DE4001803A1 - Determining carbon di:oxide prodn. in respiratory gas - using only oxygen consumption and concn. measurements - Google Patents

Determining carbon di:oxide prodn. in respiratory gas - using only oxygen consumption and concn. measurements

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DE4001803A1
DE4001803A1 DE19904001803 DE4001803A DE4001803A1 DE 4001803 A1 DE4001803 A1 DE 4001803A1 DE 19904001803 DE19904001803 DE 19904001803 DE 4001803 A DE4001803 A DE 4001803A DE 4001803 A1 DE4001803 A1 DE 4001803A1
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Ralf Dittmann
Ulrich Dr Altner
Heye Harms
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Abstract

(A) CO prodn. in respiratory gas is determined using a mixing chamber through which the gas flows, a first O2 sensor in the respiratory gas inlet line, a second O2 sensor at the mixing chamber outlet, a CO2 absorber upstream of the second O2 sensor, a control unit with a comparator for comparing the measurement signals of the first and second O2 sensors and a controllable O2 supply to the mixing chamber for determining O2 consumption by the compensation method. CO2 prodn. is determined by a serial measurement cycle involving (a) measuring O2 consumption (VO2) by means of the O2 supply (6) into the mixing chamber (5) and setting switch valves (13,14) to feed the measuring gas stream into a first measuring as line (19) via the CO2 absorber; (b) switching off the O2 supply (6) by means of the control unit (15); (c) measuring the O2 concn. (FIO2) in the respiratory gas inlet line (3) using the first O2 sensor (10); (d) determining the O2 concn. (FEO2) using the second O2 sensor (11); (e) controlling the switch valves (13,14) with the control unit (15), such that the measuring gas stream flows past the CO2 absorber in a second measuring gas line (20) and the O2 concn. (FEO2) is measured by the second O2 sensor (11); and (f) supplying the measurement signals (VO2, FIO2, FEO2, FEO2) to the control unit (15) and determining the CO2 prodn. (VCO2) by means of a first signal relationship (I). (B) In a similar process, steps (b) and (d) are omitted, step (e) involves determining an O2 consumption value (VO2) from the O2 supply (6) into the mixing chamber (5) instead of measuring the O2 concn. (FEO2) and step (f) comprises supplying the measurement signals (VO2, VO2 and FIO2) to the control unit (15) and determining the CO2 prodn. (VCO2) by means of a second signal relationship (II). USE/ADVANTAGE - The process is useful in routine clinical operation in hospitals, for measuring O2 consumption and CO2 prodn. without the need for CO2 concn. measuring equipment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion im Atemgas mit einer vom Atemgas durchströmbaren Mischkammer, einem ersten Sauerstoffsensor im Einatemzweig, einem zweiten Sauerstoffsensor am Ausgang der Mischkammer, mit CO2-Absorber in Strömungsrichtung vor dem zweiten Sauerstoffsensor, einer Vergleichsstelle für das Meßsignal des ersten Sauerstoffsensors mit dem des zweiten Sauerstoffsensors in einer Steuereinheit und einer steuerbaren Sauerstoffzuführung in die Mischkammer zur Ermittlung des Sauerstoffverbrauchs nach dem Kompensationsverfahren.The invention relates to a method for determining the carbon dioxide production in the breathing gas with a mixing chamber through which breathing gas can flow, a first oxygen sensor in the inhalation branch, a second oxygen sensor at the outlet of the mixing chamber, with CO 2 absorber in the flow direction upstream of the second oxygen sensor, a comparison point for the measurement signal of the first oxygen sensor with that of the second oxygen sensor in a control unit and a controllable oxygen supply into the mixing chamber for determining the oxygen consumption according to the compensation method.

Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion im Atemgas ist aus der US-42 33 842 bekanntgeworden. Die bekannte Vorrichtung besteht aus zwei seriell geschalteten Meßkreisen, wobei im ersten Meßkreis nach dem sogenannten Kompensationsverfahren der Sauerstoffverbrauch ermittelt und dann im zweiten Meßkreis die Kohlendioxidproduktion, ebenfalls mit einem Kompensationsverfahren, bestimmt wird. Das Kompensationsverfahren für die Messung des Sauerstoffverbrauchs und auch der Kohlendioxidproduktion beruht auf der sogenannten Auffüllungstechnik und soll im folgenden erläutert werden.A device for determining the Carbon dioxide production in the breathing gas is from the U.S. 4,233,842. The known device consists of two series-connected measuring circuits, whereby in the first measuring circuit after the so-called Compensation method of oxygen consumption  determined and then in the second measuring circuit Carbon dioxide production, also with one Compensation method is determined. The Compensation method for measuring the Oxygen consumption and also the Carbon dioxide production is based on the so-called Refill technology and is explained below will.

Ein Proband atmet kontinuierlich das Exspirationsgas in eine Mischkammer des ersten Meßkreises. Hier wird dem exspirierten Gasvolumen soviel Sauerstoff zugemischt, bis die Inspirationskonzentration wieder erreicht ist. Dazu werden mit einem ersten Sauerstoffsensor die Inspirationskonzentration und mit einem zweiten Sauerstoffsensor die Konzentration am Mischkammerausgang aufgenommen und verglichen. Bei gleichen Konzentrationswerten entspricht der zudosierte Sauerstoffstrom dem Sauerstoffverbrauch des Probanden. Da der Meßgasstrom für den zweiten Sauerstoffsensor das vom Probanden ausgeatmete Kohlendioxid enthält, muß dieses vor der Messung mit einem CO2-Absorber entfernt werden. Für den Konzentrationsvergleich haben beide Meßgase dann die gleiche Gasartzusammensetzung und unterscheiden nur hinsichtlich der Sauerstoffkonzentration.A subject breathes the expiratory gas continuously into a mixing chamber of the first measuring circuit. Here, so much oxygen is added to the expired gas volume until the inspiration concentration is reached again. For this purpose, the inspiration concentration is recorded with a first oxygen sensor and the concentration at the mixing chamber outlet is compared with a second oxygen sensor. With the same concentration values, the added oxygen flow corresponds to the oxygen consumption of the test person. Since the sample gas stream for the second oxygen sensor contains the carbon dioxide exhaled by the test subject, it must be removed with a CO 2 absorber before the measurement. For the comparison of the concentrations, both measuring gases then have the same gas type composition and differ only in terms of the oxygen concentration.

Der zweite Meßkreis für die Bestimmung der Kohlendioxidproduktion ist ähnlich aufgebaut. Hier wird in einer zweiten, der ersten nachgeschalteten Mischkammer Kohlendioxid zudosiert. Die Kohlendioxid-Konzentration wird zunächst am Ausgang der ersten Mischkammer gemessen und anschließend das Kohlendioxid mit einem zwischen den Mischkammern befindlichen CO2-Absorber aus dem Atemgas entfernt. The second measuring circuit for the determination of carbon dioxide production has a similar structure. Here, carbon dioxide is metered in a second, downstream of the first mixing chamber. The carbon dioxide concentration is first measured at the outlet of the first mixing chamber and then the carbon dioxide is removed from the breathing gas with a CO 2 absorber located between the mixing chambers.

In der zweiten Mischkammer wird dann der Kohlendioxid-Gehalt wieder auf den ursprünglichen Wert aufgefüllt. Über die zugeführte Menge an Kohlendioxid ist die Kohlendioxidproduktion des Probanden bestimmbar.Then in the second mixing chamber Carbon dioxide content back to its original value replenished. About the amount of carbon dioxide supplied is the subject's carbon dioxide production determinable.

Bei der beschriebenen Vorrichtung ist es von Nachteil, daß zwei Meßkreise mit insgesamt vier Sensoren erforderlich sind für die Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs und der Kohlendioxidproduktion. Außerdem muß der Proband über zwei in Serie geschaltete Mischkammern und einen CO2-Absorber ausatmen. Insbesondere der nachgeschaltete CO2-Absorber - der für die Meßfunktion wesentlich ist - erzeugt einen hohen Ausatemwiderstand, der in der Mehrzahl der Anwendungsfälle nicht tolerierbar ist. Außerdem müssen ständig zwei, Mischkammern gereinigt werden, wenn ein anderer Proband angeschlossen wird, und es müssen immer eine Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2)-Versorgung am Gerät vorhanden sein. Dieses erschwert die Handhabung im klinischen Routinebetrieb, da z. B. die Kohlendioxid-Versorgung in Krankenhäusern nicht zur Standardinstallation gehört. Hier müßten zusätzlich Druckgasflaschen mit CO2 beschafft werden.In the device described, it is disadvantageous that two measuring circuits with a total of four sensors are required for determining the oxygen consumption and the carbon dioxide production. In addition, the subject has to exhale through two mixing chambers connected in series and a CO 2 absorber. In particular, the downstream CO 2 absorber - which is essential for the measuring function - generates a high exhalation resistance, which is intolerable in the majority of applications. In addition, two mixing chambers must be constantly cleaned when another test subject is connected, and an oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) supply must always be available on the device. This complicates the handling in routine clinical operation because z. B. Carbon dioxide supply in hospitals is not part of the standard installation. Compressed gas cylinders with CO 2 would also have to be procured here.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion derart zu verbessern, daß mit einem Meßkreis sowohl Sauerstoffverbrauch als auch Kohlendioxidproduktion meßbar sind ohne Kohlendioxid-Konzentrationsmeßgerät.The invention is based on the object Method for determining carbon dioxide production to improve such that both with a measuring circuit Oxygen consumption as well as carbon dioxide production can be measured without a carbon dioxide concentration meter.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Mitteln des Patentanspruchs 1. The task is solved with the means of Claim 1.  

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß in einem seriell ablaufenden Meßzyklus zunächst der Sauerstoffverbrauch VO2 und dann Sauerstoffkonzentrationswerte F EO2, FEO2 mit CO2-Absorber und ohne CO2-Absorber vor dem zweiten Sauerstoffsensor gemessen werden und aus diesen Werten und der Sauerstoffkonzentration FIO2 im Einatemzweig, in der Steuereinheit die Kohlendioxidproduktion VCO2 errechnet wird. Das Symbol "V" steht immer für Volumenstrom pro Zeiteinheit. Durch die Messung der Konzentrationsunterschiede mit und ohne CO2-Absorber wird ein separates CO2-Meßgerät eingespart. Ein derartiger seriell ablaufender Meßzyklus beeinträchtigt nicht die Handhabung des Gerätes, da Verbrauchsmessungen über längere Zeiträume von etwa einem Tag bis zu einer Woche durchgeführt und daher geräteinterne Schaltvorgänge nicht als störend empfunden werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Proband nicht über einen CO2-Absorber ausatmen muß, der den Atemwiderstand beträchtlich erhöht, was von spontan atmenden Probanden als unangenehm empfunden wird und zudem das Meßergebnis beeinflußt, da eine erhöhte Atemarbeit geleistet werden muß. Die erhöhte Atemarbeit bewirkt beispielsweise einen ansteigenden Sauerstoffverbrauch.The advantage of the invention consists essentially in the fact that in a series measuring cycle the oxygen consumption V O2 and then oxygen concentration values F EO2 , F EO2 with CO 2 absorber and without CO 2 absorber are measured in front of the second oxygen sensor and from these values and the oxygen concentration F IO2 in the inhalation branch, in the control unit the carbon dioxide production V CO2 is calculated. The symbol "V" always stands for volume flow per unit of time. A separate CO 2 measuring device is saved by measuring the concentration differences with and without CO 2 absorber. Such a serial measuring cycle does not impair the handling of the device, since consumption measurements are carried out over longer periods of about one day to a week and switching operations within the device are therefore not perceived as disruptive. Another advantage is that the test person does not have to exhale through a CO 2 absorber, which increases the breathing resistance considerably, which is perceived as uncomfortable by test persons who breathe spontaneously and also influences the measurement result, since increased breathing work has to be done. The increased work of breathing causes, for example, increasing oxygen consumption.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, nach der Messung des Sauerstoffverbrauchs VO2 die Kohlendioxidproduktion VCO2 in einem zweiten Kompensations-Meßzyklus zu ermitteln, indem der CO2-Absorber überbrückt und ein Sauerstoffverbrauchswert V O2 - ohne CO2-Absorption vor dem zweiten Sauerstoffsensor - gemessen wird. Zusätzlich wird mit dem ersten Sauerstoffsensor wieder die Sauerstoffkonzentration FIO2 im Einatemzweig bestimmt. Die Meßsignale VO2, V O2, FIO2 werden der Steuereinheit zugeführt, die mit einer zweiten Signalverknüpfung die Kohlendioxidproduktion VCO2 ermittelt.An advantageous further development is, after measuring the oxygen consumption V O2, to determine the carbon dioxide production V CO2 in a second compensation measurement cycle by bridging the CO 2 absorber and measuring an oxygen consumption value V O2 - without CO 2 absorption in front of the second oxygen sensor . In addition, the oxygen concentration F IO2 in the inhalation branch is determined again with the first oxygen sensor. The measurement signals V O2 , V O2 , F IO2 are fed to the control unit, which uses a second signal combination to determine the carbon dioxide production V CO2 .

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigenIn the drawing, an embodiment of the Invention shown schematically. Show it

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Meßanordnung zur Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs und der Kohlendioxidproduktion, Fig. 1 is a block diagram of a measuring arrangement for determining the oxygen consumption and carbon dioxide production,

Fig. 2 die Berechnungsformeln zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion durch Messung der Sauerstoffkonzentrationen mit und ohne CO2-Absorber, Fig. 2, the calculation formulas for determining the carbon dioxide production by measuring the oxygen concentrations, with and without CO 2 absorber,

Fig. 3 die Berechnungsformeln zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion mit zweitem Kompensations-Meßzyklus. Fig. 3, the calculation formulas for determining the carbon dioxide production with second compensation measurement cycle.

Die grundsätzliche Meßanordnung zur Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs nach dem Kompensationsverfahren ist in Fig. 1 dargestellt.The basic measuring arrangement for determining the oxygen consumption according to the compensation method is shown in FIG. 1.

Ein Proband (1) ist an ein Beatmungsgerät (2) angeschlossen und erhält über einen Einatemzweig (3) sein Atemgas. Das durch den Ausatemzweig (4) strömende Gas wird einer Mischkammer (5) zugeführt und gelangt danach in die Umgebung. Im folgenden soll zunächst die Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs nach dem Kompensationsverfahren erläutert werden. Das Prinzip beruht darauf, daß am Eingang (16) der Mischkammer (5) über eine Sauerstoffzuführung (6), die mit einem Sauerstoffreservoir (7) verbunden ist, soviel Sauerstoff zudosiert wird, bis die Sauerstoffkonzentration im Einatemzweig (3) wieder erreicht ist, d. h. der vom Probanden (1) verbrauchte Sauerstoff VO2 wird in der Mischkammer (5) wieder aufgefüllt. Zur Messung der Sauerstoffkonzentrationen wird mit einer ersten Meßgaspumpe (8) eine Gasprobe aus dem Einatemzweig (3) entnommen und mit einem ersten Sauerstoffsensor (10) die Sauerstoffkonzentration FIO2 gemessen. Eine zweite Gasprobe wird mit einer zweiten Meßgaspumpe (9) am Ausgang (17) der Mischkammer (5) entnommen, über den CO2-Absorber (12) geleitet und mit einem zweiten Sauerstoffsensor (11) die Sauerstoffkonzentration F EO2 gemessen- Die Schaltventile (13, 14) sind so ausgesteuert, daß das Meßgas über den ersten Meßgasweg (19) durch den CO2-Absorber (12) strömen kann. Die mit den Sauerstoffsensoren (10, 11) gemessenen Konzentrationswerte FIO2, F EO2 werden in einer Steuereinheit (15) ständig verglichen; im Fall einer Abweichung wird über die Sauerstoffzuführung (6) mehr oder weniger Sauerstoff in die Mischkammer (5) zudosiert. Bei gleichen Sauerstoffkonzentrationen FIO2, F EO2 entspricht die über die Sauerstoffzuführung (6) eingespeiste Sauerstoffmenge der Sauerstoffaufnahme VO2 des Probanden (1). Zur Messung der zugeführten Sauerstoffmenge ist es zweckmäßig, als Sauerstoffzuführung (6) ein Digitalventil zu verwenden, das bei jedem Steuerpuls von der Steuereinheit (15) eine bestimmte Menge Sauerstoff abgibt. Durch Abzählen der Steuerpulse ist die Sauerstoffmenge errechenbar.A subject ( 1 ) is connected to a ventilator ( 2 ) and receives his breathing gas via an inhalation branch ( 3 ). The gas flowing through the exhalation branch ( 4 ) is fed to a mixing chamber ( 5 ) and then reaches the surroundings. In the following, the determination of the oxygen consumption according to the compensation method will first be explained. The principle is based on the fact that at the inlet ( 16 ) of the mixing chamber ( 5 ), through an oxygen supply ( 6 ), which is connected to an oxygen reservoir ( 7 ), so much oxygen is metered in until the oxygen concentration in the inhalation branch ( 3 ) is reached again. ie the oxygen V O2 consumed by the subject ( 1 ) is replenished in the mixing chamber ( 5 ). To measure the oxygen concentrations, a gas sample is taken from the inhalation branch ( 3 ) with a first measuring gas pump ( 8 ) and the oxygen concentration F IO2 is measured with a first oxygen sensor ( 10 ). A second gas sample is taken with a second sample gas pump ( 9 ) at the outlet ( 17 ) of the mixing chamber ( 5 ), passed through the CO 2 absorber ( 12 ) and the oxygen concentration F EO2 measured with a second oxygen sensor ( 11 ). 13 , 14 ) are controlled so that the sample gas can flow through the first sample gas path ( 19 ) through the CO 2 absorber ( 12 ). The concentration values F IO2 , F EO2 measured with the oxygen sensors ( 10 , 11 ) are constantly compared in a control unit ( 15 ); in the event of a deviation, more or less oxygen is metered into the mixing chamber ( 5 ) via the oxygen supply ( 6 ). At the same oxygen concentrations F IO2 , F EO2 , the amount of oxygen fed in via the oxygen supply ( 6 ) corresponds to the oxygen uptake V O2 of the subject ( 1 ). To measure the amount of oxygen supplied, it is expedient to use a digital valve as the oxygen supply ( 6 ), which releases a certain amount of oxygen from the control unit ( 15 ) for each control pulse. The amount of oxygen can be calculated by counting the control pulses.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß bei dem Konzentrationsvergleich mit den Sauerstoffsensoren (10, 11) beide Meßgase gleiche Temperatur, relative Feuchtigkeit und Druck haben müssen. Aus diesem Grund werden beide Meßgase vor der Konzentrationsmessung über einen nicht dargestellten Kühler geleitet, der in beiden Zweigen gleiche physikalische Bedingungen erzeugt.For the sake of completeness, it should be pointed out that when comparing the concentrations with the oxygen sensors ( 10 , 11 ), both measuring gases must have the same temperature, relative humidity and pressure. For this reason, both measurement gases are passed through a cooler, not shown, before the concentration measurement, which produces the same physical conditions in both branches.

Zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion VCO2 wird nach der Messung des Sauerstoffverbrauchs VO2 von der Steuereinheit (15) die Sauerstoffzuführung (6) abgeschaltet, so daß sich nun in der Mischkammer (5) nur das vom Probanden (1) ausgeatmete Atemgas befindet. Mit dem ersten Sauerstoffsensor (10) wird die Sauerstoffkonzentration FIO2 im Einatemzweig (3) gemessen. Der zweite Sauerstoffsensor (11) mißt zunächst die Sauerstoffkonzentration F EO2 mit eingeschaltetem CO2-Absorber (12). Die Schaltventile (13, 14) sind also von der Steuereinheit (15) so ausgesteuert, daß das von der zweiten Meßgaspumpe (9) geförderte Meßgas im ersten Meßgasweg (19) über den CO2-Absorber (12) strömt. Nach Abspeicherung der Meßwerte VO2, FIO2, F EO2 in der Steuereinheit (15) wird der CO2-Absorber (12) überbrückt, d. h. die Schaltventile (13, 14) haben die in Fig. 1 dargestellte Position, bei der das Meßgas über den zweiten Meßgasweg (20) strömt, und es wird mit dem zweiten Sauerstoffsensor (11) die Sauerstoffkonzentration FEO2 gemessen. Durch die Anwesenheit einer zusätzlichen Gaskomponenten, nämlich CO2, ändert sich der Partialdruck des Sauerstoffs im Gasgemisch, und es wird eine geringere Sauerstoffkonzentration angezeigt als vorher. Mit den drei gemessenen Sauerstoffkonzentrationswerten FIO2, F EO2, FEO2 und den Sauerstoffverbrauch VO2 ist dann mit der in Fig. 2 angegebenen ersten Signalverknüpfung (18) die Kohlendioxidproduktion VCO2 errechenbar. Der Respiratorische Quotient RQ ergibt sich dann aus dem Quotienten von Kohlendioxidproduktion VCO2 und dem Sauerstoffverbrauch VO2. Danach wird die Sauerstoffzuführung (6) wieder geöffnet und der Sauerstoffverbrauch VO2 mit dem beschriebenen Kompensationsverfahren erneut ermittelt. Nach einem von der Steuereinheit (15) festgelegten Zeitintervall wiederholt sich der Meßablauf. Die einzelnen Verbrauchswerte werden in der Steuereinheit (15) gespeichert, zu Mittelwerten weiterverarbeitet und an einer nicht dargestellten Anzeigeeinheit ausgegeben. Die erste Signalverknüpfung (18) in Fig. 2 ergibt sich aus den Berechnungsgleichungen (a) bis (f). Die verwendeten Symbole haben folgende Bedeutung: V...Volumenstrom pro Zeiteinheit′ VO2 Sauerstoffverbrauch, VCO2 Kohlendioxidproduktion, VI Gasstrom im Einatemzweig, FIO2 Sauerstoffkonzentration im Einatemzweig, VIO2 Sauerstoffstrom im Einatemzweig, VE Gasstrom im Ausatemzweig, FEO2 Sauerstoffkonzentration am Sensor 11 ohne CO2-Absorber, F EO2 Sauerstoffkonzentration am Sensor 11 mit CO2-Absorber, VEO2 Sauerstoffstrom im Ausatemzweig.To determine the carbon dioxide production V CO2 , the oxygen supply ( 6 ) is switched off by the control unit ( 15 ) after the measurement of the oxygen consumption V O2 , so that only the breathing gas exhaled by the subject ( 1 ) is now in the mixing chamber ( 5 ). The first oxygen sensor ( 10 ) measures the oxygen concentration F IO2 in the inhalation branch ( 3 ). The second oxygen sensor ( 11 ) first measures the oxygen concentration F EO2 with the CO 2 absorber ( 12 ) switched on. The switching valves ( 13 , 14 ) are thus controlled by the control unit ( 15 ) so that the sample gas delivered by the second sample gas pump ( 9 ) flows in the first sample gas path ( 19 ) via the CO 2 absorber ( 12 ). After storing the measured values V O2 , F IO2 , F EO2 in the control unit ( 15 ), the CO 2 absorber ( 12 ) is bridged, ie the switching valves ( 13 , 14 ) have the position shown in Fig. 1, in which the sample gas flows over the second measuring gas path ( 20 ) and the oxygen concentration F EO2 is measured with the second oxygen sensor ( 11 ). The presence of an additional gas component, namely CO 2 , changes the partial pressure of the oxygen in the gas mixture, and a lower oxygen concentration is displayed than before. With the three measured oxygen concentration values F IO2 , F EO2 , F EO2 and the oxygen consumption V O2 , the carbon dioxide production V CO2 can then be calculated with the first signal combination ( 18 ) indicated in FIG. 2. The respiratory quotient RQ then results from the quotient of carbon dioxide production V CO2 and oxygen consumption V O2 . Then the oxygen supply ( 6 ) is opened again and the oxygen consumption V O2 is determined again using the compensation method described. After a time interval determined by the control unit ( 15 ), the measurement sequence is repeated. The individual consumption values are stored in the control unit ( 15 ), processed further to average values and output on a display unit (not shown). The first signal combination ( 18 ) in FIG. 2 results from the calculation equations (a) to (f). The symbols used have the following meaning: V ... volume flow per unit of time ′ V O2 oxygen consumption, V CO2 carbon dioxide production, V I gas flow in the inhalation branch, F IO2 oxygen concentration in the inhalation branch, V IO2 oxygen flow in the inhalation branch, V E gas flow in the exhalation branch, F EO2 oxygen concentration at sensor 11 without CO 2 absorber, F EO2 oxygen concentration at sensor 11 with CO 2 absorber, V EO2 oxygen flow in the exhalation branch.

Ein alternatives Verfahren zur Messung der Kohlendioxidproduktion VCO2 besteht darin, zunächst auch wieder den Sauerstoffverbrauch VO2 mit dem Kompensationsverfahren und mit dem ersten Sauerstoffsensor (10) die Sauerstoffkonzentration FIO2 im Einatemzweig (3) zu messen. Die Schaltventile (13, 14) in Fig. 1 sind von der Steuereinheit (15) so geschaltet, daß das Meßgas im ersten Meßgasweg (19) über den CO2-Absorber (12) strömt. Anschließend werden die Schaltventile (13, 14) umgeschaltet, so daß das Meßgas im zweiten Meßgasweg (20) an dem CO2-Absorber (12) vorbei zu dem zweiten Sauerstoffsensor (11) gelangt. Durch das Vorhandensein von CO2 im Meßgas ändert sich der Partialdruck des Sauerstoffs im Meßgas und der zweite Sauerstoffsensor (11) registriert einen abweichenden Konzentrationswert FEO2. Daraufhin korrigiert die Steuereinheit (15) an der Sauerstoffzuführung (6) die Sauerstoffzufuhr, bis sich wieder Konzentrationsgleichheit an den Sauerstoffsensoren (10, 11) einstellt. Dieses ergibt einen Sauerstoffverbrauchswert V O2, siehe Fig. 3.An alternative method for measuring the carbon dioxide production V CO2 consists in first measuring the oxygen consumption V O2 again with the compensation method and with the first oxygen sensor ( 10 ) the oxygen concentration F IO2 in the inhalation branch ( 3 ). The switching valves ( 13 , 14 ) in Fig. 1 are switched by the control unit ( 15 ) so that the sample gas flows in the first sample gas path ( 19 ) over the CO 2 absorber ( 12 ). Then the switching valves ( 13 , 14 ) are switched so that the sample gas in the second sample gas path ( 20 ) passes the CO 2 absorber ( 12 ) to the second oxygen sensor ( 11 ). The presence of CO 2 in the sample gas changes the partial pressure of the oxygen in the sample gas and the second oxygen sensor ( 11 ) registers a different concentration value F EO2 . The control unit ( 15 ) then corrects the oxygen supply on the oxygen supply ( 6 ) until the concentration of the oxygen sensors ( 10 , 11 ) is again the same. This results in an oxygen consumption value V O2 , see FIG. 3.

Aus dem Sauerstoffverbrauchswert V O2 und der Sauerstoffkonzentration FIO2 im Einatemzweig (3) ist mit der angegebenen zweiten Signalverknüpfung (21) die Kohlendioxidproduktion VCO2 errechenbar. Gleiche physikalische Größen in den Berechnungsformeln (a) bis (f) und (k) bis (o) sind mit gleichen Symbolen bezeichnet.The carbon dioxide production V CO2 can be calculated from the oxygen consumption value V O2 and the oxygen concentration F IO2 in the inhalation branch ( 3 ) with the specified second signal link ( 21 ). The same physical quantities in the calculation formulas (a) to (f) and (k) to (o) are labeled with the same symbols.

Die gemessenen Werte für Sauerstoffverbrauch und Kohlendioxidproduktion werden für Mittelwertberechnungen verwendet, so daß beispielsweise der Verbrauch der letzten Stunde oder der Verbrauch über einen Tag angezeigt werden kann.The measured values for oxygen consumption and Carbon dioxide production will be for Mean calculations are used so that for example the consumption of the last hour or the consumption can be displayed over a day.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion im Atemgas
  • - mit einer vom Atemgas durchströmbaren Mischkammer,
  • - einem ersten Sauerstoffsensor im Einatemzweig,
  • - einem zweiten Sauerstoffsensor am Ausgang der Mischkammer,
  • - mit CO2-Absorber in Strömungsrichtung vor dem zweiten Sauerstoffsensor,
  • - einer Vergleichsstelle für das Meßsignal des ersten Sauerstoffsensors mit dem des zweiten Sauerstoffsensors in einer Steuereinheit,
  • - einer steuerbaren Sauerstoffzuführung in die Mischkammer zur Ermittlung des Sauerstoffverbrauchs nach dem Kompensationsverfahren,
1. Method for determining the carbon dioxide production in the breathing gas
  • with a mixing chamber through which breathing gas can flow,
  • a first oxygen sensor in the inhalation branch,
  • a second oxygen sensor at the outlet of the mixing chamber,
  • with CO 2 absorber in the flow direction upstream of the second oxygen sensor,
  • a comparison point for the measurement signal of the first oxygen sensor with that of the second oxygen sensor in a control unit,
  • a controllable oxygen supply into the mixing chamber for determining the oxygen consumption according to the compensation method,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion VCO2 ein serieller Meßzyklus abläuft, wobei
  • - zunächst der Sauerstoffverbrauch VO2 über die Sauerstoffzuführung (6) in die Mischkammer (5) gemessen wird, und die Schaltventile (13, 14) den Meßgasstrom im ersten Meßgasweg (19) über den CO2-Absorber (12) führen,
  • - die Sauerstoffzuführung (6) durch die Steuereinheit (15) abgeschaltet wird,
  • - mit dem ersten Sauerstoffsensor (10) die Sauerstoffkonzentration FIO2 im Einatemzweig (3) gemessen wird,
  • - mit dem zweiten Sauerstoffsensor (11) die Sauerstoffkonzentration F EO2 ermittelt wird,
  • - die Steuereinheit (15) die Schaltventile (13, 14) derart ansteuert, daß der Meßgasstrom im zweiten Meßgasweg (20) an dem CO2-Absorber (12) vorbei strömt und mit dem zweiten Sauerstoffsensor (11) die Sauerstoffkonzentration FEO2 gemessen wird,
  • - die Meßsignale VO2, FIO2, F EO2 FEO2, der Steuereinheit (15) zugeführt und die Kohlendioxidproduktion VCO2 mit der ersten Signalverknüpfung (18) bestimmt wird.
 characterized in that a serial measurement cycle takes place to determine the carbon dioxide production V CO2 , whereby
  • - the oxygen consumption V O2 is first measured via the oxygen supply ( 6 ) into the mixing chamber ( 5 ), and the switching valves ( 13 , 14 ) guide the sample gas flow in the first sample gas path ( 19 ) via the CO 2 absorber ( 12 ),
  • - The oxygen supply ( 6 ) is switched off by the control unit ( 15 ),
  • - The first oxygen sensor ( 10 ) measures the oxygen concentration F IO2 in the inhalation branch ( 3 ),
  • - the oxygen concentration F EO2 is determined with the second oxygen sensor ( 11 ),
  • - The control unit ( 15 ) controls the switching valves ( 13 , 14 ) such that the sample gas flow in the second sample gas path ( 20 ) flows past the CO 2 absorber ( 12 ) and the oxygen concentration F EO2 is measured with the second oxygen sensor ( 11 ) ,
  • - The measurement signals V O2 , F IO2 , F EO2 F EO2 , the control unit ( 15 ) supplied and the carbon dioxide production V CO2 is determined with the first signal combination ( 18 ).
2. Verfahren zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion im Atemgas
  • - mit einer vom Atemgas durchströmbaren Mischkammer,
  • - einem ersten Sauerstoffsensor im Einatemzweig,
  • - einem zweiten Sauerstoffsensor am Ausgang der Mischkammer,
  • - mit CO2-Absorber in Strömungsrichtung vor dem zweiten Sauerstoffsensor,
  • - einer Vergleichsstelle für das Meßsignal des ersten Sauerstoffsensors mit dem des zweiten Sauerstoffsensors in einer Steuereinheit,
  • - einer steuerbaren Sauerstoffzuführung in die Mischkammer zur Ermittlung des Sauerstoffverbrauchs nach dem Kompensationsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Kohlendioxidproduktion VCO2 ein serieller Meßzyklus abläuft, wobei
  • - zunächst der Sauerstoffverbrauch VO2 über die Sauerstoffzuführung (6) in die Mischkammer (5) gemessen wird, und die Schaltventile (13, 14) den Meßgasstrom im ersten Meßgasweg (19) über den CO2-Absorber (12) führen,
  • - mit dem ersten Sauerstoffsensor (10) die Sauerstoffkonzentration FIO2 im Einatemzweig (3) gemessen wird
  • - die Steuereinheit (15) die Schaltventile (13, 14) derart ansteuert, daß der Meßgasstrom im zweiten Meßgasweg (20) an dem CO2-Absorber (12) vorbei strömt und über die Sauerstoffzuführung (6) in die Mischkammer (5) ein Sauerstoffverbrauchswert V O2 bestimmt wird,
  • - die Meßsignale VO2, V O2, FIO2 der Steuereinheit (15) zugeführt und die Kohlendioxidproduktion VCO2 mit der zweiten Signalverknüpfung (21) bestimmt wird.
2. Method for determining the carbon dioxide production in the breathing gas
  • with a mixing chamber through which breathing gas can flow,
  • a first oxygen sensor in the inhalation branch,
  • a second oxygen sensor at the outlet of the mixing chamber,
  • with CO 2 absorber in the flow direction upstream of the second oxygen sensor,
  • a comparison point for the measurement signal of the first oxygen sensor with that of the second oxygen sensor in a control unit,
  • - A controllable oxygen supply in the mixing chamber for determining the oxygen consumption by the compensation method, characterized in that a serial measurement cycle takes place to determine the carbon dioxide production V CO2 , wherein
  • - the oxygen consumption V O2 is first measured via the oxygen supply ( 6 ) into the mixing chamber ( 5 ), and the switching valves ( 13 , 14 ) guide the sample gas flow in the first sample gas path ( 19 ) via the CO 2 absorber ( 12 ),
  • - With the first oxygen sensor ( 10 ), the oxygen concentration F IO2 in the inhalation branch ( 3 ) is measured
  • - The control unit ( 15 ) controls the switching valves ( 13 , 14 ) such that the sample gas flow in the second sample gas path ( 20 ) flows past the CO 2 absorber ( 12 ) and into the mixing chamber ( 5 ) via the oxygen supply ( 6 ) Oxygen consumption value V O2 is determined,
  • - The measurement signals V O2 , V O2 , F IO2 supplied to the control unit ( 15 ) and the carbon dioxide production V CO2 is determined with the second signal combination ( 21 ).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001080735A1 (en) * 2000-04-25 2001-11-01 Envitec-Wismar Gmbh Method and device for determining the partial pressure of a gas component in the expiration air of a patient, resolved per respiration
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