DE60212703T2 - Gasidentifikationssystem und volumetrisch korrigiertes gasabgabesystem - Google Patents

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Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein Ventilationssysteme für Patienten und insbesondere ein Gasidentifikations-(ID) und ein volumetrisch korrigiertes Gasabgabesystem, welches bei Ventilationssystemen Anwendung findet. Ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in WO-A-98/47 555 offenbart.
  • Ventilationsbehandlungen finden als therapeutische Maßnahme Anwendung, um bei einem Patienten mit akuten Atembeschwerden die Atemnot zu lindern, welche mit dem starken Ansteigen des Widerstandes des Luftweges im direkten Zusammenhang steht. Um ein Gas in die Lunge hinein und aus ihr heraus zu befördern, ist ein offener Luftweg erforderlich, damit das Gas von einem Bereich höheren Druckes zu einem Bereich niedrigeren Druckes strömen kann. Je höher der Druck zwischen zwei Stellen des Luftweges ist, desto größer ist das Gasvolumen, welches in diesem Luftwege bewegt wird. Der Druck im Luftweg steht mit dem dynamischen Druckgradienten während des Atmungszyklus, dem Förderstrom des Gases, der Dichte und der Viskosität des Gases sowie dem Innendurchmesser und der Länge des Luftweges im direkten Zusammenhang.
  • Da Helium ein Inertgas ist, ist es weder an einem biochemischen Prozess des Körpers beteiligt noch wirkt es auf einen solchen ein. Das bedeutet, dass Helium selbst keinen Heilwert aufweist und nicht lebenserhaltend wirken kann. Da jedoch Helium das zweitleichteste Gas ist, wird es häufig mit Sauerstoff gemischt, um die Gasdichte abzusenken, so dass auf diese Weise der Druckwert herabgesetzt wird, der erforderlich ist, um das Gas durch den Luftweg hindurch zu befördern. Wegen seines Mangels an pharmakologischen Eigenschaften wird Helium für klinische Anwendungen typischerweise mit mindestens 21% Sauerstoff gemischt.
  • Je nach dem spezifischen Zustand eines jeden Patienten ändert man die Zusammensetzung des Gemisches aus Helium und Sauerstoff (Heliox). Wenn beispielsweise ein Patient eine höhere Konzentration an Sauerstoff benötigt, dann ist ein höherer Ausgangsdruck erforderlich, um dem Patienten das Gas zuzuführen. Wenn dagegen seitens des Patienten eine niedrigere Konzentration an Sauerstoff benötigt wird, kann die Konzentration von Helium erhöht werden, um den Sauerstoff zu verdünnen und um auf diese Weise den erforderlichen Ausgangsdruck des Gases zu vermindern. Damit der Therapeut/Klinikarzt in der Lage ist, bei Patienten mit einer Einengung der Atemwege wie beispielsweise einer chronischen Verengung der Atemwege in der Lunge oder bei Asthma auf wirkungsvolle Art und Weise eine angemessene Luftzufuhr zu gewährleisten, ist es unbedingt erforderlich, dass der Klinikarzt Kenntnis über die Beziehung zwischen dem Widerstand des Luftweges und den Gaseigenschaften besitzt.
  • Die Ventilationssysteme nach dem Stand der Technik, welche einem Patienten Sauerstoff zuführen, weisen normalerweise zwei Gaseinlassöffnungen auf, von denen die eine an eine Sauerstoffquelle angeschlossen ist und die andere mit einer zweiten Gasquelle verbunden ist.
  • Heliox mit 80% Helium und 20% Sauerstoff, Heliox mit 70% Helium und 30% Sauerstoff oder Luft (mit 21% Sauerstoff und 78% Stickstoff) werden in derartigen Ventilationssystemen häufig als Zweitgas eingesetzt. Nach dem Eintritt in das Ventilationssystem werden der Sauerstoff und das Zweitgas in einem Gasmischer gemischt. Je nach dem spezifischen Zustand des Patienten wird der fraktionelle inspiratorische Sauerstoff-Förderstrom (FIO2) des Gasgemisches (Sauerstoff und das Zweitgas) durch den Klinikarzt eingestellt, und die Volumina an Sauerstoff und Zweitgas, welche in den Gasmischer eintreten und aus ihm austreten, werden so gesteuert, dass dem Patienten der auf ihn zugeschnittene Sauerstoff-Förderstrom (FIO2) zur Verfügung gestellt wird. Eine derartige Einstellung kann jedoch ungenau sein, wenn sich die Zusammensetzung des Gases verändert. Wenn man beispielsweise Heliox mit 80% Helium und 20% Sauerstoff bei einem Ventilationssystem einsetzt, dessen Mischer entsprechend dem Volumenstrom eines Heliox mit 70% Helium und 30% Sauerstoff betrieben wird, dann wird der tatsächliche FIO2 im Luft- oder Sauerstoff-Förderstrom sehr wahrscheinlich niedriger sein als der vom Klinikarzt eingestellte Wert. Zu dem Umstand, dass man eine nicht ausreichende Ventilation erhält, kommt hinzu, dass eine derartige Ungenauigkeit eine lebensbedrohliche Situation hervorrufen kann insbesondere dann, wenn sich der Patient in einem kritischen Zustand befindet.
  • Nachdem das Gasgemisch durch den Gasmischer eingeregelt worden ist, wird es dem Patienten zugeführt. Wiederum ist der an den Patienten abgegebene exakte Gasförderstrom kritisch. Deshalb ist nach dem Stand der Technik typischerweise ein Strömungssensor in den Inspirationszweig des Ventilationssystems eingebaut, damit auf diese Weise gewährleistet wird, dass ein angemessener Förderstrom des Gases zum Patienten gelangt. Auf ähnliche Weise wird nach dem Stand der Technik auch die Exspirationsströmung typischerweise durch einen in den Zweig der Exspirationsströmung eingebauten Strömungssensor überwacht und gesteuert. Um eine genaue Messung des Sauerstoff-Förderstromes zu ermöglichen, werden der Gasmischer und die Durchflussmengenmesser vor dem Gebrauch kalibriert. Jedoch sind der Gasmischer und die Durchflussmengenmesser, welche in herkömmliche Ventilationssysteme nach dem Stand der Technik eingebaut sind, auf Luft kalibriert und nicht auf die genaue Gaszusammensetzung, die dem Ventilationssystem zugeführt wird. Dies wiederum beeinträchtigt die gewünschte Wirksamkeit der Sauerstoffabgabe des Ventilationssystems. Wenn sich der Patient in einem kritischen Zustand befindet, kann eine derartige Unwirksamkeit und/oder Ungenauigkeit in der Abgabe den Patienten in Gefahr bringen.
  • Aus diesem Grund besteht auf diesem technischen Gebiet eine grundlegende Notwendigkeit, dass ein Gas-ID zur Verfügung gestellt wird, welcher in der Lage ist, die genaue Art des Gases, welches dem Ventilationssystem zugeführt wird, automatisch und zuverlässig zu bestimmen, so dass der exakte Sauerstoff-Förderstrom zur Verfügung gestellt wird, wie ihn der Patienten benötigt. Darüber hinaus ist auch die Korrektur der Kalibrierung des Gasmischers und der Strömungssensoren erforderlich, damit die dem Patienten zweckdienlich verordnete Respirationstherapie auf geeignete Art und Weise unterstützt wird.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Gasabgabesystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Korrektur eines solchen Systems gemäß Anspruch 10 vor.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Diese sowie weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlicher, wenn man auf die Zeichnungen Bezug nimmt. Bei diesen handelt es sich um:
  • 1 zeigt die Perspektivansicht eines Gasidentifikators, welcher in einem Ventilationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 2 zeigt die Anwendung des Gasidentifikators in einem Ventilationsgerät;
  • 3 zeigt ein Y-Stück für Heliox-Verabreichung;
  • 4 zeigt den Respirationskreislauf für den Patienten;
  • 5 zeigt eine Tabelle der Korrekturfaktoren unter unterschiedlichen Bedingungen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigt eine Perspektivansicht eines Gasidentifikators 10, welcher durch die vorliegende Erfindung vorgestellt wird. Wie in 1 dargestellt ist, umfasst dieser Gasidentifikator 10 einen Gaseinlass 12 sowie einen Spannungsteiler 14, welcher so ausgelegt ist, dass er für das Gasabgabesystem, d.h. für das Ventilationsgerät 20 der vorliegenden Erfindung, eine pneumatische und elektrische Schnittstelle darstellt. Dieser Gaseinlass 12 ist an eine herkömmliche Gasquelle wie beispielsweise einen (nicht dargestellten) Gasbehälter angeschlossen und ist mit dem Ventilationsgerät 20 des Gasabgabesystems verbunden, wie dies in 2 dargestellt ist. Bekanntlich sind herkömmliche Gasbehälter, welche verschiedene Gasquellen zur Verfügung stellen, mit standardisierten Druckgasanschlüssen ausgestattet, die entweder gemäß den Standards der Vereinigten Staaten und/oder den Europäischen Standards ausgebildet sind und unterschiedliche Gewinde- und/oder Durchmessergrößen aufweisen, welche ausschließlich für die spezielle Gaszusammensetzung der Gasquelle kennzeichnend sind. Die Gewinde 16 oder die Gewindedurchmesser an einem Ende des Gaseinlasses 12 können in unterschiedlichen Größen ausgeführt sein, damit sie an die standardisierte Größe und Konfiguration des standardisierten Druckgasanschlusses passen. Das andere Ende 18 des Gaseinlasses 12 (im Or. 10) ist so ausgebildet, dass es in das Gasabgabesystem 20 eingeführt werden kann. Der Spannungsteiler 14 ist an den Gasidentifikator 10 angeschlossen und kann auch auf selektive Weise an das Gasabgabesystem 20 elektrisch angeschlossen werden. Der Spannungsteiler 14 enthält vorzugsweise einen Widerstand, welcher einen Widerstandswert hat, der für jede Zusammensetzung des zugeführten Gases einmalig ist, sowie eine Anwendungstabelle. Wenn man den Spannungsteiler 14 einführt, d. h, ihn in das Abgabesystem 20 steckt, wird der dort auftretende Spannungsabfall gemessen. Für ein spezielles Gas wird sich ein entsprechender Spannungsabfall ergeben, der über den Widerstand gemessen wird. Wenn man beispielsweise Heliox mit 80% Sauerstoff und 20% Helium (nachfolgend als Heliox 80/20 bezeichnet) an das Gasabgabesystem anschließt, wird über den Widerstand ein Spannungsabfall von 2,048 V ± 5 % erwartet. Wenn man dagegen Heliox mit 70 % Sauerstoff und 30 % Helium (nachfolgend als Heliox 70/30 bezeichnet) oder Luft dem Gasabgabesystem 20 zuführt, wird über den Widerstand ein Spannungsabfall von 1,024 V ± 5 % bzw. 4,096V ± 5 % erwartet. Die Anwendungstabelle wird dann durch den eingebauten Prozessor aufgerufen, welcher dazu benutzt wird, den Betrieb des (nicht dargestellten) Gebläses des Gasabgabesystems 20 zu steuern wird, wenn über den Widerstand ein Spannungsabfall gemessen wird. Die Anwendungstabelle enthält für die verschiedenen Gase eine Auflistung der entsprechenden Spannungsabfälle über den Spannungsteiler. Durch Messung des Spannungsabfalls über den Widerstand erhält man den Gastyp, welcher mit dem aus der Anwendungstabelle erhaltenen Spannungsabfall übereinstimmt. Wenn ein neuer Gastyp zum Einsatz gelangt, kann die Anwendungstabelle neu programmiert werden, um den entsprechenden Spannungsabfall dieses neuen Gastyps aufzunehmen, so dass der exakte Typ des Gases, welches dem Gasabgabesystem zugeführt wird, immer durch den Gas-ID überwacht und identifiziert werden kann. Eine Anzeigeeinrichtung oder ein Display können eingebaut werden, um den durch den Gas-ID identifizierten Gastyp anzuzeigen oder darzustellen. Auf diese Weise kann man den exakten Gastyp überwachen, welcher dem Gasabgabesystem 20 und dem Patienten zugeführt wird, so dass die Richtigkeit des nachfolgend gemessenen Sauerstoff-Förderstroms (FIO2) bestätigt werden kann.
  • In der vorliegenden Erfindung kann auch ein automatisches Alarmsystem verwendet werden. Wie man erkennen wird, kann der eingebaute Prozessor so konfiguriert werden, dass dem Klinikarzt ermöglicht wird, den Gastyp einzuleiten, welcher vom Ventilationssystem verlangt wird. Sobald die Gasquelle angeschlossen worden ist, identifiziert der Gas-ID automatisch die Gasquelle. Wenn das festgestellte Ergebnis nicht mit dem Einlassgas übereinstimmt, kann ein Alarmsignal oder eine Warnanzeige ausgelöst werden. Als Alternative kann der Betrieb des Systems gestoppt werden, wenn ein abweichendes Gas angeschlossen wird. Weiterhin kann ein Anpassungsteil oder ein Verbindungsteil verwendet werden, damit der Gas-ID ermöglicht, dass verschiedene Gasquellen an das System angeschlossen werden können.
  • 3 stellt eine schematische Zeichnung des Inspirations-, Exspirations- und proximalen Zweiges eines Gasabgabesystems 30 dar, welches dem Patienten das Ventilationsgas zuführt und ermöglicht, dass die Gasexhalation des Patienten über Zeitabschnitte hinweg überwacht wird, d.h. die Volumina, die Drücke und die Förderströme. Das Gasabgabesystem 30 enthält den Inspirationszweig 32, einen Exspirationszweig 34 und einen proximalen Zweig 36, welcher direkt an den Patienten angelegt ist. Längs eines jeden dieser drei Bereiche ist vorzugsweise ein herkömmlicher Strömungssensor eingebaut, um den Sauerstoffvolumenstrom FIO2 und den Exspirationsvolumenstrom zu überwachen. Obwohl dies keine Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens darstellt, umfassen in der bevorzugten Ausführungsform derartige Strömungssensoren einen Strömungssensor mit veränderlicher Öffnung, welcher demjenigen ähnlich ist, der in der Urkunde zum Patent der Vereinigten Staaten Nr. 4.993.269 festgelegt ist, welches an Guillaume et al. erteilt worden ist und den Titel "Gerät mit veränderlicher Öffnung zur Strömungsermittlung" trägt und auf welches hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Der proximale Zweig 36 kann je nach dem spezifischen Zustand des Patienten mit einer Maske, einem Mundstück, einer Nasenkanüle, einer Haube oder anderen herkömmlichen Ausstattungsgegenständen an den Patienten angelegt werden.
  • 4 stellt ein Diagramm für den pneumatischen Kreis des Gasabgabesystems 30 der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 4 dargestellt ist, wird ein Sauerstoffeinlass 41 an eine Sauerstoffquelle angeschlossen, während ein Gaseinlass 42 mit einer Quelle für Zweitgas wie beispielsweise 80/20 Heliox, 70/30 Heliox, 65/35 Heliox, Luft, Nitrox (ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff) oder Trimox (ein Gemisch aus Helium, Stickstoff und Sauerstoff) oder ein weiteres Gas verbunden wird, welches dem Patienten beim Atmen hilft. Auch hier wird ein Gas-ID über den Spannungsteiler 14 an das Gasabgabesystem 30 angeschlossen, um das Zweitgas zu identifizieren. Der Sauerstoff und das Gas werden dann einem Gasmischer 43 zugeführt, welcher durch ein Betätigungsorgan, vorzugsweise einem Schrittmotor 43a, angetrieben wird. Der Schrittmotor 43a bewegt die Stellung des Gasmischers Schritt für Schritt je nach dem eingestellten Sauerstoff-Förderstrom (FIO2), d. h. dem Förderstrom, der manuell vom Klinikarzt ausgewählt worden ist, und je nach dem spezifischen Typ des Gases, welches ergänzend zum Sauerstoff dem Gasmischer 43 zugeführt wird. Spezieller ausgedrückt: die Stellung des Gasmischers, welcher von einem Betätigungsorgan wie beispielsweise einem Schrittmotor 43a angetrieben wird, ist eine andere, wenn sich der Sauerstoffvolumenstrom verändert und/oder wenn das zugeführte Gas anders ist, und deshalb muss der Gasmischer 43, bevor er in Betrieb gesetzt wird, auf das spezielle zugeführte Gas kalibriert werden. Da der Gasmischer 43, welcher in das Gasabgabesystem eingebaut ist, typischerweise nur auf der Grundlage von Luft kalibriert ist, macht sich daher jedoch eine weitere Korrektur hinsichtlich der verschiedenen Gastypen, welche dem Gasabgabesystem zugeführt werden, erforderlich. Eine weitergehende Beschreibung des Kalibrieralgorithmus, welcher bei der vorliegenden Erfindung Anwendung findet, wird weiter unten vorgenommen.
  • Nachdem das Gasgemisch durch den Gasmischer 43 gemischt worden ist, wird es über den Inspirationszweig 32 dem Patienten zugeführt. Wie bereits weiter oben erwähnt worden ist, ist unter unterschiedlichen Bedingungen oder für verschiedene Patienten der erforderliche Gasvolumenstrom unterschiedlich. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, dass man überwacht, dass der abgegebene Gasförderstrom wirklich so aufrecht erhalten wird, wie er vorher festgelegt worden ist. Ein Strömungssensor 44 wird folglich in den Inspirationszweig 32 eingebaut. Ein Durchflussmengenregler 45 kann ebenfalls installiert werden, um den Gasstrom nachzustellen, wenn die Anzeige des Strömungssensors 44 vom gewünschten, vorher eingestellten Wert abweicht. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung misst der Strömungssensor 44 an einer zugehörigen Blende den Druckabfall, der mit dem Gasförderstrom im direkten Zusammenhang steht. Dieser Druckabfall wird in ein elektronisches Signal umgewandelt, und die Spannung dieses elektronischen Signals widerspiegelt direkt den Gasförderstrom des Gasgemisches. Auch hier ist die Spannung, welche den Gasförderstrom widerspiegelt, je nach dem Gastyp unterschiedlich. Um eine korrekte Anzeige zu erzielen, muss folglich der Strömungssensor 44 entsprechend dem gerade vorliegenden Gasgemisch kalibriert werden, bevor er benutzt wird. Wie bereits weiter vorn festgestellt worden ist, ist es typisch, dass der Strömungssensor anfangs nur auf Luft kalibriert ist. Deshalb muss die Kalibrierung des Strömungssensors 44 auf der Grundlage der Eigenschaften des speziellen Gasgemisches und der tatsächlichen Abgabebedingungen korrigiert werden, wenn ein anderes Gasgemisch als Luft durch den Strömungssensor strömt. In ähnlicher Weise werden auch die Strömungssensoren 45 und 46 an der Anschlussstelle des proximalen Zweiges 36, welcher direkt an den Patienten angelegt ist, und des Exspirationszweiges 34, durch welchen der Patient exhaliert, installiert, damit die Respiration auf geeignete Art und Weise überwacht werden kann. Wie dies beim Strömungssensor 44 des Inspirationszweiges der Fall ist, sind typischerweise die Strömungssensoren 45 und 46 des proximalen Zweiges und Exspirationszweiges von Anfang an nur auf Luft kalibriert und müssen daher auf der Grundlage des speziellen Gasgemisches und der Respirationsbedingungen neu kalibriert bzw. korrigiert werden. Die bevorzugte Korrektur der Kalibrierung des Gasmischers 43 und jeder der Durchflusssensoren 42, 44 und 46 wird im Nachfolgenden vorgestellt:
    In den folgenden Abschnitten wird die Korrektur der Kalibrierung für die Stellung des Gasmischers 43 und die Strömungssensoren 44, 45 und 46 am Beispiel der Verwendung eines Heliox-Gemisches vorgestellt. Die Korrektur für andere Gasgemische als Heliox wie beispielsweise für Stickstoff und/oder Kohlendioxid kann aus dem gleichen Algorithmus abgeleitet werden. Für Luft, welche etwa 21 % Sauerstoff enthält, kann der Sauerstoff-Förderstrom des Luftgemisches (aus Sauerstoff und Luft) wie folgt dargestellt werden:
    Figure 00070001
    worin Q für den Volumenstrom des jeweils als Index angegebenen Gases steht. Unter der Annahme, dass vfHe der prozentuale Sauerstoffgehalt des Heliox ist, kann der Sauerstoff-Förderstrom im Heliox-Gemisch wie folgt dargestellt werden:
    Figure 00070002
  • Wenn die Blende und der Druckabfall über den Gasmischer 43 die gleichen sind, kann das Verhältnis der Volumenströrme, d. h. der Strömungskorrekturfaktor Fr des Heliox-Gemisches (Heliox und Sauerstoff) im Gasmischer wie folgt dargestellt werden:
    Figure 00070003
  • Darin sind R und γ die Gaskonstante bzw. die relative spezifische Wärme des als Index angegebenen Gases, und P1 und P2 sind die auf der Anströmseite bzw. Abströmseite anliegenden Drücke. Wenn Luft mit Sauerstoff gemischt wird, besteht zwischen dem Sauerstoff-Förderstrom von Luft und der Stellung des Gasmischers eine lineare Beziehung der folgenden Art:
    Figure 00070004
  • Darin ist Sp die Stellung des Gasmischers in Schritten des zum Antrieb eingesetzten Schrittmotors 43a, und Smax stellt die Maximalzahl der Schritte oder die Gesamtschrittzahl des Schrittmotors 43a dar, welche in einem elektrisch löschbaren und programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM) gespeichert sind, welcher in den Gasmischer eingebaut ist. Die obige Gleichung (4) kann umgeformt werden in: Sp = (FIO2|Luft – 0,21)·Smax·1,266 (5)
  • Die Tabelle 1 zeigt die jeweiligen Gaskonstanten, die relativen Werte für die spezifische Wärme und die Volumenfraktionen des Gases, und Tabelle 2 zeigt die jeweiligen Strömungskorrekturfaktoren für verschiedene anströmseitig anliegende Drücke und abströmseitig anliegende Drücke des Heliox mit unterschiedlichen Volumenverhältnissen.
  • Tabelle 1
    Figure 00080001
  • Tabelle 2
    Figure 00080002
  • Wenn die dem Gasmischer 43 zugeführten Gase ein Gemisch aus Sauerstoff und Heliox an Stelle eines Gemisches aus Sauerstoff und Luft darstellen, sollte daher die Stellung des Gasmischers mit Bezug auf (FIO2|Heliox) an Stelle des Bezugs auf (FIO2|Air) gesteuert werden, und die in der Gleichung (4) dargestellte Stellung des Gasmischers kann wie folgt modifiziert werden in:
    Figure 00080003
  • Aus den Tabellen 1 und 2, in welchen vfHe für die Volumenfraktion des Sauerstoffs steht, hat diese Größe den Wert 0,2 für das Heliox-Gemisch 80/20, 0,3 für das Heliox-Gemisch 70/30 und 0,35 für das Heliox-Gemisch 65/35. Fr steht für den Strömungskorrekturfaktor und beträgt 1,746, 1,535 und 1,455 für die Heliox-Gemische 80/20, 70/30 bzw. 65/35. Deshalb kann durch Steuerung der Stellung des Gasmischers, welche für das spezielle Gasgemisch korrigiert wurde, die exakte Größe des Sauerstoff-Förderstromes im Gasgemisch gesteuert werden. Wiederum können die Strömungskorrektur Fr und die Volumenfraktion des Sauerstoff für das jeweilige Gas in der Anwendungstabelle im Voraus gespeichert werden. Wenn für ein spezielles Gasgemisch der Sauerstoff-Förderstrom ausgewählt worden ist, wird die Anwendungstabelle aufgerufen, und es wird die Stellung des Gasmischers automatisch korrigiert, so dass der exakte Sauerstoff-Förderstrom zur Verfügung gestellt wird.
  • Auf der Grundlage der Theorie der Gasdynamik steht für die Strömungssensoren 32, 34 und 36 mit veränderlicher Blende ein allgemeiner Korrekturfaktor in Beziehung zur Gastemperatur, zur relativen Feuchtigkeit, zum Barometerdruck (einschließlich Gegendruck) und zur Gaszusammensetzung. Zusätzlich misst ein derartiger Strömungssensor mit veränderlicher Blende den Druckabfall (ΔP) über die Blende als eine Funktion des Volumenstroms. Unter abweichenden Bedingungen (d. h., wenn irgend einer der oben erwähnten Korrekturfaktoren geändert wird), können jedoch die gleiche Geometrie der Blende und der gleiche ΔP eine unterschiedliche Strömung darstellen. Deshalb müssen die Strömungssensoren unter unterschiedlichen Bedingungen korrigiert werden, bevor sie für spezielle Respirationsmessungen verwendet werden. Für ein ideales Gas und isentropische Gasströmung kann der Massestrom wie folgt ausgedrückt werden:
    Figure 00090001
  • Darin ist A die effektive Fläche der Blende des Strömungssensors, P ist der absolute Druck (die tiefgestellte "1" steht für anströmseitig anliegend und "2" steht für abströmseitig anliegend), T1 ist die Temperatur in °K oder in °R auf der Anströmseite, R ist die Gaskonstante, γ ist die relative spezifische Wärme, und g ist die Erdbeschleunigung. Der typische Strömungssensor erzeugt einen Druckabfall ΔP von nicht mehr als 10 cm WS, und zwischen den anströmseitig und abströmseitig anliegenden Drücken gibt es die folgende Beziehung:
    Figure 00090002
  • Der Druckabfall ΔP über den Strömungssensor ist gleich der Differenz zwischen den anströmseitig und anströmseitig anliegenden Drücken, das bedeutet P1 = P2 + ΔP. Die zweite Ordnung und höhere Ordnungen, welche einen Fehler von nur 0,01 % einbringen, d.h. [0,147 psi/(0,147 psi)2], werden vernachlässigt, so dass die Gleichung (6) wie folgt ausgedrückt werden kann:
    Figure 00090003
    Figure 00100001
  • Da W = ρ1Q und P1 = ρ1RT1, so dass
    Figure 00100002
  • Wenn die Bedingung A (TA in °K oder °R, RA, P2A) den gleichen Druckabfall über den Strömungssensor wie die Bedingung B (TB in °K oder °R, RB, R2B) zur Folge hat, weist der Volumenstrom unter den Bedingungen A und B die folgende Beziehung auf:
    Figure 00100003
  • Die Gaskonstante kann berechnet werden gemäß:
    Figure 00100004
  • Darin ist Ru die universelle Gaskonstante gleich 1545,32 ft – Lb/lbm-mol °R, Mi ist das Molekurargewicht eines jeden Bestandteils des Gases, und vfi stellt die Volumenfraktion eines jeden Bestandteils dar. Tabelle 3 ist eine Liste der Molekulargewichte derjenigen Gase, welche gewöhnlich beim Ventilationssystem Anwendung finden.
  • Tabelle 3
    Figure 00100005
  • Wie bereits weiter oben erwähnt worden ist, steht der Druckabfall über den Strömungssensor im direkten Zusammenhang mit der Feuchtigkeit, und deshalb muss der Dampfdruck des Gases zwecks Kalibrierung des Strömungssensors berechnet werden. Ein Luftbefeuchter wird typischerweise in das Gasabgabesystem eingebaut, um dem Patienten einen bestimmten prozentualen Anteil, vorzugsweise 100%, an Feuchtigkeit zur Verfügung zu stellen. Die Volumenfraktion des H2O-Dampfes kann erhalten werden aus: vfDampf = PDampf/P PDampf = pDampfsat·RH (12)
  • Darin sind PDampf der Dampfdruck, RH die relative Feuchtigkeit, PDampfsätt der Sättigungsdampfdruck (mit einer relativen Feuchtigkeit RH von 100 %), und P der Umgebungsluftdruck zum jeweiligen Zeitpunkt. Innerhalb des Temperaturbereiches von 32 bis 392 °F {0 °C-200 °C} kann der Sättigungsdampfdruck PDampfsätt auf empirische Weise erhalten werden durch:
    Figure 00110001
  • Darin sind:
    C1 = –1,0440397 × 104
    C2 = –1,1294650 × 101
    C3 = –2,7022355 × 10–3
    C4 = 1,2890360 × 10–5
    C5 = –2,4780681 × 10–9
    C6 = 6,5459673,
    und T ist in °R.
  • Folglich kann die Volumenfraktion vfitr für weitere Komponenten des Gasgemisches erhalten werden aus: vfi = vfitr(1 – VfDampf) (13)
  • 4 zeigt eine Tabelle, in welcher die Korrekturfaktoren aufgelistet sind, die unter der Annahme berechnet worden sind, dass ein ideales Gas mit isentropischer Strömung abgegeben wird und ein geringer Druckabfall durch die Blende erzeugt wird. Unter normalen Umwelt- und physiologischen Bedingungen ist die Annahme eines idealen Gases gültig, und das Gleiche ist auch für die meisten Umweltbedingungen zutreffend. Wenn man beispielsweise auf die zweite Zeile der Tabelle Bezug nimmt, wo der Barometerdruck 14,2 PSI absolut {998 mbar} an Stelle von 14,7 PSI abs. {1034 mbar} in Meereshöhe beträgt, ist der Korrekturfaktor 1,7 % höher als 1. Deshalb muss immer dann, wenn sich irgend einer der obigen Parameter verändert, die Korrektur durchgeführt werden, um die Genauigkeit des Förderstromes des an den Patienten abgegebenen Gases zu gewährleisten.
  • Die Annahme der isentropischen Strömung ist jedoch nur gültig, wenn die Viskosität der Gasströmung vernachlässigbar ist, wofür eine hohe Reynolds-Zahl erforderlich ist. Für ein Gas, welches mit 0,4 Liter pro Minute in einer einzölligen Leitung strömt, kann die Forderung nach einer hohen Reynolds-Zahl (Re = 22) nicht zutreffend sein. Deshalb müssen die Gleichungen (9) und (10) für niedrige Gasförderströme anhand von experimentellen Ergebnissen einer Gültigkeitsprüfung unterzogen werden.
  • Das Verhältnis der Volumenströme der Bedingungen A zu B in Gleichung (10) beträgt für ein ideales Gas (ρB/ρA)4. Das bedeutet, das Volumenstromverhältnis steht mit der Dichte des Gases im Zusammenhang. Das steht im Einklang mit der Annahme der isentropischen Strömung, bei welcher die Trägheitskraft dominiert. Falls die Reynolds-Zahl für einen sehr geringen Förderstrom in einem Zustand, wo die Zähigkeitskräfte dominant sind, klein ist, steht andererseits das Volumenstromverhältnis mit der Viskosität μ im Zusammenhang und kann gemäß dem Poiseulleschen Gesetz durch QA/QB = μA/μB ausgedrückt werden. Da bei den dazwischen liegenden Förderströmen sowohl Trägheits- als auch Zähigkeitskräfte vorhanden sind, existiert hier für die Strömungskorrektur eine empirische Gleichung in folgender Form:
    Figure 00120001
  • Darin sind für die gleiche Geometrie Ca und Cb die Förderströme Funktionen von Re (der Reynolds-Zahl, d. h. die Förderströme für die gleiche Geometrie). Das von der Zähigkeitskraft beherrschte Volumenstromverhältnis und die Korrektur der Kalibrierung für die Strömungssensoren unter derselben Bedingung sollen später diskutiert werden, nachdem die Korrektur für den Strömungssensor, welcher in jedem Inspirationszweig, Exspirationszweig und proximalem Zweig eingebaut ist, eingeführt worden ist.
  • Für den Strömungssensor mit veränderlicher Blende, welcher längs des Inspirationszweiges eingebaut ist, gilt:
    Figure 00120002
  • Darin ist V der Volumenstrom (welcher der gleiche ist wie die weiter vorn eingeführte Größe Q), wobei das tiefgestellte s für die tatsächlichen Bedingungen am Strömungssensor, und das tiefgestellte c für die als Bezugszustand dienenden Kalibrierbedingungen stehen. Hinter dem Strömungssensor wird die die Strömung betreffende Beziehung durch den Massenerhaltungssatz bestimmt:
    Figure 00120003
  • Darin bezieht sich das tiefgestellte f auf die endgültigen Eigenschaften, d. h. die Bedingungen am patientenseitigen Ende. Der Strömungssensor wird bei Umgebungsbedingungen (21 % O2, Umgebungsdruck und -temperatur) kalibriert und auf Kalibrierstandard-1 (CAL-STD-1 korrigiert (dies bedeutet eine Körpertemperatur von 37 °C, einen Standarddruck von 14,7 PSI abs. {1034 mbar} und Dampfdrucksättigung). Wenn man in Gleichung (11) für jede Komponente in dem Gas welches durch den Durchflussmengenmesser strömt (welches Sauerstoff, Luft und Wasser enthält), das Molekulargewicht und die Volumenfraktion einsetzt, kann die tatsächliche Gaskonstante berechnet werden zu:
    Figure 00130001
  • Darin sind vfDampf = PDampf und PDampf = PDampfsätt (Gleichung (12), worin Pc der Barometerdruck in PSI abs., PDampf der Dampfdruck und RH die relative Luftfeuchtigkeit sind (wobei Letztere zu 0,15 angenommenen wird). Der Sättigungsdampfdruck kann nach Gleichung (13) berechnet werden zu:
    Figure 00130002
  • Darin sind:
    C1 = –1,0440397 × 104
    C2 = –1,1294650 × 101
    C3 = –2,7022355 × 10–3
    C4 = 1,2890360 × 10–5
    C5 = –2,4780681 × 10–9
    C6 = 6,5459673,
    TC ist die Umgebungstemperatur in °R, und PC ist der Umgebungsluftdruck in PSI abs.
  • Bei der praktischen Anwendung können die Temperatur (TC), die Gaskonstante (RC) und der Barometerdruck (PC) der Kalibrierungsbedingungen von den Standard-Kalibrierbedingungen (Umgebungsbedingungen) abweichen. Beispielsweise werden für ein Luftgemisch, welches durch den längs des Inspirationszweiges 32 eingebauten Strömungssensor 44 strömt, die Kalibrierungsbedingungen wie folgt ersetzt: Rc wird durch TB ersetzt (welche für Luft 54,6078 beträgt), TC wird ersetzt durch TB, welches die Körpertemperatur von 557,67 °R ist, und PC wird durch PB ersetzt, welcher 14,696 PSI abs. {1033 mbar} beträgt. Der Volumenstrom VC wird folglich in VB umgewandelt und wie folgt ausgedrückt:
    Figure 00130003
  • Der Wert von VB kann in einer Kalibrierungstabelle des EEPROM gespeichert werden und als Referenzwert aufgerufen werden, um VC in der Gleichung (15) zu ersetzen.
  • Indem man die Gleichungen (15) und (16) miteinander verbindet und die folgenden Ersetzungen vornimmt Pf = PBAR, PS = PBAR + PINSP und Tf = TC = TB = 37 °C, ergibt sich:
    Figure 00130004
    Figure 00140001
  • Darin stehen das tiefgestellte BTPS für Körpertemperatur, Standarddruck und Dampfsättigung (100 %); F ist der Volumenstrom VB, welcher der Kalibriertabelle entnommen werden kann; C1 muss nach der folgenden Gleichung neu berechnet werden, wenn der Sauerstoff-Förderstrom FIO2, welcher durch das Bedienpersonal eingestellt wurde, geändert wird und/oder wenn sich die Zusammensetzung des Gases verändert (was durch den Gas-ID festgestellt wird):
    Figure 00140002
  • Mg ist das Molekulargewicht für das jeweilige Gas und beträgt 4,003 für Helium und 28,1599 für Luft;
    Figure 00140003
  • PBAR ist der Umgebungsluftdruck, welcher in einem Bereich von 732-1076 cm H2O liegt, eingegeben durch das Bedienpersonal;
    RHd ist die Gerätefeuchtigkeit (sie beträgt 1,0 für für den aktiven Zustand oder 0,4 für Wärme und Feuchtigkeitstauscher);
    C2 ist eine Konstante, welche abgeleitet werden kann aus
    Figure 00140004
    mit
    TB = 310,15 K
    RB = 54,6078, und
    PB = 1034 cm H2O;
    TINSP (die gleiche wie TS) ist die Temperatur beim SSV (Strömungssteuerventil) in K, welche dann von einem A/D-Wandler abgelesen werden kann und mit einem Thermistor gemessen wird; und
    PINSP ist der Überdruck im Inspirationszweig (in cm H2O), welcher im Bereich von 0-100 cm H2O liegt.
  • Wenn das Heliox-Gasgemisch dem System zugeführt wird, wird folglich der Strömungssensor auf der Grundlage der Eigenschaften des Heliox-Gasgemisches korrigiert. Die Anzeige des Strömungssensors ist der Wert FBTPS für das Heliox-Gasgemisch an Stelle von Fi für Luft. Das bedeutet, dass der Förderstrom für Luft (Fi) mit dem Korrekturfaktor in Gleichung (19) multipliziert werden muss, damit der tatsächliche Förderstrom an Gas bereitgestellt wird.
  • Helium ist ein Gas, welches im Vergleich zu Luft eine höhere Viskosität aufweist. Ist einmal der Förderstrom auf einen bestimmten Wert abgefallen, so herrscht die Zähigkeitskraft vor. Die Korrektur für den Strömungssensor muss folglich von dem Format, in welchen die Dichte die beherrschende Größe ist, in das Format umgewandelt werden, in welchem die Viskosität die beherrschende Größe ist. Eine derartige Situation wird auch dann Berücksichtigung finden müssen, wenn bei diesem System andere Gase Anwendung finden, wobei jedoch für ein anderes Gas der kritische Punkt für diese Umwandlung an ganz anderer Stelle liegen kann. Bei dieser Ausführungsform wird Heliox-Gemisch verwendet als ein Beispiel für die Einführung der Korrektur des Strömungssensors, wenn die Zähigkeitskraft die beherrschende Größe ist.
  • Wenn ein Heliox-Gemisch bei diesem System Anwendung findet, wird der Volumenstrom die durch die Zähigkeit beherrschte Größe, wenn der Förderstrom kleiner als 4,06 Liter pro Minute beträgt. Unter einem derartigen Umstand wird folgende empirische Beziehung erhalten: FBTPS = Fr·[A1·f(Fi) + A2·(1 – f(Fi)) (20)
  • Darin sind:
    Figure 00150001
    μ = 179,45 (Mikropoise);
    Figure 00150002
    μO2 = 44,2235 + 0,56243·TINSP – 0,00011324·TINSP 2;
    μg = 71,094 + 0,44318·TINSP – 0,00005176·TINSP 2 für Heliox;
    μg = 42,6064 + 0,47525·TINSP – 0,000098826·TINSP 2 für Luft;
    μH2O = –36,8255 + 0,42916·TINSP – 0,00001624·TINSP 2; und
    f(Fi) = 0,2677·ln(Fi) + 0,6724.
  • Deshalb wird, wenn der Förderstrom des Heliox-Gemisches größer als 4,06 Liter pro Minute ist, der Förderstrom aus der Gleichung (19) genommen. Wenn der Förderstrom jedoch auf weniger als 4,06 Liter pro Minute abfällt, wird die Gleichung (20) verwendet, um den Förderstrom zu berechnen.
  • Die Strömungssensoren, die am proximalen Zweig und am Exspirationszweig angeordnet sind, können auf die gleiche Art und Weise kalibriert und korrigiert werden. Da jedoch die Kalibrierungsbedingungen der Strömungssensoren 45 und 46, welche am proximalen Zweig 36 und am Exspirationszweig 34 angeordnet sind, sich normalerweise von jenen am Inspirationszweig unterscheiden, müssen die oben erwähnten Parameter eingestellt werden. Für den proximalen Zweig wird die Gleichung (19) abgeändert in:
    Figure 00160001
  • Darin ist Fγ der Referenz-Volumenstrom VB, welcher der Kalibrierungstabelle entnommen werden kann, C1 und C2 sind ähnlich wie in Gleichung (19), jedoch sollte die Gaskonstante mit Rγ bezeichnet werden an Stelle von RS, welche die Gaskonstante des Gasgemisches am proximalen Zweig ist;
    Figure 00160002
    während der Inhalierung;
    RHd ist 1,0 für den aktiven Zustand oder 0,4 für Wärme- und Feuchtigkeitstauscher;
    Pγ ist der proximale Druck; und
    PS = PBAR + PEXP, wobei PEXP der Überdruck des Exspirationszweiges ist.
  • Wie aus der obigen Gleichung ersichtlich ist, ist die Luftfeuchtigkeit des proximalen Zweiges 36 unterschiedlich für den Inspirations- und den Exspirationsvorgang, deshalb verändert sich die Gaskonstante. Da die proximale Temperatur sich derart in der Nähe der Körpertemperatur befindet, wird darüber hinaus der Faktor der Quadratwurzel von TINSP durch den Faktor der Quadratwurzel von TB in C2 eliminiert.
  • Für den Exspirationszweig 34 liegt die Exspirationstemperatur normalerweise gegenüber der Körpertemperatur um etwa 5,5°C niedriger. Dies führt zu einem Abfall der Dampfvolumenfraktion im Exspirationszweig. Deshalb gilt mit FBTPS = FBAR + PEXP und unter den anderen gleichen Bedingungen
    Figure 00170001
  • Darin ist FEXP die Größe VB, die der Anwendungstabelle entnommen werden kann;
    Figure 00170002
    für den aktiven Zustand (unter der Annahme einer Senkung der Gastemperatur um 5,5 °C aus dem proximalen Zweig); und
    Figure 00170003
    für Wärme- und Feuchtigkeitstauscher.
  • RHd ist 1,0 für für den aktiven Zustand und 0,4 für Wärme- und Feuchtigkeitstauscher;
    PBAR, RHd sind dieselben Größen wie weiter oben;
    Figure 00170004
    PEXP der Druck des Exspirationszweiges ist (der im Bereich von 0-100 cm H2O liegt).
  • Wenn wiederum der Förderstrom kleiner ist als eine bestimmte Größe, herrscht die Viskosität vor. Der Förderstrom steht dann sowohl mit der Dichte als auch der Viskosität des Gases im Zusammenhang. Die Gleichung (20) kann auch angewandt werden auf die Kalibrierungskorrektur der Strömungssensoren sowohl für den proximalen Zweig 36 als auch für den Exspirationszweig 34.
  • Tatsächlich können jedes der Merkmale und jede der Ausführungsformen, welche hier beschrieben worden sind, für sich verwendet werden oder in Verbindung mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen und Ausführungsformen. Folglich wird der Umfang der Erfindung nicht eingeschränkt durch die dargestellte Ausführungsform, sondern er ist festzulegen durch die nachfolgenden Ansprüche, die in der breitesten angemessenen Art und Weise aufzufassen sind, um die Gültigkeit der Ansprüche zu schützen.

Claims (11)

  1. Gasabgabesystem, welches umfasst: – einen Gas-Identifikator (Gas-ID), durch welchen ein Gas, welches diesem Gasabgabesystem zugeführt wird, identifiziert wird; – einen Mischer (43), welcher Sauerstoff und das Gas mischt, damit ein Gasgemisch mit einem vorher ausgewählten Sauerstoff-Förderstrom zur Verfügung gestellt wird, und – ein Antriebselement (43a), welches den Mischer je nach dem Sauerstoff-Förderstrom des Gasgemisches in unterschiedliche Mischstellungen bewegt, gekennzeichnet durch Mittel zur Korrektur der Kalibrierung der Mischstellungen des Mischers, welche auf der Grundlage der Kenngrößen des Gasgemisches erfolgt; – mindestens einen Durchflusssensor (44), um den Förderstrom des Gasgemisches zu messen, und Mittel zur Korrektur der Kalibrierung des Durchflusssensors, welche auf der Grundlage der Kenngrößen des Gasgemisches erfolgt.
  2. Gasabgabesystem gemäß Anspruch 1, bei welchem der genannte Gas-ID umfasst: – einen Gaseinlass, welcher die Verbindung zwischen einer Gasquelle und einem Gasabgabesystem herstellt; und – eine elektrische Schaltung, welche an das Gasabgabesystem angeschlossen ist, um ein Gas zu identifizieren, welches von der Gasquelle zugeführt wird.
  3. Gasabgabesystem gemäß Anspruch 2, bei welchem: – die elektrische Schaltung einen Spannungsteiler umfasst, also einen Widerstand, über welchen ein Spannungsabfall gemessen wird, damit das dem Gasabgabesystem zugeführte Gas identifiziert wird, oder – es ferner eine Zuordnungstabelle umfasst, in welcher eine Liste von Werten für den Spannungsabfall, die verschiedenen Gasen entsprechen, gespeichert ist.
  4. Gasabgabesystem gemäß Anspruch 1, bei welchem der genannte Mischer einen Schrittmotor umfasst, welcher diesen Mischer je nach dem Sauerstoff-Förderstrom eines Gemisches aus Gas und Sauerstoff in verschiedene Stellungen bewegt, wobei diese Stellungen auf der Grundlage der Kenngrößen des Gases kalibriert werden.
  5. Gasabgabesystem gemäß Anspruch 4, bei welchem: – die Stellungen des durch den Schrittmotor angetriebenen Mischers entsprechend der Gaskonstanten und dem Relativwert der spezifischen Wärme des Gases kalibriert werden, oder – das Gas ein Helium-Sauerstoff-Gemisch (Heliox) umfasst.
  6. Gasabgabesystem gemäß Anspruch 1 bei welchem der genannte Durchflusssensor hinsichtlich der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, des Barometerdrucks und der Zusammensetzung des Gases kalibriert wird, wobei vorzugsweise der Durchflusssensor weiterhin hinsichtlich der Viskosität des Gases kalibriert wird, wenn der Förderstrom niedriger als ein vorher festgelegter Wert ist.
  7. Gasabgabesystem gemäß Anspruch 1, welches ferner umfasst: – einen Inspirationszweig, in welchen ein Inspirationszweig-Durchflusssensor eingebaut ist, wobei dieser Inspirationszweig-Durchflusssensor hinsichtlich der Temperatur, des Drucks und der Feuchtigkeit, die in diesem Inspirationszweig herrschen, und der Gaskonstanten des Gases kalibriert wird; – einen proximalen Zweig, durch welchen ein Patient einatmet und ausatmet und in welchen ein Durchflusssensor für diesen proximalen Zweig eingebaut ist, wobei dieser Durchflusssensor für den proximalen Zweig hinsichtlich der Temperatur, des Drucks und der Luftfeuchtigkeit, die in diesem proximalen Zweig herrschen, und der Gaskonstanten des Gases kalibriert wird; und – einen Exspirationszweig, in welchen ein Exspirationszweig-Durchflusssensor eingebaut ist, wobei dieser Inspirationszweig-Durchflusssensor hinsichtlich der Temperatur, des Drucks und der Luftfeuchtigkeit, die im Inspirationszweig herrschen, und der Gaskonstanten des Gases kalibriert wird.
  8. Gasabgabesystem gemäß Anspruch 7, bei welchem: – in den Inspirationszweig ein Steuerventil für die Durchflussmenge eingebaut ist, um den Förderstrom entsprechend der Anzeige des Inspirationszweig-Durchflusssensors zu steuern, oder – der Inspirationszweig-Durchflusssensor, der Durchflusssensor für den proximalen Zweig und der Exspirationszweig-Durchflusssensor außerdem hinsichtlich der Viskosität kalibriert werden, wenn der Förderstrom unter einen bestimmten Wert abfällt.
  9. Gasabgabesystem gemäß Anspruch 7, bei welchem der Inspirationszweig-Durchflusssensor, der Durchflusssensor für den proximalen Zweig und der Exspirationszweig-Durchflusssensor auf der Grundlage eines auf die Körpertemperatur berechneten Referenz-Volumenstromes, der Gaskonstanten von Luft und dem Barometerdruck kalibriert werden, wobei vorzugsweise – dieser Referenz-Volumenstrom in einer Kalibriertabelle im Voraus gespeichert wird, während jedoch stärker vorzuziehen ist, dass – dieser Referenz-Volumenstrom aus einem Volumenstrom erhalten worden ist, welcher auf der Grundlage von 21 % Sauerstoff, dem Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur berechnet worden ist.
  10. Verfahren zur Korrektur der Kalibrierung des Gasabgabesystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, welches umfasst: – Berechnung des Sauerstoff-Förderstroms in Luft als ein Multiplikationsfaktor für eine Mischerstellung für Luft; – Ableitung des Verhältnisses zwischen dem Volumenstrom des Gases, welches dem Mischer zugeführt wird; und dem für Luft und – Ersetzen dieses auf Luft bezogenen Multiplikationsfaktors durch einen Faktor, welcher abgeleitet wird vom Verhältnis der Volumenströme des Gases, des Volumenanteils an Sauerstoff in dem Gas und dem Sauerstoff-Förderstrom des Gases, wobei vorzugsweise das Verhältnis der Volumenströme aus den Gaskonstanten und den Relativwerten für die spezifische Wärme für Luft und das Gas ermittelt wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: – Ableitung eines Standard-Volumenstroms für Luft mit 21 % Sauerstoff bei Umgebungsdruck und -temperatur; – Umwandlung des Standard-Volumenstroms für Luft in einen Referenz-Volumenstrom für Luft bei Körpertemperatur und absolutem Druck; und – Multiplikation des Standard-Volumenstroms mit einem Korrekturfaktor, welcher entsprechend der tatsächlichen Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, dem Druck und der Gaskonstanten des Gases abgeleitet wird, welches auf den Durchflusssensor wirkt.
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