Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Applikation mindestens eines medizinischen Gases an einen beatmeten Patienten. Ein Beatmungsgerät erzeugt zumindest in einem Bereich einer Atemgas zuführenden Leitung einen konstanten Atemgasfluss. Dieser konstante Atemgasfluss wird unabhängig von der Atemfolge des Patienten erzeugt. Dem konstanten Atemgasfluss wird eine vorbestimmte Menge eines zu applizierenden medizinischen Gases zugesetzt. Das Gasgemisch aus dem vom Beatmungsgerät bereitgestellten Atemgasfluss und dem in diesen Fluss zugesetzten medizinischen Gas wird einem Verbindungsstück, wie einem sogenannten Y-Stück, zugeführt, von dem eine Patientenzuleitung zu dem zu beatmenden Patienten und eine weitere Leitung wegführen. Über die weitere Leitung werden zumindest das vom Patienten ausgeatmete Gas und der Anteil des vom Beatmungsgerät in die erste Leitung eingebrachte Atemgas sowie das in die erste Leitung eingeleitete medizinische Gas, die vom Patienten nicht eingeatmet worden sind, abgeführt.

Aus den Dokumenten EP 0 937 479 B l , EP 0 937 479 B l , US 5,558,083, EP 0 786 264 B l , EP 1 516 639 B l , und EP 0 723 466 B l sind Vorrichtungen und Verfahren zum Verabreichen von Stickstoffmonoxid mit kontinuierlichen und gepulsten Zeitverläufen an einen beatmeten Patienten bekannt. Dabei sind Regelventile zum Einstellen der Stickstoffmonoxidmenge vorgesehen, die jedoch jeweils bauartbedingt unter konkreten gegebenen Druckverhältnissen eine definierte Gasmenge pro Zeiteinheit durchlassen. Somit ist man darauf angewiesen, dass das medizinische Gas in einer für die Vorrichtung geeigneten Konstellation bereitgestellt wird und dem Patienten im geöffneten Zustand der Regulierungsmittel eine zur Behandlung geeignete Gasmenge zur Verfügung gestellt wird. Jedoch ist es wünschenswert, den beatmeten Patienten erforderlichenfalls von den Wirkstoffen des medizinischen Gases kontinuierlich oder schrittweise zu entwöhnen und die Gasmenge des applizierten medizinischen Gases pro Zeiteinheit zu verringern. Bei hohen durch die Gasquelle bereitgestellten Konzentrationen des medizinischen Gases und bei einer sehr geringen zuzuführenden Gasmenge ist somit eine genaue Dosierung geringer Gasmengen erforderlich, wohingegen bei Gasquellen mit geringer Konzentration des medizinischen Gases und Applikation relativ großer Mengen des medizinischen Gases mit Hilfe der Regulierungsmittel wesentlich größere Gasmengen in die erste Leitung eingebracht werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Applikation mindestens eines medizinischen Gases an einem mit Hilfe eines Beatmungsgeräts beatmeten Patienten anzugeben, bei denen die zu applizierende Gasmenge einfach einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Durch das Verfahren sowie die Vorrichtung zur Applikation mindestens eines medizinischen Gases an einem mit Hilfe eines Beatmungsgeräts beatmeten Patienten wird erreicht, dass über die beiden parallel angeordneten Regulierungsmittel jeweils das medizinische Gas in den dort vom Beatmungsgerät erzeugten konstanten Atemgasfluss in der ersten Leitung eingebracht und so dem Patienten zugeführt werden kann. Durch die Öffnung eines der Regulierungsmittel oder beider Regulierungsmittel zum Erzeugen der Gasimpulse kann die Menge, insbesondere das Volumen des in die erste Leitung eingebrachten medizinischen Gases bei einer entsprechenden Wahl der Impulslänge und Impulsfolge eingestellt werden. Dabei ist eine konstante Impulsfrequenz voreingestellt. Dadurch wird erreicht, dass das dem Patienten zugeführte Atemgas einen konstanten Anteil des medizinischen Gases hat.

Durch die geeignete Auswahl der Dimensionierung der Regulierungsmittel können auf diese Weise auch Gasquellen mit unterschiedlicher Konzentration des medizinischen Gases eingesetzt werden, ohne dass bauliche Veränderungen der Vorrichtung zur Applikation des medizinischen Gases erforderlich sind. Somit bieten sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung eine variable Einstellung der zu applizierenden Gasmenge in großen Verstellbereichen und somit ein breites Konzentrations Spektrum. Der durch die Gasimpulse bewirkte impulsförmige Partialdruck ist bis in die Atemwege des beatmeten Patienten messbar.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Atemfrequenz die Anzahl der Atemzüge des Patienten innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit. Eine Impulsfrequenz gibt die Anzahl der Gasimpulse der Impulsfolge innerhalb derselben Zeiteinheit an. Die Regulierungsmittel werden mit Hilfe der Steuereinheit derart angesteuert, dass die Impulsfrequenz größer als die Atemfrequenz ist. Dadurch wird erreicht, dass eine relativ gleichmäßige Verteilung des medizinischen Gases in der dem Patienten zugeführten Atemluft vorhanden ist, auch wenn ein Teil des konstanten Atemgasflusses mit dem zugesetzten medizinischen Gas dem Patienten nicht zugeführt sondern über die zweite Leitung zusammen mit dem vom Patienten ausgeatmeten Gas abgeführt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Impulsfrequenz der Gasimpulse 26, 52, 104 oder 208 Impulse pro Minute beträgt. Bei diesen Impulsfolgen konnte beobachtet werden, dass die periodische Geräuschentwicklung der Vorrichtung von dem Patienten besonders gut toleriert wurde und der Patient auf die Applikation des medizinischen Gases besonders gut reagiert hat. Wie bereits erwähnt, führt die durch die Gasimpulse bewirkte Gaseinmischung sehr schnell zu einer homogenen Partialdrucksituation.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Regulierungsmittel mit Hilfe einer oder der Steuereinheit derart angesteuert werden, dass eine zu einem Gasimpuls festgelegte Gasmenge und/oder zu einem Gasimpuls festgelegtes Gasvolumen in die erste Leitung eingeleitet wird. Dadurch lässt sich die für die Applikation erforderliche Gasmenge bzw. das erforderliche Gasvolumen auf einfache Art und Weise in die erste Leitung einbringen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das medizinische Gas NO (Stickstoffmonoxid) enthält. Das medizinische Gas kann insbesondere als Gasgemisch aus NO (Stickstoffmonoxid) und N ₂ (Stickstoff) bereitgestellt werden. Besonders vorteilhaft hat sich auch ein Gasgemisch aus NO (Stickstoffmonoxid) und He (Helium) erwiesen, da insbesondere durch Helium besonders kurze Reaktions- und Ansprechzeiten erreicht werden. Dadurch kann insbesondere bei Neugeborenen sowie bei Frühgeborenen und den von diesen Patienten relativ geringen eingeatmeten Mengen des Gemischs aus Atemgas und medizinischem Gas wirksam appliziert werden. Ferner ist es vorteilhaft, mehr als zwei parallel angeordnete Regulierungsmittel vorzusehen. Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, vier parallel angeordnete Regulierungsmittel vorzusehen, wobei die Regulierungsmittel derart ausgebildet sind, dass mindestens zwei der Regulierungsmittel im geöffneten Zustand eine unterschiedliche Gasmenge durchlassen. Die parallel angeordneten Regulierungsmittel sind vorzugsweise Ventile und werden dann auch als Ventilbank bezeichnet.

Als besonders vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn bei den gegebenen Druckverhältnissen das erste Ventil einen Durchfluss von 0,16 Liter pro Minute, das Ventil 2 einen Durchfluss von 1 ,6 Litern pro Minute sowie die Ventile 3 und 4 jeweils einen Durchfluss von 8 Litern pro Minute bei permanenter Öffnung (gemessen mit medizinischer Luft) haben. Ferner ist es vorteilhaft, wenn Regulierungsmittel genutzt werden, die eine kürzeste realisierbare Öffnungszeit von < 7 Millisekunden, vorzugsweise im Bereich von 4 Millisekunden bis 7 Millisekunden, haben. Die Steuereinheit kann die Ventile einzeln oder in einer beliebigen Kombination öffnen, sodass bei den konkreten Ausführungsbeispielen ein maximaler Durchfluss von 17,76 Liter pro Minute möglich ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Steuereinheit die Öffnung der Regulierungsmittel dahingehend optimiert, dass eine möglichst lange Öffnungszeit innerhalb einer Taktzeit von beispielsweise 104 Gasimpulsen pro Minute erreicht wird. Dadurch wird eine gleichmäßige sowie homogene Einmischung des medizinischen Gases in die dem Patienten zugeführte Atemluft erreicht. Ferner wird dadurch ein großer einstellbarer Dosierbereich des an dem Patienten zu applizierenden medizinischen Gases erreicht. Bei einer Ausführungsform werden bei der Öffnung nur eines Ventils mit einem Durchfluss von 0, 16 Litern pro Minute, 7 Millisekunden Öffnungszeit pro Gasimpuls und einer Impulsfrequenz von 26 Impulsen pro Minute theoretisch 26 x 18,60 Mikroliter des medizinischen Gases pro Minute appliziert. Durch den erforderlichen Ventilhub und/oder die Ansprechverzögerung werden bei praktischen Versuchen mit diesen Parametern jedoch 26 x 13 Mikroliter appliziert. Selbst bei einem Frühgeborenen, das ein Atemvolumen von 2,4 Litern pro Minute hat, ist dadurch eine geringe Konzentration von 0, 1 ppm bei einer Ausgangskonzentration des medizinischen Gases von 1000 ppm einstellbar. Dadurch kann nach einer höher konzentrierten Applikation des medizinischen Gases diese bis auf ca. 338 Mikroliter pro Minute schrittweise oder kontinuierlich verringert werden, wodurch eine Entwöhnung des Patienten von dem medizinischen Gas bzw. von dessen Wirkstoff einfach möglich ist. Ferner ist es durch die Verwendung von mehreren parallel geschalteten Regulierungsmittel möglich, bei den derzeit üblichen Applikationskonzentrationen, d. h. Zielkonzentrationen, auch höher konzentrierte Versorgungsgasquellen zu verwenden, wodurch diese Versorgungsgasquellen, insbesondere Versorgungsgasflaschen, in größeren Zeitabständen ausgetauscht werden müssen, wodurch Logistik und Verbrauchskosten gesenkt werden können. Alternativ oder zusätzlich wird durch die Erfindung ein größeres therapeutisches Konzentrations Spektrum klinisch verfügbar.

Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, wenn die Regulierungsmittel in geöffnetem Zustand voreinander verschiedene Volumenströme von der Gasquelle zur ersten Leitung durchlassen. Bei mehr als zwei Regulierungsmitteln ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei der Regulierungsmittel im geöffneten Zustand unterschiedliche Volumenströme von der Gas- quelle zur ersten Leitung durchlassen. Dadurch kann eine Konzentration aus einem relativ großen Konzentrationsspektrum auf einfache Art und Weise eingestellt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Regulierungsmittel jeweils mindestens ein Magnetventil umfassen. Ferner kann zumindest ein Regulierungsmittel eine Drosselblende oder ein anderes Drosselmittel zur Beschränkung des durch das Regulierungsmittel strömenden Volumenstroms vor- und/oder nachgeschaltet werden. Magnetventile sind einerseits kostengünstig und andererseits haben Magnetventile relativ kurze Ansprechzeiten. Die Magnetventile werden insbesondere binär angesteuert, sodass sie in einem ersten Betriebszustand voll geschlossen und in einem zweiten Betriebszustand voll geöffnet sind. Durch die Drosselmittel zur Beschränkung des durch das Regulierungsmittel strömenden Volumenstroms können Regulierungsmittel desselben Typs verwendet werden, insbesondere Magnetventile desselben Typs, wobei der im geöffneten Zustand durch die Regulierungsmittel strömende Volumenstrom durch das Vorsehen unterschiedlicher Strömungswiderstände verschieden ist. Dadurch können auf einfache Art und Weise unterschiedliche Volumenströme durch die Regulierungsmittel hindurch erzeugt werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Patientenzuleitung Gas entnommen. Zumindest der Anteil des medizinischen Gases und/oder der Anteil eines Reaktionsproduktes des medizinischen Gases in dem entnommenen Gas ermittelt wird. Dabei kann das Gas der Patientenzuleitung über eine Messleitung entnommen und einer Analyseeinheit zur Detektion zumindest des Anteils des medizinischen Gases und/oder des Anteils eines Reaktionsprodukts des medizinischen Gases zugeführt werden. Insbesondere kann die Entnahme und Detektion einmal oder mehr- mals während eines Einatemvorgangs, vorzugsweise wiederholt bei jedem Einatemvorgang, durchgeführt werden. Dadurch kann die Konzentration des medizinischen Gases in der Einatemluft einfach ermittelt, überwacht und/oder geregelt werden. Der Innendurchmesser der Messleitung ist vorzugsweise geringer als der Durchmesser der ersten Leitung, der zweiten Leitung und der Patientenzuleitung.

Ferner ist es vorteilhaft, den ermittelten Anteil des medizinischen Gases als Istwert mit einem Sollwert zu vergleichen und bei einer ermittelten Abweichung des Istwerts von dem voreingestellten Sollwert die bei jedem Gasimpuls in die erste Leitung eingebrachte Menge des medizinischen Gases abhängig vom Vergleichsergebnis anzupassen. Vorzugsweise wird der Anteil des medizinischen Gases im Einatemgas auf den voreingestellten Sollwert geregelt. Dadurch kann die dem Patienten zu applizierende Menge des medizinischen Gases auf einfache Art und Weise überwacht und/oder konstant gehalten werden. Wird zusätzlich oder alternativ zum Anteil des medizinischen Gases der Anteil eines Reaktionsprodukts des medizinischen Gases analysiert, ist es vorteilhaft, den Anteil eines Oxida- tionsprodukts des medizinischen Gases zu ermitteln. Wird als medizinisches Gas Stickstoffmonoxid (NO) eingesetzt, kann insbesondere der Anteil des Oxidationsprodukts Stickstoffdioxid (NO ₂ ) ermittelt werden. Der Anteil des ermittelten Stickstoffdioxids kann dann mit einem zulässigen Sollwert verglichen werden. Bei Überschreiten des Sollwerts kann dann die Einleitung des medizinischen Gases in die erste Leitung gestoppt oder das Volumen des eingeleiteten medizinischen Gases reduziert werden. Bei einer zu hohen Konzentration an Stickstoffdioxid in dem Beatmungsgas kann der Patient geschädigt werden, sodass dies zu vermeiden ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Beatmungsgerät Informationen über ein Strömungsprofil der Atmung des beatmeten Patienten ermittelt. Eine Steuereinheit kann dann abhängig vom ermittelten Strömungsprofil die Regulierungsmittel derart steuern, dass diese während der Einatemphasen des Patienten bei jedem erzeugten Gasimpuls eine größere Menge des medizinischen Gases in die erste Leitung einbringen und/oder die Gasimpulse mit einer höheren Impulsfrequenz in die erste Leitung einbringen als während der Ausatemphasen des Patienten.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung wird dieselbe Impulsfrequenz während der Einatemphase und während der Atemphase genutzt. Vorzugsweise wird die Impulsfrequenz auf 104 Gasimpulse pro Minute voreingestellt. Alternativ kann die Impulsfrequenz während der Einatemphase höher sein als während der Ausatemphase. Bei erhöhter Impulsfrequenz kann das mit jedem Gasimpuls eingebrachte Volumen gleich sein oder größer als das Gasvolumen der Gasimpulse während der Ausatemphase.

Als Magnetventile werden vorzugsweise zwischen einer voll geschlossenen und einer voll geöffneten Position umschaltbare Ventile eingesetzt, die binär angesteuert werden.

Die Erfindung kann insbesondere in der Neonatologie zur Behandlung von pulmonaler Hypertomie eines Frühgeborenen mit Stickstoffmonoxid angewendet werden. Auch wird Stickstoffmonoxid appliziert, um Patienten nach Organtransplantationen zu behandeln. Die Erfindung kann jedoch auch zur Applikation anderer gasförmiger Medikamente eingesetzt werden. Abhängig von der klinischen Anwendung können bis zu 10 % des inspirierten Volumens aus einer Gasquelle zur Bereitstellung gasförmiger Medikamente stammen. Eine solche Gasquelle wird auch als additive Gasquelle bezeichnet, da sie zusätzlich zu einer Atemgasquelle bzw. Sauerstoffquelle bereitgestellt wird. Der im Stand der Technik bestehende Nachteil, dass vom Zeitpunkt der Messung der Strömungsgeschwindigkeit des zur Inspiration des Patienten genutzten Atemgases bis zur mechanischen Einstellung eines zur Einleitung des medizinischen Gases genutzten Regelventils eine Verzögerungszeit ergibt und relativ starke Konzentrationsschwankungen des applizierten medizinischen Gases in der dem Patienten bereitgestellten Beatmungsluft bei dynamischen Flussprofilen auftreten, wird durch die Erfindung vermieden. Ferner ist bei bekannten Regelventilen der Regelbereich des durchgeleiteten medizinischen Gases relativ stark begrenzt. Bei Ventilen, die einen großen Durchfluss des medizinischen Gases ermöglichen, können geringe Durchflussraten nur relativ ungenau eingestellt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine diskontinuierliche Einspeisung durch mehrere Gasimpulse in die Atemluft des die erste Leitung, die zweite Leitung, die Patientenzuleitung umfassenden Patientenkreislaufs des Beatmungsgeräts erfolgen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung, die die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Applikation mindestens eines medizinischen Gases an einen mit Hilfe eines Beatmungsgeräts beatmeten Patienten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Figur 2 eine schematische Darstellung von Komponenten eines App- liziergeräts zur Applikation des medizinischen Gases;

Figur 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Applikation mindestens eines medizinischen Gases an einen mit Hilfe eines Beatmungsgeräts beatmeten Patienten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 4 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Atmung des beatmeten Patienten und der Applizierung des medizinischen Gases gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Applikation mindestens eines medizinischen Gases an einen mit Hilfe eines Beatmungsgeräts beatmeten Patienten gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Figur 6 eine Darstellung des zeitlichen Verlauf der Atmung eines beatmeten Patienten und der Applizierung des medizinischen Gases gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Applikation mindestens eines medizinischen Gases an einen mit Hilfe eines Beatmungsgeräts 12 beatmeten Patienten 14 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird als me- dizinisches Gas NO (Stickstoffmonoxid) eingesetzt. Dieses Gas wird in einer Gasflasche 16 als ein N ₂ -Stickstoff und NO-Stickstoffmonoxid umfassendes Gasgemisch (NO/N ₂ ) bereitgestellt. Mit Hilfe eines Druckreglers 18 wird das Gasgemisch NO/N ₂ einer Dosiereinrichtung 20 über einen Verbindungs schlauch 22 mit einem am Druckregler 18 voreingestellten Solldruck am Anschlussstutzen C der Dosiereinrichtung 20 zugeführt. Vom Beatmungsgerät 12 führt eine erste als Atemluftschlauch ausgeführte Leitung 24 zu einem als Y-Stück ausgeführten Verbindungselement 26. Ferner sind eine zweite als Abluftschlauch ausgeführte Leitung 28 und eine Patientenzuleitung 30 mit dem Verbindungselement 26 verbunden. Die Patientenzuleitung 30 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer den Patienten 14 simulierenden Testlunge in Form eines aufblasbaren Ballons 32 verbunden. Zum Beatmen eines lebenden Patienten 14 ist das zum Patienten 14 führende Ende der Patientenzuleitung 30 mit einer Atemmaske oder einem in die Atemwege des Patienten 14 eingeführten Tubus verbunden. Der Abluftschlauch 28 wird zurück zum Beatmungsgerät 12 geführt, wobei das durch den Abluftschlauch 28 zurückströmende Gasgemisch entweder abgeführt oder im Beatmungsgerät 12 wieder aufbereitet wird. Das Beatmungsgerät 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über einen Verbindungschlauch 34 mit einer als Gasflasche 36 ausgebildeten Gasquelle verbunden. Die Gasflasche 36 enthält ein Sauerstoff (O ₂ ) und Stickstoff (N ₂ ) umfassendes Gasgemisch (O ₂ /N ₂ ). Das Gasgemisch O ₂ /N ₂ wird mit Hilfe eines Druckreglers 38 auf einen voreingestellten Sollwert begrenzt und über den Verbindungsschlauch 34 dem Beatmungsgerät 12 zugeführt. Bei anderen Ausführungsbeispielen können Sauerstoff und Stickstoff auch durch getrennte Gasquellen 36 bereitgestellt werden, insbesondere auch über eine zentrale Gasversorgung eines Krankenhauses. Das Beatmungsgerät 12 erzeugt im Atemluftschlauch 24 einen konstanten Fluss an Atemgas. Diesem konstanten Atemgasfluss wird mit Hilfe der Dosiereinrichtung 20 das zur Behandlung des Patienten bestimmte medizinische Gasgemisch NO/N ₂ über die Verbindungsleitung 40 zugeführt. Dazu erzeugt die Dosiereinrichtung 20 kontinuierlich Gasimpulse mit einer Impulsfrequenz, die zumindest unabhängig von der Atemfrequenz des Patienten ist.

Ferner ist eine Messleitung 41 mit der Patientenzuleitung 30 verbunden und führt zumindest ein Teil des in der Patientenzuleitung 30 befindlichen Gasgemischs zum Anschlussstutzen A der Dosiereinrichtung 20. Das der Dosiereinrichtung 20 über den Anschlussstutzen A zugeführte Gasgemisch wird von einer Mess-/ Auswerteeinheit 44 der Dosiereinrichtung 20 analysiert.

In Figur 2 ist eine schematische Darstellung mit Komponenten der Dosiereinrichtung 20 nach Figur 1 gezeigt. Die Dosiereinrichtung 20 wird auf Grund des im Ausführungsbeispiel als medizinisches Gas verwendeten Stickstoffmonoxids auch als NO-Appliziergerät bezeichnet. Die Dosiereinrichtung 20 hat ein erstes Modul 42 mit einer Mess-/ Auswerteeinheit 44, die den Anteil NO im über den Anschlussstutzen A zugeführten Gasgemisch (O ₂ /N ₂ /NO) analysiert und einen entsprechenden Messwert an eine im zweiten Modul 46 angeordnete Steuereinheit 48 überträgt. Die Steuereinheit 48 ist mit einer als Mensch-Maschine-Schnittstelle ausgebildeten Bedieneinheit 50 verbunden. Die Bedieneinheit 50 ist vorzugsweise als Touchscreen ausgeführt. Über die Bedieneinheit 50 können Parameter der Dosiereinrichtung 20, insbesondere Sollwerte, eingestellt werden. Ferner können Einstellwerte, Messwerte und Betriebswerte über eine Anzeigeeinheit der Bedieneinheit 50 ausgegeben werden. Die Steuer- einheit 48 ist vorzugsweise über eine nicht dargestellte Datenleitung mit einer Steuereinheit des Beatmungsgeräts 12 verbunden. Über diese Datenleitung können relevante Parameter Messwerte und weitere Informationen zwischen der Steuereinheit 48 und der Steuereinheit des Beatmungsgeräts 12 vorzugsweise bidirektional übertragen werden.

Die Dosiereinrichtung 20 hat ein drittes Modul 52, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Magnetventile 54 bis 60 umfasst, den jeweils das medizinische Gasgemisch NO/NO ₂ über den Anschlussstutzen C zugeführt wird. Den Magnetventilen 54, 56 ist jeweils eine Dosierblende 62, 64 zum Beschränken des Durchflusses durch das jeweilige Magnetventil 54, 56 vorgeschaltet. Die Ausgangsseiten der Magnetventile 54 bis 60 sind mit dem Anschlussstutzen B verbunden, sodass die Magnetventile 54 bis 60 parallel geschaltet sind. Die Steuereinheit 48 der Dosiereinrichtung 20 kann die Magnetventile 54 bis 60 einzeln ansteuern, d. h. einzeln oder in Kombination öffnen. Somit ist es möglich, durch Öffnen eines Ventils 54 bis 60 einen Gasdurchfluss zwischen dem Anschlussstutzen C und dem Anschlussstutzen B zu erreichen und damit medizinisches Gas NO über die Verbindungsleitung 40 in die Atemgasleitung 24 einzuleiten. Die Durchflussmenge zwischen dem Anschlussstutzen C und dem Anschlussstutzen B kann durch das gleichzeitige Öffnen mehrerer Ventile 54 bis 60 erhöht werden. Ferner kann die applizierte Menge, d. h. die in die Atemgasleitung 24 eingeleitete Menge des medizinischen Gases NO durch eine geeignete Wahl der Impulsdauer und/oder durch eine geeignete Wahl der Impulsfrequenz eingestellt werden. Dabei können die von den einzelnen Ventilen 54 bis 60 erzeugten Gasimpulse eine unterschiedliche Impulsdauer bei vorzugsweise gleicher Impulsfrequenz haben. Das dritte Modul mit der parallelen Anordnung mehrerer Ventile 54 bis 60 wird auch als Ventilbank 52 bezeichnet. Die Ventilbank 52 mit den vier Magnetventilen 54 bis 60 ermöglicht einen großen einstellbaren Dosierbereich sowie eine flexible Anpassung der zu applizierenden Gasmenge bei der Verwendung von Gasquellen 16 mit unterschiedlichen Ausgangskonzentrationen des medizinischen Gases. Die Ausgangskonzentration wird vorzugsweise als Parameter über die Bedieneinheit 50 voreingestellt und bei der Berechnung der Impulsdauer und Impulsfrequenz zum Erzeugen der zu applizierenden Menge berücksichtigt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Magnetventil 54 einen Durchfluss von 0, 16 Liter pro Minute, das Magnetventil 56 einen Durch- fluss von 1 ,6 Liter pro Minute und die Magnetventile 58 und 60 jeweils einen Durchfluss von 8 Litern pro Minute gemessen mit medizinischer Luft. Die Impulsfrequenz, d. h. die Taktrate, beträgt 104 Gasimpulse pro Minute, d. h. 104 Bolups pro Minute. Sollen geringere Mengen des medizinischen Gases NO appliziert werden oder aus anderen Gründen eine geringere Taktrate bzw. eine geringere Impulsfrequenz gewählt werden, so wird diese vorzugsweise auf 52 Gasimpulse pro Minute oder 26 Gasimpulse pro Minute gesenkt. Soll eine höhere Impulsfrequenz gewählt werden, so kann diese auch auf 208 Gasimpulse pro Minute erhöht werden.

Mit Hilfe der in Figur 1 gezeigten Anordnung werden bei erwachsenen Patienten Anfangsmaximaldosierungen von 40 ppm und bei Kindern Anfangsmaximaldosierungen von 20 ppm appliziert. Bei Neugeborenen oder Frühgeborenen kann die Anfangsmaximaldosierung geringer sein.

Die Dosierung wird zur Entwöhnung des Patienten schrittweise oder kontinuierlich bis auf 0,5 ppm bei Frühgeborenen bis 0, 1 ppm gesenkt. Dabei beträgt die Ausgangskonzentration des medizinischen Gases in der Gasquelle 26 vorzugsweise 1.000 ppm. Alle Dosierungsangaben beziehen sich auf die dem Y-Stück 26 zugeführte Atemluft mit dem eingebrachten medizinischen Gas.

Allgemein ist es durch die Verwendung einer Ventilbank 52 mit mehreren parallel angeordneten Ventilen 54 bis 60 bei derzeit üblichen Applikationsmengen möglich, Gasquellen 16 mit höheren Ausgangskonzentrationen des medizinischen Gases zu verwenden, insbesondere von bis zu 2.000 ppm oder bis zu 4.000 ppm. Gegenüber von Gasquellen mit 1.000 ppm gleicher Gasmenge verlängern sich die Standzeiten bei der Verdopplung der Ausgangskonzentration auf das Doppelte. Alternativ oder zusätzlich bietet die Verwendung der Ventilbank 52 ein größeres therapeutisches Konzentrationsspektrum. Die minimale Öffnungsdauer der Magnetventile 54 bis 60 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 7 Millisekunden. Dadurch kann die in die Atemgasleitung 24 eingeleitete Menge des medizinischen Gases NO in großen Bereichen variiert werden, sodass sich ein großes einstellbares therapeutisches Konzentrationsspektrum ergibt.

In Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zur Applikation mindestens eines medizinischen Gases an einen mit Hilfe eines Beatmungsgeräts 12 beatmeten Patienten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung 100 stimmt strukturell und funktionell mit der Vorrichtung 10 nach Figur 1 überein. Im Unterschied zur Figur 1 wird das medizinische Gas Stickstoffmonoxid (NO) als Gasgemisch bereitgestellt, das Stickstoffmonoxid (NO) und Helium (He) umfasst. Vorzugsweise besteht das Gasgemisch (NO/He) bis auf übliche Verunreinigungen aus Stickstoffmonoxid (NO) und Helium (He). Dieses Gasgemisch (NO/He) wird über eine als Gasflasche ausgebildete Gasquelle 102 bereitgestellt und über den Druckregler 18 und die Verbindungsleitung 22 im Anschlussstutzen C der Dosiereinrichtung 20 zugeführt. Durch das Gasgemisch (NO/He) aus Stickstoffmonoxid (NO) und Helium (He) werden sehr kurze Ansprechzeiten erreicht. Die erzeugten Gasimpulse werden unmittelbar in die Atemgasleitung 24 eingespeist.

Bei Versuchen wurde festgestellt, dass durch die Verwendung eines Gasgemischs (NO/He) aus Stickstoffmonoxid und Helium verglichen mit dem beim ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 verwendeten Gasgemisch (NO/N ₂ ) aus Stickstoffmonoxid und Stickstoff eine geringere Kompression des Gasgemischs (NO/He) aus Stickstoffmonoxid und Helium erfolgt und somit eine direktere Einleitung des Gasimpulses in die Atemluftzuleitung erfolgt. Dadurch ist auch eine entsprechende impulsartige Partialdru- ckerhöhung am Patienten 14 messbar, sodass insbesondere die Impulsfrequenz der Gasimpulse vom Patienten 14 spürbar ist. Auch beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist eine durch die Gasimpulse bewirkte Partial- druckerhöhung am Patienten 14 messbar. Jedoch bei gleichen Gasimpulsen der Anstieg des Partialdrucks am Patienten 14 sowie der Abfall des Partialdrucks nach einem Gasimpuls bei der Verwendung des Gasgemischs NO/He steiler als bei der Verwendung des Gasgemischs NO/N ₂ .

In Figur 4 sind Darstellungen der zeitlichen Verläufe der Atmung des beatmeten Patienten 14 sowie die Applizierung des medizinischen Gases in Form von Gasimpulsen dargestellt. Im oberen Diagramm ist der zeitliche Verlauf der Atmung des Patienten 14 als Volumenstrom Q dargestellt. Im Zeitraum zwischen tO und tl erfolgt eine erste Einatemphase des Patienten 14. Im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten tl und t2 erfolgt ein Atemstillstand des Patienten 14. Zwischen dem Zeitpunkt t2 und t3 erfolgt eine erste Ausatemphase des Patienten 14 und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eine zweite Einatemphase, die gegenüber der ersten Einatemphase kürzer ist. Zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 erfolgt eine zweite Ausatemphase.

Im zweiten unteren Diagramm sind die mit Hilfe der Dosiereinrichtung 20 in die Atemluftzuleitung 24 eingeleiteten Gasimpulse als Volumenstrom des relevanten Anteils des medizinischen Gases NO dargestellt. Dabei erfolgt die Zuführung des medizinischen Gases in diesem Ausführungsbeispiel durch Gasimpulse mit einer konstanten Impulsfrequenz und somit unabhängig von der Atemfrequenz des Patienten 14.

Als Magnetventile werden vorzugsweise zwischen einer voll geschlossenen und einer voll geöffneten Position umschaltbare Ventile eingesetzt, die binär angesteuert werden.

Die Erfindung kann insbesondere in der Neonatologie zur Behandlung von pulmonaler Hypertomie eines Frühgeborenen mit Stickstoffmonoxid angewendet werden. Auch wird Stickstoffmonoxid appliziert, um Patienten nach Organtransplantationen zu behandeln. Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Vorrichtungen 10, 100 können aber auch zur Applikation anderer gasförmiger Medikamente eingesetzt werden.

Ferner ist bekannt, mit Hilfe eines Proportionalventils einem Atemgasstrom gasförmige Medikamente in Abhängigkeit der mit Hilfe eines Strömungsmessers aktuell gemessenen Strömungsgeschwindigkeit des Atem- luftstroms beizumischen.

In Figur 5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung 200 zur Applikation mindestens eines medizinischen Gases an einen mit Hilfe eines Beatmungsgeräts 12 beatmeten Patienten 14 gemäß einem drit- ten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach Figur 1 und nach Figur 3 erfolgt die Dosierung des medizinischen Gases NO in das Patientenkreisteil des Beatmungsgeräts 12, d. h. in den Atemluftschlauch 24 proportional zum Atemverlauf des Patienten 14. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 3 werden beim dritten Ausführungsbeispiel Gasimpulse mit unterschiedlichem Gasvolumen abhängig von der Atemphase und/oder dem Verlauf der Atemphase erzeugt.

Es ist eine Daten- und/oder Signalleitung 202 zwischen dem Beatmungsgerät 12 und der Dosiereinrichtung 20 vorgesehen, über die der Steuereinheit 48 der Dosiereinrichtung 20 Informationen über ein Echtzeitströ- mungsprofil der Atmung des beatmeten Patienten 14 mit Hilfe von Signalen und/oder Daten übertragen. Zur Datenübertragung kann insbesondere ein echtzeitfähiges Bussystem, wie beispielsweise ein CAN-BUS oder eine serielle Schnittstelle, wie eine USB-Schnittstelle oder RS232- Schnittstelle, unter Verwendung eines echtzeitfähigen Datenübertragungsprotokolls eingesetzt werden.

Die Einleitung des medizinischen Gases in die Atemluftzuleitung 24 erfolgt dann derart, dass während der Atemphasen des Patienten eine höhere Konzentration des medizinischen Gases in der zugeführten Beatmungsluft enthalten ist. Bei einer ersten Ausführungsform des dritten Ausführungsbeispiels werden die Gasimpulse mit einer konstanten Impulsfrequenz abgegeben, wobei die pro Gasimpuls abgegebene Gasmenge während der Einatemphasen größer ist als während Atemstillstandsphasen und während der Ausatemphasen des Patienten 14. Alternativ oder zusätzlich kann bei weiteren Ausführungsformen die Impulsfrequenz während der Einatemphasen höher sein als während der Ausatemphasen und bei Atemstillstand. Ferner kann bei Atemstillstand des Patienten 14 das Zuführen des medizinischen Gases durch die Dosiereinrichtung 20 unterbrochen sein. Vorteilhaft ist es, mit Hilfe einer durch die Steuereinheit 44 oder einer Steuereinheit des Beatmungsgeräts 12 durchgeführten Optimierung der Gasimpulse und Impulsfrequenz erfolgt dahingehend, dass eine relativ lange Öffnungszeit der aktivierten Ventile 54 bis 60 innerhalb der festgelegten Impulsfrequenz erforderlich ist. Die Impulsfrequenz beträgt vorzugsweise 104 Gasimpulsen pro Minute. Erst dann, wenn der durch die Ventilbank 52 erforderliche Gasdurchfluss des medizinischen Gases größer oder gleich dem maximalen Durchfluss durch ein Ventil 54 bis 60 ist, sodass der Durchfluss durch dieses Ventil 54 bis 60 nicht ausreichen würde, um die erforderliche Menge de4s medizinischen Gases zu applizieren, oder das Ventil 54 bis 60 nicht mehr schließen würde und somit keine Gasimpulse mehr erzeugen würde, wird ein zusätzliches weiteres Ventil 54 bis 60 oder anstatt des ersten Ventils 54 bis 60 ein zweites Ventil 54 bis 60 mit größerem Durchfluss im geöffneten Zustand durch die Steuereinheit 48 angesteuert.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel wird im Unterschied zu dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel das medizinische Gas NO nicht als Gasgemisch aus Stickstoffmonoxid und Stickstoff (NO/N ₂ ) bereitgestellt, sondern als Gasgemisch aus Stickstoffmonoxid (NO) und Helium (He). Die mit diesem Gasgemisch (NO, He) verbundenen Vorteile sind bereits in Verbindung mit Figur 3 erläutert. Das Erzeugen der Gasimpulse erfolgt bei diesem vierten Ausführungsbeispiel wie für das dritte Ausführungsbeispiel in Verbindung mit Figur 5 beschrieben. Figur 6 zeigt eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Atmung des beatmeten Patienten 14 und den zeitlichen Verlauf der Applizierung des medizinischen Gases (NO/N ₂ )/(NO/He). Dabei ist im oberen Diagramm der Atemluftstrom des beatmeten Patienten 14 dargestellt, ähnlich wie in Figur 4 und im unteren Diagramm sind der zeitliche Verlauf der Gasimpulse dargestellt, durch die das medizinische Gas NO bzw. das Gasgemisch (NO/N ₂ ), (NO/He) in die Atemgaszuleitung 24 eingespeist wird. Dabei ist zu erkennen, dass bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel während der Einatemphasen des Patienten der Gasdurchfluss durch die Ventile 54 bis 60 bzw. durch die Ventilbank 52 bei konstanter Impulsbreite durch eine gezielte Auswahl und/oder Kombination unterschiedlicher Ventile 54 bis 60 variiert wird.

Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die bei einem Gasimpuls applizierte Gasmenge dadurch weiter variiert werden, dass die einzelnen Impulsbreiten, mit denen die Ventile 54 bis 60 zum Erzeugen eines Gasimpulses angesteuert werden, verschieden sind, sodass zumindest zwei Ventile 54 bis 60 Gasimpulse unterschiedlicher Impulsbreite abgeben. Dadurch wird ein Gesamtgasimpuls erzeugt, der aus zwei Teilimpulsen unterschiedlicher Impulsbreite erzeugt worden ist. Der Ges amtgas impuls hat dann einen gestuften Verlauf der in die Atemgaszuleitung 24 eingeleitet wird. Bei einer konkreten Ausführungsform des dritten und vierten Ausführungsbeispiels sind die Impulsfrequenzen während der Einatemphasen doppelt so hoch wie in der Ausatemphase. Beispielsweise kann die Impulsfrequenz während der Einatemphase 208 Gasimpulse pro Minute betragen und während der Ausatemphase 104 Gasimpulse pro Minute. Alternativ kann die Impulsfrequenz während der Einatemphase 104 Gasimpulse pro Minute und während der Ausatemphase 52 Gasimpulse pro Minute betragen. Abhängig vom Anstieg der zu Beginn eines Einatemvor- gangs vom Patienten 14 eingeatmeten Gasmenge, d. h. Abhängig vom Durchfluss zu Beginn des Einatemvorgangs und/oder dem zeitlichen Verlauf des Atemgasflusses, kann die Länge eines Einatemzugs des Patienten 14 und/oder der Verlauf des Einatemzugs des Patienten 14 empirisch ermittelt werden und entsprechend dem abgeschätzten Verlauf für jeden Gasimpuls während eines Einatemzugs eine durch diesen Gasimpuls in die Atemgaszuleitung 24 einzuleitende Gasmenge des medizinischen Gases festgelegt werden. Die festgelegte Gasmenge wird dann durch eine geeignete Ansteuerung der Magnetventile 54 bis 60 in die Atemgaszuleitung 24 eingeleitet.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein geschlossenes Kreislaufssystems ausgebildet, so dass das vom Patienten 14 ausgeatmete Gasgemisch in dem geschlossenen Kreislaufsystem verbleibt. Somit verbleibt auch das von dem Patienten nicht aufgenommene medizinische Gas in dem Kreislaufsystem. Derartige geschlossene Kreisläufe werden insbesondere bei einer Anästhesie des Patienten 14 verwendet. Während einer Anästhesie ist der Patient 14 mit einem Anästhesiegerät verbunden. Die Steuereinheit 48 ist über eine Schnittstelle mit dem Anästhesiegerät verbunden. Das Anästhesiegerät umfasst mindestens einen Sensor zur Ermittlung des Beginns eines Atemzuges des Patienten 14 und einen Sensor zur Ermittlung der bei diesem Atemzug eingeatmeten Volumenmenge an Gasgemisch. Das Anästhesiegerät übermittelt über die Schnittstelle Daten mit Informationen über den Beginn des Atemzuges und die eingeatmete Volumenmenge an Gasgemisch an die Steuereinheit 48, die in Abhängigkeit dieser Daten die Menge des über die Ventile 54 bis 60 injizierenden medizinischen Gases derart ermittelt, dass so viel medizinisches Gas injiziert wird, dass dieses bei dem Atemzug vollständig oder zumindest nahezu vollständig von dem Patienten 14 aufgenommen wird, so dass es zu keiner Akkumulation des medizinischen Gases in dem Gasgemisch des geschlossenen Kreislaufsystems kommt. Die Steuereinheit 48 steuert die Magnetventile 54 bis 60 insbesondere derart an, dass die zu injizierende Menge an medizinischem Gas innerhalb kurzer Zeit zu Beginn des Atemzuges injiziert wird. Somit wird eine Akkumulation des medizinischen Gases im Gasgemisch vermieden, wodurch beispielsweise Reaktionen mit anderen Substanzen im geschlossenen Kreislaufsystem vermieden werden.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das medizinische Gas in einem Trägergas, insbesondere Helium, aufgenommen. Hierdurch werden Laufzeitverzögerungen beim Transport des medizinischen Gases durch die Leitungen reduziert, so dass eine genaue Steuerung der Inspirationszeiten möglich ist. Dies ist insbesondere bei der Behandlung von Säuglingen notwendig, da bei ihrer Behandlung Verzögerungen von 100 ms bei den Inspirationszeiten bereits entscheidend über den Erfolg oder Misserfolg der Therapie sein können. Das Beatmungsgerät 12 umfasst einen Sensor zur Berechnung des Gasvolumens eines Atemzuges des Patienten 14 und einen Sensor zur Ermittlung des zeitlichen Beginns eines Atemzuges. Das Beatmungsgerät 12 ist über eine Datenschnittstelle mit der Dosiereinrichtung 20 verbunden, wobei über die Schnittstelle Daten mit Informationen über das Volumen des letzten Atemzuges des Patienten 14 und Daten mit Informationen über die Zeitpunkte der mindestens letzten beiden Atemzüge des Patienten 14 übermittelt werden. Die Steuereinheit 48 ermittelt in Abhängigkeit dieser Daten in Echtzeit den Beginn des nächsten Atemzuges des Patienten 14 und steuert in Abhängigkeit des errechneten Beginns des Atemzuges und zumindest des Gasvolumens des letzten Atemzuges die Magnetventile 54 bis 60 derart an, dass die injizierende Menge an medizinischem Gas zu Beginn des nächsten Atemzuges stoßartig injiziert wird. Unter stoßartiger Injizierung wird insbesondere verstanden, dass das medizinische Gas innerhalb von möglichst kurzer Zeit injiziert wird. Die Steuereinheit 48 öffnet hierzu die Magnetventile 54 bis 60 zu Beginn des Atemzuges möglichst weit.

Bezugszeichenliste

10, 100, 200 Vorrichtung

16, 36, 102 Gasflaschen

12 Beatmungsgerät

14 Patient

18, 38 Druckregler

20 Dosiereinrichtung

22, 34 Gaszuleitung

24 Atemgasleitung

26 Verbindungsstück / Y-Stück

28 Abluftleitung

30 P atientenzule itung

40 Gaszuleitung

41 Messleitung

42 erstes Modul

44 Mess-/Auswerteeinheit

46 zweites Modul

48 Steuereinheit

50 Bedieneinheit

52 drittes Modul / Ventilbank

54 bis 60 Magnetventil

62, 64 Drosselblende

202 Daten- und/oder Signalleitung

A, B, C Anschlussstutzen

tl bis t5 Zeitpunkte