein Partikel- und/oder Bakterienfilter für das Patientengas angeordnet ist. Hiermit wird erreicht, dass das Patientengas, welches von dem Patienten ausgeatmet worden ist und von ihm wegströmt, wirkungsvoll in Bezug auf Verunreinigungen und/oder Keime bzw. Bakterien gefiltert wird, so dass diese nicht weiter in dem Strömungskanal transportiert werden und ggf. bis zu einem mit dem Strömungskanal verbundenen Beatmungsgerät gelangen.In the same way, according to an advantageous development of the invention, it can be provided that a particle and / or bacterial filter for the patient gas is arranged in the flow channel. This ensures that the patient gas, which has been exhaled by the patient and flows away from him, is effectively filtered with regard to impurities and / or germs or bacteria, so that these are not transported further in the flow channel and possibly up to a ventilator connected to the flow channel.

An dieser Stelle wird in Bezug auf den vorstehend genannten Partikel- und/oder Bakterienfilter gesondert darauf hingewiesen, dass sich damit wirkungsvoll jegliche störende Partikel aus dem Gas herausfiltern lassen, und somit auch Viruspartikel (auch „Virionen“ genannt). Dies bedeutet, dass mit Hilfe eines Partikel- und/oder Bakterienfilters auch Viren bzw. „Virionen“ aus dem Gas herausgefiltert werden können, nämlich sowohl bei dem in Richtung des Patienten strömenden „frischen Gas“ als auch bei dem vom Patienten ausgeatmeten Patientengas. Damit ist gewährleistet, dass Viren weder vom Patienten aufgenommen noch in die Umgebung bzw. an das Beatmungsgerät abgegeben werden.At this point, with regard to the above-mentioned particle and / or bacteria filter, it is pointed out separately that it can effectively filter out any interfering particles from the gas, and thus also virus particles (also called “virions”). This means that with the help of a particle and / or bacterial filter, viruses or “virions” can also be filtered out of the gas, namely both the “fresh gas” flowing in the direction of the patient and the patient gas exhaled by the patient. This ensures that viruses are neither ingested by the patient nor released into the environment or to the ventilator.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, dass der Volumenstrom, der durch den Strömungskanal geleitet und bestimmt worden ist, in ein Gesamtvolumen des Gases umgerechnet wird. Dies ist sowohl für das „frische Gas“, welches in Richtung des Patienten geleitet wird, als auch für das „Patientengas“, welches vom Patienten ausgeatmet worden ist, möglich.In an advantageous development of the invention, it is possible for the volume flow that has been passed and determined through the flow channel to be converted into a total volume of the gas. This is possible both for the “fresh gas” that is directed towards the patient and for the “patient gas” that has been exhaled by the patient.

Auf Grundlage dessen, dass wie vorstehend erläutert ein Gesamtvolumen des durch den Strömungskanal geleiteten Gases bestimmt wird, ist es weiterhin möglich, für einen in Verbindung mit der Erfindung eingesetzten Partikel- und/oder Bakterienfilter eine verbleibende Standzeit zu bestimmen. Nach Erreichen dieser Standzeit kann dann ein rechtzeitiger Austausch entweder dieses Filters oder der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung mitsamt diesem Filter vorgenommen werden, um eine Kontamination des Patienten und/ oder des Beatmungsgeräts zu vermeiden.Based on the fact that, as explained above, a total volume of the gas conducted through the flow channel is determined, it is also possible to determine a remaining service life for a particle and / or bacterial filter used in connection with the invention. After this idle time has been reached, either this filter or the entire device according to the invention including this filter can be replaced in good time in order to avoid contamination of the patient and / or the ventilator.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Laminarisierungseinrichtung und ein Partikel- und/oder Bakterienfilter zu einer integrierten Einheit zusammengefasst sind. Dies führt zu dem Vorteil eines geringen Platzbedarfs innerhalb des Strömungskanals an der Stelle, wo sowohl eine Laminarisierung der Gasströmung als auch eine Filterung gewünscht ist. Die Anordnung einer solchen integrierten Einheit bestehend aus Laminarisierungseinrichtung und Partikel- und/oder Bakterienfilter kann gezielt entweder auf nur einer Seite der Trägermembran, oder aber beiderseits der Trägermembran vorgenommen werden.In an advantageous development of the invention it can be provided that a laminarization device and a particle and / or bacterial filter are combined into an integrated unit. This leads to the advantage of a small space requirement within the flow channel at the point where both a laminarization of the gas flow and a filtering is desired. Such an integrated unit consisting of a laminarization device and a particle and / or bacterial filter can be arranged in a targeted manner either on only one side of the carrier membrane or on both sides of the carrier membrane.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der durch den Strömungskanal geleitete Volumenstrom (Flow) auf Basis einer abgeleiteten Größe zu mindestens einem Volumenwert umgerechnet wird. Bei diesem Volumenwert kann es sich um ein Tidal-Volumen (VT) und/oder ein Minuten-Volumen (VM) handeln.In an advantageous development of the method according to the invention, it can be provided that the volume flow (flow) conducted through the flow channel is converted into at least one volume value on the basis of a derived variable. This volume value can be a tidal volume (V T ) and / or a minute volume (V M ).

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Batterie- oder Akkumulatoreinheit, die mit den elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen der Vorrichtung zur Versorgung mit Energie elektrisch verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist hierbei die Kapazität dieser Batterie- oder Akkumulatoreinheit derart groß gewählt, dass eine Energieversorgung für die mit der Batterie- oder Akkumulatoreinheit verbundenen elektrischen oder elektronischen Bauelemente der Vorrichtung für eine Dauer von zumindest 24 Stunden, vorzugsweise von zumindest 36 Stunden, weiter vorzugsweise von zumindest 48 Stunden gewährleistet ist.According to an advantageous development, the device according to the invention comprises a battery or accumulator unit which is electrically connected to the electrical or electronic components of the device for supplying energy. The capacity of this battery or accumulator unit is expediently selected to be so large that an energy supply for the electrical or electronic components of the device connected to the battery or accumulator unit for a duration of at least 24 hours, preferably of at least 36 hours, more preferably of at least 48 hours is guaranteed.

Falls die erfindungsgemäße Vorrichtung als Einmalartikel ausgebildet ist, kann hierbei vorgesehen sein, dass die Batterie- oder Akkumulatoreinheit aus einem Gehäuse der Vorrichtung entfernbar ist. Dies verfolgt den Ansatz, dass im Zuge einer Entsorgung der Vorrichtung dann die Batterie- oder Akkumulatoreinheit aus Umweltschutzgründen entweder getrennt von der Vorrichtung entsorgt wird, oder dass - im Falle einer reinen Akkumulatoreinheit - diese nach einem geeigneten Aufladevorgang für eine neue Vorrichtung ggf. nochmals zum Einsatz kommt.If the device according to the invention is designed as a disposable article, it can be provided that the battery or accumulator unit can be removed from a housing of the device. This follows the approach that in the course of disposing of the device, the battery or accumulator unit is either disposed of separately from the device for environmental reasons, or that - in the case of a pure accumulator unit - this is possibly again for a new device after a suitable charging process Use comes.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand einer schematisch vereinfachten Zeichnung im Detail beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer prinzipiellen Schnittansicht gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer prinzipiellen Schnittansicht gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • 3 eine Längsschnittansicht durch einen Strömungskanal der Vorrichtung von 1,
  • 4 eine Längsschnittansicht durch einen Strömungskanal der Vorrichtung von 2,
  • 5 eine Frontalansicht auf eine flexible Trägermembran gemäß der Ausführungsform von 1,
  • 6 eine Frontalansicht auf eine flexible Trägermembran gemäß der Ausführungsform von 2,
  • 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer prinzipiellen Schnittansicht gemäß einer dritten Ausführungsform,
  • 8 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer prinzipiellen Schnittansicht gemäß einer vierten Ausführungsform,
  • 9 eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer flexiblen Trägermembran der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
  • 10 eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer flexiblen Trägermembran der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform.
Preferred embodiments of the invention are described in detail below with reference to a schematically simplified drawing. Show it:
  • 1 a device according to the invention in a basic sectional view according to a first embodiment,
  • 2 a device according to the invention in a basic sectional view according to a second embodiment,
  • 3 a longitudinal sectional view through a flow channel of the device of 1 ,
  • 4th a longitudinal sectional view through a flow channel of the device of 2 ,
  • 5 a front view of a flexible carrier membrane according to the embodiment of FIG 1 ,
  • 6th a front view of a flexible carrier membrane according to the embodiment of FIG 2 ,
  • 7th a device according to the invention in a basic sectional view according to a third embodiment,
  • 8th a device according to the invention in a basic sectional view according to a fourth embodiment,
  • 9 a basically simplified side view of a flexible support membrane of the device according to the invention, and
  • 10 a basically simplified side view of a flexible support membrane of the device according to the invention according to a further embodiment.

Unter Bezugnahme auf die 1-10 werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 und eines entsprechenden Verfahrens dargestellt und erläutert, mit der bzw. dem ein Patient durch einen Strömungskanal atmet oder beatmet wird. Gleiche Merkmale in der Zeichnung sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. An dieser Stelle wird gesondert darauf hingewiesen, dass die Zeichnung lediglich vereinfacht und insbesondere ohne Maßstab dargestellt ist.With reference to the 1-10 are preferred embodiments of a device according to the invention below 10 and a corresponding method with which a patient breathes or is ventilated through a flow channel. The same features in the drawing are each provided with the same reference symbols. At this point, it is pointed out separately that the drawing is only shown in a simplified manner and, in particular, without a scale.

Bei einer ersten Ausführungsform gemäß 1 umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 einen Strömungskanal 12, der von einem Beatmungsgerät 14 zu einem Patienten P führt.In a first embodiment according to 1 comprises the device according to the invention 10 a flow channel 12th from a ventilator 14th to a patient P. leads.

Innerhalb des Strömungskanals 12 ist an dessen Innenumfangsfläche 13 eine flexible Trägermembran 16 angebracht. Durch die beiden Pfeile, die in 1 am unteren Ende der Trägermembran 16 gezeigt sind, wird symbolisiert, dass an dieser Stelle die Trägermembran 16 nicht mit der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 verbunden ist und insoweit mit ihrem dadurch gebildeten freien Ende innerhalb des Strömungskanals 12 hin- und her beweglich ist.Inside the flow channel 12th is on its inner peripheral surface 13th a flexible support membrane 16 appropriate. The two arrows in 1 at the lower end of the support membrane 16 are shown, it is symbolized that at this point the support membrane 16 not with the inner peripheral surface 13th of the flow channel 12th is connected and in this respect with its free end thereby formed within the flow channel 12th is movable back and forth.

An den beiden einander entgegengesetzten Oberflächen 17 der Trägermembran 16 sind jeweils erste Sensoren 18 in Form von Dehnungsmessstreifen (kurz: „DMS“) angebracht. In der 1 sind diese DMS jeweils vereinfacht lediglich durch gestrichelte Linien symbolisiert.On the two opposite surfaces 17th the support membrane 16 are the first sensors 18th in the form of strain gauges ("DMS" for short) attached. In the 1 these strain gauges are each symbolized in a simplified manner only by dashed lines.

5 zeigt eine Frontalansicht auf eine flexible Trägermembran 16 gemäß der Ausführungsform von 1, nämlich aus Richtung einer Strömungsrichtung S. Hieraus ist ersichtlich, dass auf einer Oberfläche 17 der Trägermembran 16 mehrere DMS angeordnet sind, die hier in einer vereinfachten Darstellung jeweils durch punktierte Linien symbolisiert sind. 5 shows a front view of a flexible carrier membrane 16 according to the embodiment of 1 , namely from the direction of a flow direction S. . From this it can be seen that on a surface 17th the support membrane 16 several DMS are arranged, which are each symbolized here in a simplified representation by dotted lines.

Des Weiteren ist aus der Darstellung von 5 ersichtlich, dass ein unteres freies Ende der Trägermembran 12 keinen Kontakt zu der daran angrenzenden Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 hat. Hierdurch ist die vorstehend genannte Hin- und Herbeweglichkeit des unteren freien Endes der flexiblen Trägermembran 16 gewährleistet, falls die Trägermembran 12 von dem durch den Strömungskanal 12 geleiteten Gas angeströmt wird.Furthermore, from the representation of 5 can be seen that a lower free end of the support membrane 12th no contact with the adjacent inner peripheral surface 13th of the flow channel 12th Has. This provides the above-mentioned mobility of the lower free end of the flexible support membrane 16 guaranteed if the support membrane 12th from that through the flow channel 12th directed gas is flowed against it.

Die Trägermembran 16 ist zusätzlich in der 9 in einer prinzipiell vereinfachten Seitenansicht gezeigt. Hieraus ist ersichtlich, dass ein Querschnitt der Trägermembran 16 im Wesentlichen konstant ist, wobei erste Sensoren bzw. DMS 18 an den beiden entgegengesetzten Oberflächen der Trägermembran 16 angebracht sind, hier stark vereinfacht jeweils durch gestrichelte Linien symbolisiert.The support membrane 16 is also in the 9 shown in a principally simplified side view. It can be seen from this that a cross section of the support membrane 16 is essentially constant, with first sensors or DMS 18th on the two opposite surfaces of the support membrane 16 are appropriate, here symbolized in a greatly simplified manner by dashed lines.

Zur Beatmung des Patienten P wird ein Gas durch den Strömungskanal 12 hindurch geleitet. Mit den Pfeilen „S“ sind in der Darstellung von 1 die beiden möglichen Strömungsrichtungen symbolisiert - hieraus ist ersichtlich, dass ein Gas durch den Strömungskanal 12 sowohl in Richtung des Patienten P (in 1 von links nach rechts) als auch, nach einem Ausatmen des Patienten, weg vom Patienten P (in 1 von rechts nach links) strömen kann.For ventilation of the patient P. becomes a gas through the flow channel 12th passed through. With the arrows "S" are in the representation of 1 symbolizes the two possible directions of flow - this shows that a gas is flowing through the flow channel 12th both towards the patient P. (in 1 from left to right) and, after the patient exhales, away from the patient P. (in 1 from right to left) can flow.

Die Anbringung der Trägermembran 16 an der Innenumfangsfläche 13 der Strömungskanals 12 ist dergestalt, dass die Trägermembran 16 in dem Strömungskanal 12 im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung S des Gases angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass sich die Trägermembran 16 für eine bidirektionale Messung des Volumenstroms V einsetzen lässt, was nachfolgend noch gesondert erläutert ist.The attachment of the support membrane 16 on the inner peripheral surface 13th the flow channel 12th is such that the support membrane 16 in the flow channel 12th essentially orthogonal to the direction of flow S. of the gas is arranged. This has the advantage that the carrier membrane 16 for bidirectional measurement of the volume flow V can be used, which is explained separately below.

Die flexible Trägermembran 16 mit den daran angebrachten DMS 18 dient dazu, den Volumenstrom V des Gases innerhalb des Strömungskanals 12 zu bestimmen. Entsprechend ist in der Darstellung von 1, rechts von der Trägermembran 16, das Symbol V in einem Kreis symbolisiert. Einzelheiten hierzu sind nachfolgend noch gesondert erläutert.The flexible carrier membrane 16 with the attached strain gauges 18th serves to control the volume flow V of the gas within the flow channel 12th to determine. The representation of 1 , to the right of the support membrane 16 , the symbol V symbolized in a circle. Details on this are explained separately below.

Der Strömungskanal 12 der Vorrichtung 10 kann an ein (nicht gezeigtes) Y-Verbindungsstück angeschlossen sein, welches zum Patienten P führt. Unter Berücksichtigung dieses Y-Verbindungsstücks kann mit dem auf der flexiblen Trägermembran 16 angebrachten ersten Sensor 18 (bzw. den beiden DMS 18) sowohl der inspiratorische Fluss eines „frischen Gases“, welches durch den Strömungskanal 12 in Richtung des Patienten geleitet und dann vom Patienten eingeatmet wird, als auch der exspiratorische Fluss eines Patientengases, welches von dem Patienten ausgeatmet worden ist, bestimmt werden. Entsprechend ist mit der Trägermembran 16 und den darauf aufgebrachten DMS 18 eine bidirektionale Messung des Volumenstroms V möglich, nämlich sowohl für das „frische Gas“ FG, welches in Richtung des Patienten P strömt, als auch für das Patientengas PG, welches von dem Patienten ausgeatmet worden ist und von ihm wegströmt.The flow channel 12th the device 10 can be connected to a Y-connector (not shown) which leads to the patient P. leads. Taking this Y-connector into account, you can use the one on the flexible support membrane 16 attached first sensor 18th (or the two DMS 18th ) both the inspiratory flow of a "fresh gas" flowing through the flow channel 12th directed in the direction of the patient and then inhaled by the patient, as well as the expiratory flow of a patient gas which has been exhaled by the patient can be determined. The same is true of the support membrane 16 and the strain gauges applied to it 18th a bidirectional measurement of the volume flow V possible, namely for the "fresh gas" FG which in the direction of the patient P. flows as well as for the patient gas PG which has been exhaled by the patient and is flowing away from him.

Die Vorrichtung 10 umfasst eine Druckmesseinrichtung 20, mit der ein statischer Druck p für das Gas bestimmt bzw. gemessen wird, welches innerhalb des Strömungskanals 12 strömt.The device 10 comprises a pressure measuring device 20th with which a static pressure p for the gas is determined or measured, which is inside the flow channel 12th flows.

Die Druckmesseinrichtung 20 kann in oder an einer Wandung W des Strömungskanals 12 angeordnet sein.The pressure measuring device 20th can be in or on a wall W. of the flow channel 12th be arranged.

Die Messung des statischen Drucks p innerhalb des Strömungskanals 12 kann dadurch erfolgen, dass die Druckmesseinrichtung 20 mit einem Dehnungsmessstreifen („DMS“) 21 ausgestattet ist. Für diesen Fall wird der statische Druck p innerhalb des Strömungskanals 12 im Vergleich zu dem außerhalb des Strömungskanals 12 herrschenden Umgebungsdruck auf Grundlage der Verformung des DMS 21 bestimmt.The measurement of static pressure p within the flow channel 12th can be done in that the pressure measuring device 20th is equipped with a strain gauge ("DMS") 21. In this case, the static pressure p within the flow channel 12th compared to that outside of the flow channel 12th prevailing ambient pressure based on the deformation of the strain gauge 21 certainly.

Ergänzend oder alternativ hierzu kann die Druckmesseinrichtung 20 auch mit einem Piezoelement 22 ausgestattet sein. Für diesen Fall erfolgt dann die Messung des statischen Drucks p, der innerhalb des Strömungskanals 12 herrscht, in bekannter Weise unter Berücksichtigung einer mechanischen Kraft, die insbesondere aus Richtung des Strömungskanals 12 auf das Piezoelement 22 einwirkt.In addition or as an alternative to this, the pressure measuring device 20th also with a piezo element 22nd be equipped. In this case, the static pressure is then measured p that is inside the flow channel 12th prevails, in a known manner, taking into account a mechanical force, in particular from the direction of the flow channel 12th on the piezo element 22nd acts.

Die symbolisch vereinfachte Darstellung von 1 verdeutlicht, dass bei der Anbringung der Druckmesseinrichtung 20 an dem Strömungskanal 12 der DMS 21 bzw. das Piezoelement 22 in einem Teil der Wandung W des Strömungskanals 12 bzw. fluchtend hierzu verlaufen kann.The symbolically simplified representation of 1 makes it clear that when attaching the pressure measuring device 20th on the flow channel 12th the DMS 21 or the piezo element 22nd in part of the wall W. of the flow channel 12th or can run in alignment with this.

Die Vorrichtung 10 umfasst des Weiteren einen zweiten Sensor 24, mit dem sich eine Zusammensetzung des durch den Strömungskanal geleiteten Gases bestimmen lässt. Mit einer solchen Analyse des Gases können insbesondere die Anteile von Sauerstoff O2 und/oder Kohlendioxid CO2 oder ggf. von anderen Gasen bestimmt werden, die in dem Gas enthalten sein können.The device 10 further comprises a second sensor 24 , with which a composition of the gas passed through the flow channel can be determined. With such an analysis of the gas, in particular the proportions of oxygen O 2 and / or carbon dioxide CO 2 or possibly other gases that may be contained in the gas can be determined.

Der zweite Sensor 24 kann in Form einer katalytischen Folie ausgebildet sein, die als solche zum Stand der Technik zählt und deshalb an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung bedarf.The second sensor 24 can be designed in the form of a catalytic film, which as such is part of the state of the art and therefore does not require any further explanation at this point.

Ergänzend oder alternativ kann der zweite Sensor 24 auf dem Ultraschall-Messprinzip basieren. Entsprechend wird mit einem Ultraschallsensor innerhalb des Gasstroms die Zusammensetzung und die Konzentration von einzelnen Gasanteilen bestimmt.In addition or as an alternative, the second sensor 24 are based on the ultrasonic measuring principle. Correspondingly, the composition and the concentration of individual gas components are determined within the gas flow with an ultrasonic sensor.

Ungeachtet seines Messprinzips erfüllt der zweite Sensor 24 bei Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 die Funktion eines Gasanalysators, mit dem wie erläutert verschiedene Gasanteile und deren Konzentrationen, die in dem durch den Strömungskanal geleiteten Gases enthalten sind, gemessen werden können.Regardless of its measuring principle, the second sensor fulfills 24 when used with the device according to the invention 10 the function of a gas analyzer, with which, as explained, various gas proportions and their concentrations, which are contained in the gas passed through the flow channel, can be measured.

Die in 1 gezeigte Anordnung bzw. Positionierung des zweiten Sensors 24 innerhalb des Strömungskanals 12 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Sensor 24 in einem parallel zum Strömungskanal 12 verlaufenden Nebenkanal (nicht gezeigt) angeordnet ist, der von dem Strömungskanal abzweigt bzw. darin mündet. Eine Messung der Gasbestandteile und deren Konzentration mit einem in diesem alternativen Nebenkanal angeordneten zweiten Sensor 24 ist mit der gleichen Zuverlässigkeit möglich wie bei der in 1 gezeigten Anordnung in Bezug auf den zweiten Sensor 24.In the 1 The arrangement or positioning of the second sensor shown 24 within the flow channel 12th is only to be understood as an example. As an alternative to this, it can also be provided that the second sensor 24 in one parallel to the flow channel 12th extending secondary channel (not shown) is arranged, which branches off from the flow channel or opens into it. A measurement of the gas components and their concentration with a second sensor arranged in this alternative secondary channel 24 is possible with the same reliability as the in 1 arrangement shown in relation to the second sensor 24 .

Hinsichtlich des zweiten Sensors 24 wird ferner darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung 10 auch mehrere solcher Sensoren 24 aufweisen kann, die beispielsweise an verschiedenen Stellen entlang des Strömungskanals 12 vorgesehen sind. Diese Mehrzahl von zweiten Sensoren 24 kann entweder auf dem gleichen Messprinzip beruhen oder nach jeweils verschiedenartigen Messprinzipien arbeiten, beispielsweise nach Art einer katalytischen Folie oder nach dem Ultraschall-Messprinzip wie vorstehend erläutert.Regarding the second sensor 24 it should also be noted that the device 10 also several such sensors 24 may have, for example, at different points along the flow channel 12th are provided. This plurality of second sensors 24 can either be based on the same measuring principle or work according to different measuring principles, for example like a catalytic film or according to the ultrasonic measuring principle as explained above.

Die Vorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit 26, die dazu vorgesehen ist, die Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 zu empfangen. Zu diesem Zweck kann die Auswerteeinheit 26 kabelgebunden mit dem ersten Sensor 18, der Druckmesseinrichtung 20 und dem zweiten Sensor 24 in Signalverbindung stehen. Anders ausgedrückt, führt von dem ersten Sensor 18, der Druckmesseinrichtung 20 und dem zweiten Sensor 24 jeweils ein Signalkabel zur Auswerteeinheit 26, um dadurch die einzelnen Messwerte an die Auswerteeinheit 26 zu übertragen.The device comprises an evaluation unit 26th , which is intended to take the measured values of the first sensor 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 to recieve. For this purpose, the evaluation unit 26th wired to the first sensor 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 are in signal connection. In other words, leads from the first sensor 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 one signal cable each to the evaluation unit 26th in order to send the individual measured values to the evaluation unit 26th transferred to.

Die Auswerteeinheit 26 kann einen (nicht gezeigten) Speicher aufweisen. Entsprechend können damit die Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 in dem Speicher der Auswerteeinheit 26 gespeichert bzw. abgelegt werden.The evaluation unit 26th may have a memory (not shown). Accordingly, the measured values of the first sensor can be 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 in the memory of the evaluation unit 26th saved or filed.

Für die weitere Verarbeitung der Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 ist es von Vorteil, wenn diese Messwerte in digitalisierter Form vorliegen. Entsprechend kann die Auswerteeinheit 26 programmtechnisch derart eingerichtet sein, dass die Messwerte, die von dem ersten Sensor 18, der Druckmesseinrichtung 20 und dem zweiten Sensor 24 empfangen worden sind, im Anschluss an diesen Empfang geeignet digitalisiert werden. Diesbezüglich versteht sich, dass diese digitalisierten Messwerte dann ebenfalls in dem Speicher der Auswerteeinheit 26 gespeichert werden können.For further processing of the measured values from the first sensor 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 it is advantageous if these measured values are available in digitized form. The evaluation unit can accordingly 26th be set up in a program such that the measured values from the first sensor 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 have been received, are suitably digitized following this reception. In this regard, it goes without saying that these digitized measured values are then also stored in the memory of the evaluation unit 26th can be saved.

Die Vorrichtung 10 umfasst auch eine Sendeeinheit 28, die in gleicher Weise wie die Auswerteeinheit 26 an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung angebracht sein kann. Diese Sendeeinheit 28 steht mit der Auswerteeinheit 26 in Signalverbindung, vorzugsweise kabelgebunden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Sendeeinheit 28 direkt mit dem ersten Sensor 18, der Druckmesseinrichtung 20 und dem zweiten Sensor 24 in Signalverbindung steht, ebenfalls vorzugsweise kabelgebunden. Jedenfalls ist die Sendeeinheit 28 dazu vorgesehen und ausgebildet, die Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 oder die von der Auswerteeinheit 26 empfangenen entsprechenden Daten an eine externe Einrichtung vorzugsweise kabellos über eine Funkstrecke F oder dergleichen zu senden. Bei der externen Einrichtung kann es sich um eine Regel- oder Steuereinrichtung eines Beatmungsgeräts handeln, was nachstehend noch gesondert erläutert ist.The device 10 also includes a transmitter unit 28 in the same way as the evaluation unit 26th can be attached at any point on the device. This transmitter unit 28 stands with the evaluation unit 26th in signal connection, preferably wired. As an alternative to this, it is also possible that the transmission unit 28 directly with the first sensor 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 is in signal connection, also preferably wired. In any case, the sending unit is 28 provided and designed for this purpose, the measured values of the first sensor 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 or from the evaluation unit 26th received corresponding data to an external device, preferably wirelessly via a radio link F. or the like to send. The external device can be a regulating or control device of a ventilator, which is explained separately below.

Die Sendeeinheit 28 und die Auswerteeinheit 26 können zweckmäßigerweise in einer gemeinsamen Einrichtung integriert ausgebildet sein. Somit bilden diese beiden Einheiten dann für die erfindungsgemäße Vorrichtung ein gemeinsames Bauelement, mit dem sowohl ein Empfang der Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24, ggf. eine Digitalisierung dieser Messwerte, und ein anschließendes Versenden bzw. Übertragen dieser Messwerte an eine externe weitere Einrichtung möglich ist.The transmitter unit 28 and the evaluation unit 26th can expediently be designed to be integrated in a common device. Thus, these two units then form a common component for the device according to the invention, with which both the measured values of the first sensor can be received 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 , if necessary a digitization of these measured values, and a subsequent sending or transmission of these measured values to an external further device is possible.

Die Vorrichtung 10 ist mit einer Batterie- oder Akkumulatoreinheit 29 ausgestattet, an welche die einzelnen elektrischen oder elektronischen Bauelemente der Vorrichtung 10 angeschlossen sind. Entsprechend werden diese Bauelemente, nämlich der erste Sensor (bzw. DMS) 18, die Druckmesseinrichtung 20, der zweite Sensor 24, die Auswerteeinheit 26 und die Sendeeinheit 28 von der Batterie- oder Akkumulatoreinheit 34 geeignet mit Energie versorgt.The device 10 is with a battery or accumulator unit 29 equipped to which the individual electrical or electronic components of the device 10 are connected. Accordingly, these components, namely the first sensor (or DMS) 18, the Pressure measuring device 20th , the second sensor 24 , the evaluation unit 26th and the transmitter unit 28 from the battery or accumulator unit 34 suitably supplied with energy.

Der Strömungskanal 12 der Vorrichtung 10 kann mit einem Beatmungsgerät 14 verbunden bzw. daran angeschlossen sein.The flow channel 12th the device 10 can with a ventilator 14th connected or connected to it.

Das Beatmungsgerät 14 weist eine Regel- oder Steuereinrichtung 15 auf. Mit Hilfe dieser Regel- oder Steuereinrichtung 15 kann ein Atemgas, welches dem Patienten durch den Strömungskanal 12 der Vorrichtung 10 zugeführt wird, in Bezug auf die Parameter Volumenstrom V, Druck und/oder Zusammensetzung des Gases auf vorbestimmte Werte eingestellt werden, vorzugsweise nach Art einer Steuerung oder Regelung.The ventilator 14th has a regulating or control device 15th on. With the help of this regulating or control device 15th can be a breathing gas, which the patient through the flow channel 12th the device 10 is supplied in relation to the parameters volume flow V , Pressure and / or composition of the gas can be set to predetermined values, preferably in the manner of a control or regulation.

Das Beatmungsgerät 14 umfasst eine Batterie- oder Akkumulatoreinheit 34. Mit Hilfe dieser Batterie- oder Akkumulatoreinheit 34 kann das Beatmungsgerät 14 bei Bedarf auch ohne Netzspannung betrieben werden, beispielsweise wenn es zum Ausfall der Netzspannung kommen sollte. Insoweit ist dank der Batterie- oder Akkumulatoreinheit 34 ein „Notfallbetrieb“ für das Beatmungsgerät 14 für zumindest einige Stunden oder gar Tage sichergestellt.The ventilator 14th comprises a battery or accumulator unit 34 . With the help of this battery or accumulator unit 34 can the ventilator 14th can also be operated without mains voltage if necessary, for example if the mains voltage should fail. In this respect, thanks to the battery or accumulator unit 34 an "emergency mode" for the ventilator 14th ensured for at least a few hours or even days.

Bei der externen Einrichtung, an welche die Messwerte des ersten Sensors 18, der Druckmesseinrichtung 20 und des zweiten Sensors 24 von der Sendeeinheit 28 der Vorrichtung 10 vorzugsweise über eine Funkstrecke übertragen werden, kann es sich um die Regel- oder Steuereinrichtung 15 des Beatmungsgeräts 14 handeln. In der Darstellung von 1 ist diese Funkstrecke mit „F“ bezeichnet und durch einzelne Funkwellen symbolisiert. Wie vorstehend bereits in anderer Stelle erläutert, kann diese Funkstrecke F auf dem Bluetooth-Kommunikationsprotokoll oder auf dem ZigBee-Kommunikationsprotokoll basieren.In the case of the external device to which the measured values from the first sensor 18th , the pressure measuring device 20th and the second sensor 24 from the transmitter unit 28 the device 10 are preferably transmitted via a radio link, it can be the regulating or control device 15th the ventilator 14th Act. In the representation of 1 this radio link is designated with "F" and symbolized by individual radio waves. As already explained in another place above, this radio link F. based on the Bluetooth communication protocol or on the ZigBee communication protocol.

Das Beatmungsgerät 14 ist mit einer Anzeigeeinheit D ausgerüstet. Auf dem Display dieser Anzeigeeinheit D können die einzelnen Messwerte der Vorrichtung 10, die über die Funkstrecke F von der Regel- oder Steuereinrichtung 15 empfangen worden sind, und/oder die jeweiligen Parameter, die für das in den Strömungskanal 12 eingeleitete Gas gewählt werden, visualisiert werden.The ventilator 14th is with a display unit D. equipped. On the display of this display unit D. can read the individual measured values of the device 10 that over the radio link F. from the regulating or control device 15th have been received, and / or the respective parameters that are relevant for that in the flow channel 12th introduced gas can be selected, visualized.

Die Erfindung und das zugehörige Verfahren funktionieren nun wie folgt:

  • Von dem Beatmungsgerät 14 wird ein inspiratorisches Gas, nachfolgend auch als „frisches Gas“ FG bezeichnet, mit einem vorbestimmten Volumenstrom V, einem vorbestimmten Druck p und einer vorbestimmten Gas-Zusammensetzung in den Strömungskanal 12 eingebracht und in Richtung des Patienten P geleitet.
The invention and the associated method now work as follows:
  • From the ventilator 14th is an inspiratory gas, hereinafter also referred to as "fresh gas" FG referred to, with a predetermined volume flow V , a predetermined pressure p and a predetermined gas composition into the flow channel 12th introduced and in the direction of the patient P. directed.

Beim Anströmen der flexiblen Trägermembran 16 durch das frische Gas FG kommt es zu einer Auslenkung der Trägermembran 12, die in der Längsschnittansicht von 3 nach rechts gerichtet und durch die doppelt-strichpunktierte Linie 16' symbolisiert ist. In Folge dieser Auslenkung kommt es zu einer Verformung der DMS 18, die auf den Oberflächen 17 der Trägermembran 16 angebracht sind. Entsprechend ändert sich der elektrische Widerstand der DMS 18, wobei die entsprechenden elektrischen Signale an die Auswerteeinheit 26 gesendet werden. Die Größe dieser elektrischen Signale bzw. das Maß der Änderung des elektrischen Widerstands der DMS 18 ist abhängig von der Auslenkung der flexiblen Trägermembran 16, beispielsweise proportional hierzu, und stellt somit eine Kenngröße für den Volumenstrom V dar, mit dem das frische Gas FG durch den Strömungskanal 12 geleitet wird und dabei wie erläutert die flexible Trägermembran 16 anströmt.When the flow hits the flexible support membrane 16 through the fresh gas FG there is a deflection of the support membrane 12th , which in the longitudinal sectional view of 3 is directed to the right and symbolized by the double-dot-dash line 16 '. As a result of this deflection, the strain gauges are deformed 18th that are on the surfaces 17th the support membrane 16 are appropriate. The electrical resistance of the strain gage changes accordingly 18th , the corresponding electrical signals to the evaluation unit 26th be sent. The size of these electrical signals or the amount of change in the electrical resistance of the strain gauges 18th depends on the deflection of the flexible support membrane 16 , for example proportional to this, and thus represents a parameter for the volume flow V with which the fresh gas FG through the flow channel 12th is conducted and, as explained, the flexible support membrane 16 flows towards.

Mittels der flexiblen Trägermembran 16 kann auch der Volumenstrom V des Patientengases PG gemessen werden, welches von dem Patienten P ausgeatmet worden ist. Beim Anströmen der flexiblen Trägermembran 16 durch das Patientengas PG wird die Trägermembran 16 nun in die Gegenrichtung ausgelenkt, die in der Längsschnittansicht von 3 nach links gerichtet und durch die doppelt-strichpunktierte Linie 16" symbolisiert ist. In gleicher Weise wie zuvor bei der Auslenkung durch das frische Gas FG wird nun bei der durch das Patientengas PG bewirkten Auslenkung 16" der Trägermembran 16 nach links der elektrische Widerstand der beiden DMS 18, die auf den Oberflächen 17 der Trägermembran 16 angebracht sind, geändert. In Folge dessen werden von den DMS 18 elektrische Signale erzeugt und an die Auswerteeinheit 26 gesendet. Diese elektrischen Signale stellen eine Kenngröße für den Volumenstrom V dar, mit dem nun der Strömungskanal 12 von dem Patientengas PG durchströmt wird.By means of the flexible carrier membrane 16 can also be the volume flow V of the patient gas PG measured by the patient P. has been exhaled. When the flow hits the flexible support membrane 16 through the patient gas PG becomes the support membrane 16 now deflected in the opposite direction, which is shown in the longitudinal sectional view of 3 directed to the left and symbolized by the double-dot-dash line 16 ″. In the same way as before with the deflection by the fresh gas FG is now when through the patient gas PG caused 16 "deflection of the support membrane 16 to the left the electrical resistance of the two strain gauges 18th that are on the surfaces 17th the support membrane 16 are appropriate, changed. As a result, the DMS 18th electrical signals are generated and sent to the evaluation unit 26th sent. These electrical signals represent a parameter for the volume flow V represent, with which now the flow channel 12th from the patient gas PG is flowed through.

Die wahlweise Messung des Volumenstroms V entweder für das frische Gas FG oder für das Patientengas wird in der Darstellung von 1 auch durch einen Doppelpfeil symbolisiert, der im mittigen Bereich der Trägermembran 16 horizontal verläuft.The optional measurement of the volume flow V either for the fresh gas FG or for the patient gas is shown in 1 also symbolized by a double arrow in the central area of the support membrane 16 runs horizontally.

Für die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 und des entsprechenden Verfahrens ist von Bedeutung, dass gleichzeitig zu der Messung des Volumenstroms V, die wie vorstehend erläutert entweder für das frische Gas FG oder für das Patientengas PG durchgeführt wird, mit Hilfe der Druckmesseinrichtung 20 auch der statische Druck p ermittelt, der für das durch den Strömungskanal 12 geleitete Gas (d.h. das frische Gas FG oder das Patientengas PG) innerhalb des Strömungskanals 12 vorliegt. Ebenfalls gleichzeitig werden mit Hilfe des zweiten Sensors 24 die einzelnen Anteile des jeweiligen Gases und deren Konzentration(en) bestimmt.For the functioning of the device according to the invention 10 and the corresponding method is important that simultaneously to the measurement of the volume flow V as explained above for either the fresh gas FG or for the patient gas PG is carried out with the help of the pressure measuring device 20th also the static pressure p determined for that through the flow channel 12th piped gas (i.e. the fresh gas FG or the patient gas PG ) within the flow channel 12th is present. At the same time, the second sensor 24 determines the individual proportions of the respective gas and their concentration (s).

In gleicher Weise wie für die DMS 18 werden dann die Messwerte sowohl der Druckmesseinrichtung 20 als auch des zweiten Sensors 24 an die Auswerteeinheit 26 gesendet.In the same way as for the DMS 18th then the measured values of both the pressure measuring device 20th as well as the second sensor 24 to the evaluation unit 26th sent.

Nach einem Empfang der genannten Messwerte durch die Auswerteeinheit 26, und ggf. im Anschluss an eine optionale Digitalisierung, die wie erläutert mittels der Auswerteeinheit 26 möglich ist, werden diese Messwerte an die Sendeeinheit 28 geleitet, und anschließend dann von der Sendeeinheit 28 über die Funkstrecke F an die Regel- oder Steuereinrichtung 15 des Beatmungsgeräts 14 übertragen.After receiving the stated measured values by the evaluation unit 26th , and possibly following an optional digitization, which as explained by means of the evaluation unit 26th is possible, these measured values are sent to the transmitter unit 28 and then from the transmitter unit 28 over the radio link F. to the regulating or control device 15th the ventilator 14th transfer.

Im Betrieb des Beatmungsgeräts 14 können die empfangenen Messwerte der Vorrichtung 10, d.h. die ermittelten aktuellen Informationen in Bezug auf Volumenstrom V, Druck p und Zusammensetzung des durch den Strömungskanal 12 geleiteten Gases (entweder das frische Gas FG oder das Patientengas PG), von der Regel- oder Steuereinrichtung 15 des Beatmungsgeräts 14 berücksichtigt bzw. verarbeitet werden, beispielsweise in einer Regelstrecke. Auf Grundlage dessen ist es dann möglich, das frische Gas FG, welches durch den Strömungskanal 12 in Richtung des Patienten P geleitet wird, geeignet einzustellen.While the ventilator is in operation 14th can use the received measured values of the device 10 , ie the current information determined in relation to the volume flow V , Pressure p and composition of the flow channel 12th piped gas (either the fresh gas FG or the patient gas PG ), from the regulating or control device 15th the ventilator 14th taken into account or processed, for example in a controlled system. On the basis of this it is then possible to use the fresh gas FG , which through the flow channel 12th towards the patient P. is directed to adjust appropriately.

Nachstehend sind weitere Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Soweit diesen Ausführungsformen das gleiche Funktionsprinzip wie bei der Ausführungsform von 1 zu Grunde liegt, darf zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Erläuterungen zu 1 verwiesen werden.Further embodiments of the invention are explained below. As far as these embodiments, the same functional principle as in the embodiment of 1 is based on the explanations to avoid repetition 1 to get expelled.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Im Unterschied zur Ausführungsform von 1 ist hierbei die Trägermembran 16 nach Art eines „Segels“ ausgebildet. Hierbei erstreckt sich die Trägermembran 16 im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung S des Gases vollständig durch einen Durchmesser des Strömungskanals 12, ungeachtet von dessen Querschnittsgeometrie. Dies bedeutet, dass die Trägermembran 16 mit ihren entgegengesetzten Bereichen B, d.h. sowohl mit einem oberen Randbereich als auch mit einem unteren Randbereich, jeweils an der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 befestigt ist. Diese Art der Befestigung der Trägermembran 16 ist ergänzend auch in der Längsschnittansicht von 4 als auch in der Frontalansicht auf die Trägermembran 16 gemäß der Darstellung von 6 gezeigt. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention 10 . In contrast to the embodiment of 1 is here the support membrane 16 trained like a "sail". The support membrane extends here 16 essentially orthogonal to the direction of flow S. of the gas completely through a diameter of the flow channel 12th regardless of its cross-sectional geometry. This means that the support membrane 16 with their opposite realms B. , ie both with an upper edge area and with a lower edge area, in each case on the inner circumferential surface 13th of the flow channel 12th is attached. This type of attachment of the support membrane 16 is also in the longitudinal sectional view of FIG 4th as well as in the front view of the carrier membrane 16 according to the representation of 6th shown.

Die Frontalansicht von 6 veranschaulicht des Weiteren einen möglichen Verlauf von einzelnen DMS 18, die auf einer Oberfläche 17 der Trägermembran 16 angebracht bzw. vorgesehen sind.The frontal view of 6th also illustrates a possible course of individual DMS 18th standing on a surface 17th the support membrane 16 are attached or provided.

In Bezug auf die zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist eine Auslenkung der Trägermembran 16, die sich im Falle einer Anströmung durch das in dem Strömungskanal 12 geleitete Gas einstellt, in der 4 prinzipiell vereinfacht dargestellt.With regard to the second embodiment of the device 10 is a deflection of the support membrane 16 which, in the event of a flow through the in the flow channel 12th piped gas adjusts in the 4th shown in principle in a simplified manner.

Bei einer Anströmung durch das inspiratorische frische Gas FG wird die Trägermembran 16 insbesondere in ihrem mittigen Bereich nach rechts ausgelenkt, so wie es in 4 durch die doppelt-strichpunktierte Linie 16' symbolisiert ist. Hierbei kommt es zu einer Verformung der DMS 18. In Folge dessen werden dann in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von 1, bedingt durch eine Änderung der elektrischen Widerstände der DMS 18, dann elektrische Signale von den DMS 18 an die Auswerteeinheit 26 gesendet, wobei diese elektrischen Signale eine Kenngröße für den Volumenstrom V darstellen, mit dem das frische Gas FG durch den Strömungskanal 12 geleitet wird.With a flow through the inspiratory fresh gas FG becomes the support membrane 16 especially deflected to the right in its central area, as shown in 4th is symbolized by the double-dot-dash line 16 '. This leads to a deformation of the strain gage 18th . As a result, then in the same way as in the embodiment of 1 due to a change in the electrical resistance of the strain gage 18th , then electrical signals from the strain gauges 18th to the evaluation unit 26th sent, these electrical signals being a parameter for the volume flow V represent with which the fresh gas FG through the flow channel 12th is directed.

Beim Anströmen durch das exspiratorische Patientengas PG kommt es für die Trägermembran 16 bei der zweiten Ausführungsform - in Bezug auf die Längsschnittansicht von 4 - zu einer Anströmung von rechts nach links. Entsprechend kommt es insbesondere im mittigen Bereich der flexiblen Trägermembran 16 zu einer Auslenkung nach links, wie dies in der 4 durch die doppelt-strichpunktierte Linie 16" symbolisiert ist. Die hierbei eintretende Verformung der DMS 18 führt wie bereits erläutert zu einer Änderung von deren elektrischen Widerständen, in Folge dessen dann entsprechende elektrische Signale an die Auswerteeinheit 26 gesendet werden.When flowing through the expiratory patient gas PG it comes for the support membrane 16 in the second embodiment - with reference to the longitudinal sectional view of FIG 4th - to a flow from right to left. Correspondingly, it occurs in particular in the central area of the flexible support membrane 16 to a left deflection, as shown in FIG 4th is symbolized by the double-dot-dash line 16 ″. The deformation of the strain gauges that occurs here 18th leads, as already explained, to a change in their electrical resistances, as a result of which then corresponding electrical signals to the evaluation unit 26th be sent.

Die zweite Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß 2 hat in Bezug auf die Befestigung der Trägermembran 16 mit ihren entgegengesetzten Bereichen B an der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 im Vergleich zur Ausführungsform von 1 den Vorteil, dass eine beliebige räumliche Positionierung der Vorrichtung 10 weniger bis gar keinen Einfluss auf das Ansprechverhalten der flexiblen Trägermembran 16 und deren Auslenkung nimmt, wenn diese Trägermembran 16 seitlich von einem Gas angeströmt wird.The second embodiment of the device 10 according to 2 has in terms of attaching the support membrane 16 with their opposite realms B. on the inner peripheral surface 13th of the flow channel 12th compared to the embodiment of 1 the advantage that any spatial positioning of the device 10 less or no influence on the response behavior of the flexible support membrane 16 and its deflection increases when this support membrane 16 a gas flows from the side.

Ansonsten entspricht die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß 2 jener von 1.Otherwise, the mode of operation corresponds to the second embodiment of the device 10 according to 2 that of 1 .

7 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Hierbei sind in Ergänzung zur zweiten Ausführungsform innerhalb des Strömungskanals 12 Laminarisierungseinrichtungen 30 angeordnet, nämlich beiderseits der Trägermembran 16 und jeweils angrenzend hierzu. Diese Laminarisierungseinrichtungen 30 sind in 7 jeweils stark vereinfacht durch vertikale strichpunktierte Linien symbolisiert. 7th shows a third embodiment of the device according to the invention 10 . Here are in addition to the second embodiment within the flow channel 12th Laminarization devices 30th arranged, namely on both sides of the support membrane 16 and in each case adjacent to it. These laminarization devices 30th are in 7th each symbolized in a greatly simplified manner by vertical dash-dotted lines.

Falls frisches Gas FG oder Patientengas PG durch den Strömungskanal 12 in Richtung der Trägermembran 16 geleitet werden, strömt dieses Gas durch die Laminarisierungseinrichtungen 30 hindurch. In Folge dessen wird das Gas, bevor es die Trägermembran 16 erreicht, vergleichmäßigt und von möglichen Turbulenzen befreit.If fresh gas FG or patient gas PG through the flow channel 12th towards the support membrane 16 are passed, this gas flows through the laminarization devices 30th through. As a result, the gas before it reaches the support membrane 16 achieved, evened out and freed from possible turbulence.

In Anbetracht dessen, dass die Strömung des Gases, mit dem die Trägermembran 16 angeströmt wird, mittels der Laminarisierungseinrichtungen 30 vergleichmäßigt bzw. laminarisiert worden ist, wird eine bessere, sprich gleichmäßigere Anströmung für die Trägermembran 16 erreicht, was wiederum zu einer optimierten Auslenkung der Trägermembran 16 bedingt durch die Gasanströmung führt. Im Ergebnis kann hierdurch eine genauere Messung des Volumenstroms V mittels der Trägermembran 16 und der darauf angebrachten DMS 18 erreicht werden, weil beispielsweise ein „Flattern“ der Trägermembran 16 durch Turbulenzen verhindert wird.Noting that the flow of gas with which the support membrane 16 is flowed against, by means of the laminarization devices 30th has been evened out or laminarized, a better, i.e. more uniform, flow for the carrier membrane is achieved 16 achieved, which in turn leads to an optimized deflection of the support membrane 16 due to the gas flow. As a result, a more precise measurement of the volume flow can be achieved V by means of the support membrane 16 and the strain gauges attached to it 18th can be achieved because, for example, a "flutter" of the carrier membrane 16 is prevented by turbulence.

Ansonsten entspricht die Funktionsweise der dritten Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß 7 jener von 1.Otherwise, the mode of operation corresponds to the third embodiment of the device 10 according to 7th that of 1 .

8 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Hierbei sind in Ergänzung zur dritten Ausführungsform innerhalb des Strömungskanals 12 angrenzend zu den Laminarisierungseinrichtungen 30 jeweils Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 angeordnet, die symbolisch vereinfacht jeweils durch schraffierte Bereiche gezeigt sind. 8th shows a fourth embodiment of the device according to the invention 10 . Here are in addition to the third embodiment within the flow channel 12th adjacent to the laminarization facilities 30th each particle and / or bacterial filter 32 arranged, which are each shown symbolically simplified by hatched areas.

Durch diese Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 werden jegliche störende Partikel, Verschmutzungen, Bakterien, Keime oder dergleichen, die in dem frischen Gas FG und/oder in dem Patientengas PG enthalten sein können, wirkungsvoll zurückgehalten. In Folge dessen können diese Partikel, Verschmutzungen, Bakterien, Keime oder dergleichen weder zum Patienten P noch zum Beatmungsgerät 14 bzw. an die Umgebung gelangen. In diesem Zusammenhang wird nochmals darauf hingewiesen, dass die Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 auch dazu geeignet sind, Viren bzw. zugehörige Viruspartikel („Virionen“) aus dem frischen Gas FG und/oder aus dem Patientengas PG herauszufiltern.Through this particle and / or bacteria filter 32 any disturbing particles, dirt, bacteria, germs or the like that are in the fresh gas FG and / or in the patient gas PG can be contained, effectively withheld. As a result, these particles, dirt, bacteria, germs or the like cannot reach the patient P. nor to the ventilator 14th or reach the environment. In this context it is pointed out again that the particle and / or bacteria filter 32 Viruses or associated virus particles ("virions") are also suitable for this purpose from the fresh gas FG and / or from the patient gas PG to filter out.

In Bezug auf die Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 ist es zweckmäßig, wenn diese mit den Laminarisierungseinrichtungen 30 als integrierte Einheit ausgebildet sind. Für diesen Fall wird das frische Gas FG oder das Patientengas PG, wenn es durch eine solche integrierte Einheit hindurchströmt, sowohl in Bezug auf seine Strömung laminarisiert als auch geeignet gefiltert.With regard to the particulate and / or bacterial filters 32 it is useful if this is done with the laminarization devices 30th are designed as an integrated unit. In this case, the fresh gas FG or the patient gas PG when it flows through such an integrated unit, it is both laminarized with respect to its flow and suitably filtered.

Bezüglich der Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 wird an dieser Stelle gesondert hervorgehoben, dass diese, abweichend von der Darstellung in 8, für die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ggf. auch ohne die Laminarisierungseinrichtungen 30 vorgesehen sein können. Des Weiteren ist es möglich, einen Partikel- und/oder Bakterienfilter 32 ggf. auch nur auf einer Seite der Trägermembran 16 anzuordnen.Regarding the particle and / or bacteria filter 32 it is emphasized separately at this point that, contrary to the representation in 8th for the device according to the invention 10 possibly also without the laminarization devices 30th can be provided. It is also possible to use a particle and / or bacteria filter 32 possibly also only on one side of the support membrane 16 to arrange.

Die Darstellung von 8 zeigt weiterhin ein Gehäuse 36, das für die Vorrichtung 10 vorgesehen ist und hier nur vereinfacht durch ein strichpunktiertes Rechteck symbolisiert ist. In Bezug auf dieses Gehäuse 36 versteht sich, dass alle wesentlichen Bauelemente der Vorrichtung 10 in diesem Gehäuse 36 untergebracht bzw. darin integriert sind. Insoweit erfüllt das Gehäuse 36 für die darin aufgenommenen Bauelemente der Vorrichtung 10 auch eine Schutzfunktion. Es versteht sich, dass das in 8 gezeigt Gehäuse 36 in gleicher Weise auch für die Ausführungsformen gemäß der 1, 2 und 7 vorgesehen sein kann.The representation of 8th also shows a housing 36 that is for the device 10 is provided and is symbolized here only in a simplified manner by a dot-dash rectangle. Regarding this housing 36 it goes without saying that all essential components of the device 10 in this case 36 housed or integrated therein. In this respect, the housing fulfills 36 for the components of the device received therein 10 also a protective function. It goes without saying that in 8th shown housing 36 in the same way also for the embodiments according to FIG 1 , 2 and 7th can be provided.

Ansonsten entspricht die Funktionsweise der vierten Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß 8 jener von 1.Otherwise, the mode of operation corresponds to the fourth embodiment of the device 10 according to 8th that of 1 .

Ergänzend darf in Bezug auf die dritte und vierte Ausführungsform der Vorrichtung 10 darauf hingewiesen werden, dass hierbei, abweichend von den Darstellungen in 7 bzw. 8, eine Anbringung der Trägermembran 16 an der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 auch in der Weise möglich ist, wie es bei der ersten Ausführungsform von 1 gezeigt und erläutert worden ist.In addition, with regard to the third and fourth embodiment of the device 10 it should be noted that, contrary to the representations in 7th respectively. 8th , an attachment of the support membrane 16 on the inner peripheral surface 13th of the flow channel 12th is also possible in the manner as it is in the first embodiment of 1 has been shown and explained.

10 zeigt eine weitere Variante für eine mögliche Ausgestaltung der Trägermembran 16, die nach Art der ersten Ausführungsform von 1 nur mit ihrem oberen Ende an der Innenumfangsfläche 13 des Strömungskanals 12 befestigt ist und somit ein unteres freies Ende aufweist. In gleicher Weise wie bei der 1 ist in der 10 durch die beiden Pfeile angrenzend an das untere Ende der Trägermembran 16 verdeutlicht, dass eine Auslenkung der Trägermembran 16 nach rechts oder nach links möglich ist, wenn sie durch das frische Gas FG (von links) oder durch das Patientengas PG (von rechts) angeströmt wird. Die Seitenansicht von 10 verdeutlicht, dass diese Variante der Trägermembran 16 im Querschnitt entlang ihrer Längserstreckung trapezförmig ausgebildet ist, wobei der Querschnitt in Richtung des unteren freien Endes abnehmend ist. An den beiden entgegengesetzten Oberflächen der Trägermembran 16 sind erste Sensoren 18 vorzugsweise in Form von DMS angebracht, beispielsweise gemäß einer Anordnung von 5. 10 shows a further variant for a possible configuration of the support membrane 16 which resemble the first embodiment of 1 only with its upper end on the inner circumferential surface 13th of the flow channel 12th is attached and thus has a lower free end. In the same way as with the 1 is in the 10 by the two arrows adjacent to the lower end of the support membrane 16 shows that a deflection of the support membrane 16 to the right or to the left is possible when by the fresh gas FG (from the left) or through the patient gas PG (from the right) is flown against. The side view of 10 shows that this variant of the carrier membrane 16 is trapezoidal in cross section along its longitudinal extension, the cross section decreasing in the direction of the lower free end. On the two opposite surfaces of the support membrane 16 are the first sensors 18th preferably attached in the form of strain gauges, for example according to an arrangement of 5 .

Die Variante einer Trägermembran 16 gemäß der Ausführungsform von 10 hat im Vergleich zur Ausführungsform von 1 eine größere Biegesteifigkeit in Richtung einer Strömungsrichtung S, und eignet sich somit für relativ große Volumenströme V eines Gases, welches durch den Strömungskanal 12 hindurch geleitet wird. Diesbezüglich darf darauf hingewiesen werden, dass die vorstehend gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung 10 gemäß 1, 7 und 8 alternativ mit einer Trägermembran gemäß der Ausführungsform von 10 ausgerüstet sein können.The variant of a carrier membrane 16 according to the embodiment of 10 has compared to the embodiment of 1 a greater bending stiffness in the direction of a flow direction S. , and is therefore suitable for relatively large volume flows V of a gas flowing through the flow channel 12th is passed through. In this regard, it should be pointed out that the embodiments of the device shown above 10 according to 1 , 7th and 8th alternatively with a support membrane according to the embodiment of FIG 10 can be equipped.

Bei allen der vorstehend genannten Ausführungsformen der Vorrichtung 10 ist es möglich, dass auf den Oberflächen der Trägermembran 16 und der darauf angebrachten ersten Sensoren 18 zusätzliche Beschichtungen aufgebracht sind, die hygroskope, hydrophile, hydrophobe und/oder proteinabweisende Eigenschaften aufweisen. Solche Beschichtungen können auf der oder den Oberflächen der Trägermembran 16 vollflächig oder lokal vorgesehen sein. Falls eine solche Beschichtung hygroskope Eigenschaften aufweist, führte dies u.a. zu dem Vorteil, dass in den Wassertröpchen, die sich an bzw. auf dieser Beschichtung anlagern, dann auch Viren und/oder Bakterien gebunden werden können.In all of the aforementioned embodiments of the device 10 it is possible that on the surfaces of the support membrane 16 and the first sensors attached to it 18th additional coatings are applied which have hygroscopic, hydrophilic, hydrophobic and / or protein-repellent properties. Such coatings can be on the surface or surfaces of the support membrane 16 be provided over the entire surface or locally. If such a coating has hygroscopic properties, this has the advantage, among other things, that viruses and / or bacteria can then also be bound in the water droplets that are deposited on or on this coating.

Schließlich darf für alle der vorstehend gezeigten und erläuterten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 darauf hingewiesen werden, dass die Trägermembran 16 sich in ihrer Breite nicht über den gesamten Querschnitt des Strömungskanals 12 erstreckt, sondern lediglich in einem Teilbereich des Querschnitts des Strömungskanals 12 angeordnet ist, beispielsweise in Form eines rechteckigen Streifens. In Folge dessen ist es für ein innerhalb des Strömungskanals 12 geleitetes Gas stets möglich, an der Trägermembran 16 seitlich vorbeizuströmen, wie es beispielsweise in den Frontalansichten gemäß 5 und 6 zu erkennen ist. Dies bedeutet, dass eine flexible Trägermembran 16 über der Breite des Strömungskanals 12 gesehen nur so groß ausgebildet ist, wie es für eine ausreichende Anströmung und die gewünschte Auslenkung der Trägermembran 16 erforderlich ist, um dadurch mittels der ersten Sensoren 18 Messsignale zu erhalten, die eine Kennzahl für den Volumenstrom V des Gases darstellen.Finally, for all of the embodiments of the device according to the invention shown and explained above 10 it should be noted that the support membrane 16 their width does not extend over the entire cross-section of the flow channel 12th extends, but only in a partial area of the cross section of the flow channel 12th is arranged, for example in the form of a rectangular strip. As a result, it is for one inside the flow channel 12th conducted gas is always possible on the support membrane 16 to flow past laterally, as shown, for example, in the frontal views 5 and 6th can be seen. This means that a flexible support membrane 16 across the width of the flow channel 12th seen is only as large as it is for a sufficient flow and the desired deflection of the support membrane 16 is required to thereby by means of the first sensors 18th To receive measurement signals that are a key figure for the volume flow V of the gas.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Vorrichtungcontraption
1212th
StrömungskanalFlow channel
1313th
Innenumfangsfläche (des Strömungskanals 12)Inner peripheral surface (of the flow channel 12th )
1414th
BeatmungsgerätVentilator
1515th
Regel- oder SteuereinrichtungRegulation or control device
1616
flexible Trägermembranflexible support membrane
1717th
Oberfläche (der Trägermembran 16)Surface (of the support membrane 16 )
1818th
erster Sensor (z.B. in Form eines Dehnungsmessstreifens oder eines Piezoelements)first sensor (e.g. in the form of a strain gauge or a piezo element)
2020th
DruckmesseinrichtungPressure measuring device
2121
DehnungsmessstreifenStrain gauges
2222nd
PiezoelementPiezo element
2424
zweiter Sensor (insbesondere in Form einer katalytischen Folie)second sensor (especially in the form of a catalytic film)
2626th
AuswerteeinheitEvaluation unit
2828
SendeeinheitSending unit
2929
Batterie- oder Akkumulatoreinheit (der Vorrichtung 10)Battery or accumulator unit (of the device 10 )
3030th
LaminarisierungseinrichtungLaminarization device
3232
Partikel- und/oder BakterienfilterParticle and / or bacteria filter
3434
Batterie- oder Akkumulatoreinheit (des Beatmungsgeräts 14)Battery or accumulator unit (of the ventilator 14th )
3636
Gehäuse (für die einzelnen Bauelemente der Vorrichtung 10)Housing (for the individual components of the device 10 )
BB.
entgegensetzte Bereiche der Trägermembran 16opposite areas of the support membrane 16
DD.
AnzeigeeinheitDisplay unit
FF.
FunkstreckeRadio link
pp
Druck (eines Gases innerhalb des Strömungskanals 12)Pressure (of a gas within the flow channel 12th )
PP.
Patientpatient
FGFG
frisches Gasfresh gas
PGPG
PatientengasPatient gas
SS.
StrömungsrichtungDirection of flow
VV
VolumenwertVolume value
VV
VolumenstromVolume flow
WW.
Wandung (des Strömungskanals 12)Wall (of the flow channel 12th )

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102010030324 A1 [0004]DE 102010030324 A1 [0004]
  • DE 202017005964 U1 [0004]DE 202017005964 U1 [0004]
  • DE 112013001902 T5 [0004]DE 112013001902 T5 [0004]
  • DE 102017124256 A1 [0005]DE 102017124256 A1 [0005]
  • GB 2121185 A [0007]GB 2121185 A [0007]
  • WO 2011/067734 A1 [0007]WO 2011/067734 A1 [0007]
  • WO 2015/169848 A1 [0007]WO 2015/169848 A1 [0007]

Claims (27)

Verfahren zum Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases, das bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten (P) durch einen Strömungskanal (12) geleitet wird, wobei der Volumenstrom (V) des durch den Strömungskanal (12) geleiteten Gases mittels einer flexiblen Trägermembran (16) bestimmt wird, die in dem Strömungskanal (12) im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung (S) des Gases angeordnet ist, wobei an zumindest einer Oberfläche (17) der Trägermembran (16) zumindest ein erster Sensor (18) insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens oder eines Piezoelements angebracht ist, wobei die Trägermembran (16) innerhalb des Strömungskanals (12) in Abhängigkeit des Volumenstroms (V) des Gases verformbar ist, wobei bei einer Bewegung der Trägermembran (16) und/oder Verformung des ersten Sensors zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom (V) des Gases erzeugt wird, wobei eine Druckmesseinrichtung (20) in dem Strömungskanal (12) insbesondere im Bereich von dessen Wandung (W) angeordnet ist, wobei mit dieser Druckmesseinrichtung (20) ein statischer Druck (p) für das innerhalb des Strömungskanals (12) strömende Gas im Vergleich zur äußeren Umgebung des Strömungskanals (12) gemessen wird, und wobei die Zusammensetzung des Gases, insbesondere ausgewählte Gase gebildet aus der Gruppe von zumindest Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2), durch zumindest einen innerhalb des Strömungskanals (12) angeordneten insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24) bestimmt wird.Method for determining the volume flow (V), pressure (p) and composition of a gas that is passed through a flow channel (12) when breathing or ventilating a patient (P), the volume flow (V) of the gas flowing through the flow channel (12 ) directed gas is determined by means of a flexible carrier membrane (16) which is arranged in the flow channel (12) essentially orthogonally to the flow direction (S) of the gas, with at least one first sensor on at least one surface (17) of the carrier membrane (16) (18) is attached in particular in the form of a strain gauge or a piezo element, the carrier membrane (16) being deformable within the flow channel (12) as a function of the volume flow (V) of the gas, with a movement of the carrier membrane (16) and / or Deformation of the first sensor generates at least one signal as a function of the volume flow (V) of the gas, with a pressure measuring device (20) in the flow channel (12) in particular in the area is arranged by the wall (W), with this pressure measuring device (20) a static pressure (p) for the gas flowing within the flow channel (12) is measured in comparison to the external environment of the flow channel (12), and the composition of the Gas, in particular selected gases formed from the group of at least oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ), is determined by at least one, in particular catalytic, second sensor (24) arranged within the flow channel (12). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases für ein frisches Gas (FG), das durch den Strömungskanal (12) in Richtung des Patienten (P) strömt und entsprechend vom Patienten (P) eingeatmet wird oder aktiv in die Lunge des Patienten (P) strömt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the determination of the volume flow (V), pressure (p) and composition of a gas for a fresh gas (FG) which flows through the flow channel (12) in the direction of the patient (P) and accordingly from the patient (P ) is inhaled or actively flowing into the patient's (P) lungs. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases für ein Patientengas (PG) erfolgt, das durch den Strömungskanal (12) weg vom Patienten (P) strömt und entsprechend vom Patienten (P) ausgeatmet worden ist.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the determination of the volume flow (V), pressure (p) and composition of a gas for a patient gas (PG) takes place, which flows through the flow channel (12) away from the patient (P) and accordingly from the patient (P) has been exhaled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte eines auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensors (18), der Druckmesseinrichtung (20) und des insbesondere katalytischen zweiten Sensors (24) vorzugsweise kabelgebunden an eine Auswerteeinheit (26) übertragen werden.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the measured values of a first sensor (18) attached to the flexible support membrane (16), the pressure measuring device (20) and the, in particular, catalytic second sensor (24) are transmitted to an evaluation unit (26), preferably by cable. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Auswerteeinheit (26) empfangenen Messwerte digitalisiert werden.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the measured values received by the evaluation unit (26) are digitized. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte von der Auswerteeinheit (26) an eine Sendeeinheit (28) übertragen werden, vorzugsweise, dass die Sendeeinheit (28) und die Auswerteeinheit (26) in einer gemeinsamen Einrichtung integriert ausgebildet sind.Procedure according to Claim 4 or 5 , characterized in that the measured values are transmitted from the evaluation unit (26) to a transmission unit (28), preferably that the transmission unit (28) and the evaluation unit (26) are designed to be integrated in a common device. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte von der Sendeeinheit (28) an eine Regel- oder Steuereinrichtung (15) für die Patienten-Beatmung übertragen werden, vorzugsweise, dass die Regel- oder Steuereinrichtung (15) eine Anzeigeeinheit (D) umfasst, weiter vorzugsweise, dass die Regel- oder Steuereinrichtung (15) Teil eines Beatmungsgeräts (14) ist.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the measured values are transmitted from the transmitting unit (28) to a regulating or control device (15) for patient ventilation, preferably in that the regulating or control device (15) comprises a display unit (D), more preferably that the regulating or control device (15) is part of a ventilator (14). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Messwerte von der Sendeeinheit (28) an die Regel- oder Steuereinrichtung (15) für die Patienten-Beatmung kabellos und insbesondere über das Bluetooth-Kommunikationsprotokoll oder über das ZigBee-Kommunikationsprotokoll erfolgt.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the transmission of the measured values from the transmitting unit (28) to the regulating or control device (15) for patient ventilation takes place wirelessly and in particular via the Bluetooth communication protocol or the ZigBee communication protocol. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Gases innerhalb des Strömungskanals (12) angrenzend oder in der Nähe zur Trägermembran (16) laminarisiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the flow of the gas within the flow channel (12) is laminarized adjacent to or in the vicinity of the carrier membrane (16). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für in den Strömungskanal (12) einströmendes frisches Gas (FG) ein Partikel- und/oder Bakterienfilter (32) vorgesehen ist, mit dem das in Richtung des Patienten (P) strömende Gas in Bezug auf Partikel und/ oder Bakterien bzw. Keime gefiltert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a particle and / or bacterial filter (32) is provided for fresh gas (FG) flowing into the flow channel (12), with which the gas flowing in the direction of the patient (P) in Is filtered with respect to particles and / or bacteria or germs. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom (V), der Druck (p) und die Zusammensetzung des Gases, welches in eine zum Patienten (P) führende Sektion des Strömungskanals (12) geleitet wird, mittels einer Regel- oder Steuereinrichtung (15) in Abhängigkeit der Messwerte eines auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensors (18), der Druckmesseinrichtung (20) und des insbesondere katalytischen zweiten Sensors (24) gesteuert, vorzugsweise geregelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the volume flow (V), the pressure (p) and the composition of the gas which is passed into a section of the flow channel (12) leading to the patient (P), by means of a control or the control device (15) can be controlled, preferably regulated, as a function of the measured values of a first sensor (18) attached to the flexible support membrane (16), the pressure measuring device (20) and the, in particular, catalytic second sensor (24). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für in den Strömungskanal (12) einströmendes Patientengas (PG) ein Partikel- und/oder Bakterienfilter (32) vorgesehen ist, mit dem das in Richtung eines Beatmungsgeräts (14) strömende Gas in Bezug auf Partikel und/oder Bakterien bzw. Keime gefiltert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a particle and / or bacteria filter (32) is provided for the patient gas (PG) flowing into the flow channel (12), with which this in the direction of a Gas flowing through the ventilator (14) is filtered with regard to particles and / or bacteria or germs. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom (V), der durch den Strömungskanal (12) geleitet und bestimmt worden ist, in ein Gesamtvolumen (V) umgerechnet wird, um auf Grundlage dessen die verbleibende Standzeit des Partikel- und/oder Bakterienfilters (32) zu bestimmen.Method according to one of the Claims 10 until 12th , characterized in that the volume flow (V) which has been passed and determined through the flow channel (12) is converted into a total volume (V) in order to calculate the remaining service life of the particle and / or bacteria filter (32) to determine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Strömungskanal (12) geleitete Volumenstrom (V) auf Basis einer abgeleiteten Größe zu mindestens einem Volumenwert (V) umgerechnet wird, vorzugsweise, dass der Volumenwert (V) insbesondere ein Tidal-Volumen (VT) und/oder ein Minuten-Volumen (VM) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the volume flow (V) guided through the flow channel (12) is converted to at least one volume value (V) on the basis of a derived variable, preferably that the volume value (V) is in particular a tidal Volume (V T ) and / or a minute volume (V M ). Vorrichtung (10) zum Bestimmen von Volumenstrom (V), Druck (p) und Zusammensetzung eines Gases bei der Atmung oder Beatmung eines Patienten (P), umfassend einen Strömungskanal (12), der an ein Beatmungsgerät (14) anschließbar ist und durch den das Gas hindurch strömen kann, zumindest eine flexible Trägermembran (16), die in dem Strömungskanal (12) im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung (S) des Gases angeordnet ist, wobei an zumindest einer Oberfläche (17) der Trägermembran (16) zumindest ein erster Sensor (18) insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens oder ein Piezoelements angebracht ist, wobei die Trägermembran (16) innerhalb des Strömungskanals (12) in Abhängigkeit des Volumenstroms (V) des Gases verformbar ist, wobei bei einer Bewegung der Trägermembran (16) und/oder Verformung des ersten Sensors (18) zumindest ein Signal abhängig vom Volumenstrom (V) des Gases erzeugbar ist, eine Druckmesseinrichtung (20), die in dem Strömungskanal (12) insbesondere im Bereich von dessen Wandung (W) angeordnet ist, wobei mit dieser Druckmesseinrichtung (20) ein statischer Druck (p) für das innerhalb des Strömungskanals (12) strömende Gas im Vergleich zur äußeren Umgebung des Strömungskanals (12) messbar ist, und zumindest einen innerhalb des Strömungskanals (12) angeordneten insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24), mit dem eine Zusammensetzung des Gases, insbesondere ausgewählte Gase gebildet aus der Gruppe von zumindest Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2), bestimmbar sind.Device (10) for determining volume flow (V), pressure (p) and composition of a gas when breathing or ventilating a patient (P), comprising a flow channel (12) which can be connected to a ventilator (14) and through which the gas can flow through, at least one flexible support membrane (16) which is arranged in the flow channel (12) essentially orthogonally to the flow direction (S) of the gas, with at least one first surface (17) of the support membrane (16) Sensor (18) is attached, in particular in the form of a strain gauge or a piezo element, the carrier membrane (16) being deformable within the flow channel (12) as a function of the volume flow (V) of the gas, with a movement of the carrier membrane (16) and / or deformation of the first sensor (18), at least one signal can be generated as a function of the volume flow (V) of the gas, a pressure measuring device (20) which is in the flow channel (12) in particular in the range of whose wall (W) is arranged, with this pressure measuring device (20) being able to measure a static pressure (p) for the gas flowing inside the flow channel (12) in comparison to the external environment of the flow channel (12), and at least one inside the flow channel (12) arranged in particular catalytic second sensor (24) with which a composition of the gas, in particular selected gases formed from the group of at least oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ), can be determined. Vorrichtung (10) nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (26), die mit dem auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensor (18), der Druckmesseinrichtung (20) und dem insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24) vorzugsweise kabelgebunden in Signalverbindung steht.Device (10) according to Claim 15 , characterized by an evaluation unit (26) which is in signal connection with the first sensor (18) attached to the flexible support membrane (16), the pressure measuring device (20) and the in particular catalytic second sensor (24), preferably in a cable connection. Vorrichtung (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (26) programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass die Messwerte, die von zumindest einem auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensor (18), der Druckmesseinrichtung (20) und dem insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24) empfangen werden, nach dem Empfang digitalisierbar und in der Auswerteeinheit (26) speicherbar sind.Device (10) according to Claim 16 , characterized in that the evaluation unit (26) is programmed in such a way that the measured values from at least one first sensor (18) attached to the flexible support membrane (16), the pressure measuring device (20) and the, in particular, catalytic second sensor (24 ) are received, can be digitized after reception and can be stored in the evaluation unit (26). Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch eine Sendeeinheit (28), die mit der Auswerteeinheit (26) und/oder mit einem auf der flexiblen Trägermembran (16) angebrachten ersten Sensor (18), der Druckmesseinrichtung (20) und dem insbesondere katalytischen zweiten Sensor (24) vorzugsweise kabelgebunden in Signalverbindung steht, wobei die Sendeeinheit (28) dazu ausgebildet ist, die Messwerte des ersten Sensors (18), der Druckmesseinrichtung (20) und des insbesondere katalytischen zweiten Sensors (24) oder die von der Auswerteeinheit (26) empfangenen Daten an eine externe Einrichtung vorzugsweise kabellos über eine Funkstrecke (F) oder dergleichen zu senden, vorzugsweise, dass die Sendeeinheit (28) und die Auswerteeinheit (26) in einer gemeinsamen Einrichtung integriert ausgebildet sind.Device (10) according to one of the Claims 15 until 17th , characterized by a transmission unit (28) which is connected to the evaluation unit (26) and / or to a first sensor (18) attached to the flexible support membrane (16), the pressure measuring device (20) and the, in particular, catalytic second sensor (24) is in signal connection by cable, the transmission unit (28) being designed to transmit the measured values of the first sensor (18), the pressure measuring device (20) and the, in particular, catalytic second sensor (24) or the data received from the evaluation unit (26) to a to send external device preferably wirelessly via a radio link (F) or the like, preferably that the transmitting unit (28) and the evaluation unit (26) are designed to be integrated in a common device. Vorrichtung (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Einrichtung in Form einer Regel- oder Steuereinrichtung (15) ausgebildet ist, vorzugsweise, dass die Regel- oder Steuereinrichtung (15) Teil eines Beatmungsgeräts (14) für die Patienten-Beatmung ist, weiter vorzugsweise, dass die Regel- oder Steuereinrichtung (15) in Signalverbindung mit einer Anzeigeeinheit (D) steht.Device (10) according to Claim 18 , characterized in that the external device is designed in the form of a regulating or control device (15), preferably that the regulating or control device (15) is part of a ventilator (14) for patient ventilation, more preferably that the Regulation or control device (15) is in signal connection with a display unit (D). Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Trägermembran (16) sich im Wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung (S) des Gases vollständig entlang eines Durchmessers des Strömungskanals (12) erstreckt und zumindest mit ihren entgegengesetzten Bereichen (B) an einer Innenumfangsfläche (13) des Strömungskanals (12) befestigt ist.Device (10) according to one of the Claims 15 until 19th , characterized in that the flexible support membrane (16) extends essentially orthogonally to the flow direction (S) of the gas completely along a diameter of the flow channel (12) and at least with its opposite regions (B) on an inner circumferential surface (13) of the flow channel ( 12) is attached. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Strömungskanals (12) und vorzugweise angrenzend oder in der Nähe der Trägermembran (16) zumindest eine Laminarisierungseinrichtung (30) angeordnet ist, mit der die Strömung des in Richtung der Trägermembran (16) geleiteten Gas laminarisiert wird, vorzugsweise, dass eine Laminarisierungseinrichtung (30) in Richtung des Patienten (P) gesehen stromaufwärts und/oder stromabwärts der Trägermembran (16) angeordnet ist.Device (10) according to one of the Claims 15 until 20th , characterized in that at least one laminarization device (30) is arranged within the flow channel (12) and preferably adjoining or in the vicinity of the carrier membrane (16), with which the flow of the gas directed in the direction of the carrier membrane (16) is laminarized, preferably that a laminarization device (30) is arranged upstream and / or downstream of the carrier membrane (16) as seen in the direction of the patient (P). Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, gekennzeichnet durch zumindest einen Partikel- und/oder Bakterienfilter (32), der innerhalb des Strömungskanals (12) angeordnet ist, vorzugsweise, dass ein Partikel- und/oder Bakterienfilter (32) in Richtung des Patienten (P) gesehen stromaufwärts und/oder stromabwärts der Trägermembran (16) angeordnet ist, weiter vorzugsweise, dass der Partikel- und/oder Bakterienfilter (32) und die Laminarisierungseinrichtung (30) als integrierte Einheit ausgebildet sind.Device (10) according to one of the Claims 15 until 21 , characterized by at least one particle and / or bacteria filter (32) which is arranged within the flow channel (12), preferably that a particle and / or bacteria filter (32) viewed in the direction of the patient (P) upstream and / or is arranged downstream of the carrier membrane (16), more preferably that the particle and / or bacterial filter (32) and the laminarization device (30) are designed as an integrated unit. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer Oberfläche (17) der Trägermembran (16) und einem darauf angebrachten ersten Sensor (18) eine zusätzliche vollflächige oder lokale Beschichtung aufgebracht ist.Device (10) according to one of the Claims 15 until 21 , characterized in that an additional full-area or local coating is applied to at least one surface (17) of the carrier membrane (16) and a first sensor (18) attached to it. Vorrichtung (10) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Beschichtung hygroskope Eigenschaften aufweist.Device (10) according to Claim 23 , characterized in that the additional coating has hygroscopic properties. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung (20) mit einem Dehnungsmessstreifen (21) oder mit einem Piezoelement (22) ausgestattet ist, mit dessen Verformung der statische Druck (p) des Gases innerhalb des Strömungskanals (12) messbar ist.Device (10) according to one of the Claims 15 until 24 , characterized in that the pressure measuring device (20) is equipped with a strain gauge (21) or with a piezo element (22), with the deformation of which the static pressure (p) of the gas within the flow channel (12) can be measured. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, gekennzeichnet durch eine Batterie- oder Akkumulatoreinheit (29), die mit den elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen der Vorrichtung (10) zur Versorgung mit Energie elektrisch verbunden ist, vorzugsweise, dass die Kapazität der Batterie- oder Akkumulatoreinheit (34) derart groß gewählt ist, dass eine Energieversorgung für die mit der Batterie- oder Akkumulatoreinheit (34) verbundenen elektrischen oder elektronischen Bauelemente der Vorrichtung (10) für eine Dauer von zumindest 24 Stunden, vorzugsweise von zumindest 36 Stunden, weiter vorzugsweise von zumindest 48 Stunden gewährleistet ist.Device (10) according to one of the Claims 15 until 24 , characterized by a battery or accumulator unit (29) which is electrically connected to the electrical or electronic components of the device (10) for supplying energy, preferably that the capacity of the battery or accumulator unit (34) is selected to be so large that an energy supply for the electrical or electronic components of the device (10) connected to the battery or accumulator unit (34) is guaranteed for a duration of at least 24 hours, preferably at least 36 hours, more preferably at least 48 hours. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Bauelemente der Vorrichtung (10) in ein gemeinsames Gehäuse (36) integriert sind, vorzugsweise, dass der Strömungskanal (12) für die übrigen Bauelemente die Funktion eines gemeinsamen Gehäuses (36) erfüllt, weiter vorzugsweise, dass die Vorrichtung (10) als Einmalartikel ausgebildet ist.Device (10) according to one of the Claims 15 until 26th , characterized in that the individual components of the device (10) are integrated in a common housing (36), preferably that the flow channel (12) fulfills the function of a common housing (36) for the other components, more preferably that the Device (10) is designed as a disposable item.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023104909A1 (en) 2023-02-28 2024-08-29 Florian Ebner Arrangement, preferably pneumotachograph, spirometer and/or respiratory trainer and a procedure

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2121185A (en) 1982-05-11 1983-12-14 John Michael Wood Flow sensor for breath and other gas analysers
EP0461281A1 (en) 1990-06-12 1991-12-18 Atochem North America, Inc. Device for detecting air flow through a passageway
DE202007003818U1 (en) 2007-03-08 2007-07-19 Filt Lungen- Und Thoraxdiagnostik Gmbh Portable pneumotachograph for measuring components of the expiratory volume
WO2011067734A1 (en) 2009-12-03 2011-06-09 Feather Sensors Llc Method and apparatus for intelligent flow sensors
DE102010030324A1 (en) 2010-06-22 2012-02-02 Heinen + Löwenstein GmbH & Co. KG Ventilation aid, ventilator, system and method for non-invasive ventilation of premature babies
DE112013001902T5 (en) 2012-04-05 2015-01-08 Fisher & Paykel Healthcare Limited Respiratory support device
WO2015169848A1 (en) 2014-05-08 2015-11-12 Iee International Electronics & Engineering S.A. Flow sensor based on thin-film strain-gauge material
DE202017005964U1 (en) 2017-11-17 2017-12-14 Drägerwerk AG & Co. KGaA Check valve for a compact ventilation system and compact ventilation system
DE102017124256A1 (en) 2016-10-29 2018-05-03 Sendsor Gmbh Sensor and method for measuring the properties of the respiratory gas
EP2996750B1 (en) 2013-05-13 2018-09-19 Karl Küfner GmbH & Co. KG Device for artificial respiration in emergencies
EP3314213B1 (en) 2015-06-29 2020-05-06 Oxford University Innovation Limited Improvements in or relating to gas flow measurement

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2121185A (en) 1982-05-11 1983-12-14 John Michael Wood Flow sensor for breath and other gas analysers
EP0461281A1 (en) 1990-06-12 1991-12-18 Atochem North America, Inc. Device for detecting air flow through a passageway
DE202007003818U1 (en) 2007-03-08 2007-07-19 Filt Lungen- Und Thoraxdiagnostik Gmbh Portable pneumotachograph for measuring components of the expiratory volume
WO2011067734A1 (en) 2009-12-03 2011-06-09 Feather Sensors Llc Method and apparatus for intelligent flow sensors
DE102010030324A1 (en) 2010-06-22 2012-02-02 Heinen + Löwenstein GmbH & Co. KG Ventilation aid, ventilator, system and method for non-invasive ventilation of premature babies
DE112013001902T5 (en) 2012-04-05 2015-01-08 Fisher & Paykel Healthcare Limited Respiratory support device
EP2996750B1 (en) 2013-05-13 2018-09-19 Karl Küfner GmbH & Co. KG Device for artificial respiration in emergencies
WO2015169848A1 (en) 2014-05-08 2015-11-12 Iee International Electronics & Engineering S.A. Flow sensor based on thin-film strain-gauge material
EP3314213B1 (en) 2015-06-29 2020-05-06 Oxford University Innovation Limited Improvements in or relating to gas flow measurement
DE102017124256A1 (en) 2016-10-29 2018-05-03 Sendsor Gmbh Sensor and method for measuring the properties of the respiratory gas
DE202017005964U1 (en) 2017-11-17 2017-12-14 Drägerwerk AG & Co. KGaA Check valve for a compact ventilation system and compact ventilation system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023104909A1 (en) 2023-02-28 2024-08-29 Florian Ebner Arrangement, preferably pneumotachograph, spirometer and/or respiratory trainer and a procedure

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