CH649714A5 - Geraet zur unterstuetzung der im atemrhythmus veraenderlichen atmung und/oder kuenstlichen beatmung. - Google Patents

Geraet zur unterstuetzung der im atemrhythmus veraenderlichen atmung und/oder kuenstlichen beatmung. Download PDF

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CH649714A5
CH649714A5 CH6566/79A CH656679A CH649714A5 CH 649714 A5 CH649714 A5 CH 649714A5 CH 6566/79 A CH6566/79 A CH 6566/79A CH 656679 A CH656679 A CH 656679A CH 649714 A5 CH649714 A5 CH 649714A5
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control
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gas
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Detlef Warnow
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Draegerwerk Ag
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Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Unterstützung der im Atemrhythmus veränderlichen Atmung und/oder künstlichen Atmung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die bekannten Beatmungsgeräte werden entsprechend dem Atemrhythmus gesteuert, wobei die Beatmungsfrequenz Werte zwischen 1 und 70/min haben kann. Das Gerät nach der Erfindung soll die Atmung durch Zufuhr von Atemgas zu der Lunge mit Beatmungsfrequenzen, die auch wesentlich höher als die Atemfrequenz sein können, unterstützen oder ersetzen. Hierbei werden Beatmungsfrequenzen bis zu 600/ min bei Taktverhältnissen von Inspirationszeit zu Exspira-tionszeit von 3 : 1 bis 1: 5 benutzt. Sie werden durch pneumatische Steuerungen, aufgebaut mit Hilfe von statisch-logischen Steuerelementen erreicht.
Es ist ein mit fluidischen Elementen gesteuertes Beatmungsgerät bekannt, mit dem die Beatmung mit mehrfach bis vielfach innerhalb der Zeitkonstante der Lunge periodisch wiederholten Inspirationsphasen durchgeführt wird. Die Inspirationsphasen sind über Zeitrelais gesteuert, der Druckschalter, angesteuert vom Druck in der Trachea, kann die Inspirationsphase nach Erreichen eines eingestellen Maximaldruckes beenden und auf Exspiration umschalten.
Dieses bekannte Gerät verwendet pneumatische Wandstrahlelemente, die einen hohen Gasverbrauch haben. Die Beatmungsfrequenzen können nicht direkt eingestellt werden; sie müssen über die getrennt einzustellenden Inspirations- und Exspirationszeiten errechnet werden. (Klain M, Smith RB: Fluidic technology, Anaesthesia 31: 750,1976).
Es ist ein Gerät zur Unterstützung der Atmung oder künstlichen Beatmung bekannt, das aus einem unter Überdruck zu setzenden Raum besteht, an den ein Trachealtubus angeschlossen ist. Dieser Raum wird über ein Einblasrohr, das mit dem Atemgasvorrat verbunden ist, unter Überdruck gesetzt. Das Atemgas wird über ein Strahlrohr, das parallel zur Tubusachse an der Innenwand angeordnet ist, zugeführt. Der Raum besitzt dem Anschluss des Trachealtubus gegenüber eine Öffnung nach aussen. Diese Öffnung wird durch die Injektorwirkung des Einblasrohres abgeriegelt.
Das über das Strahlrohr zugeführte Atemgas wird durch ein Steuergerät, ausgerüstet mit Fluidic-Elementen, im Atemrhythmus zugeführt. Die Druckabhängigkeit wird dabei über eine Sensorleitung, die in einem Abstand hinter der Einblaseöffnung des Strahlrohres angeschlossen ist, erreicht.
Die in dem Steuergerät verwendeten Fluidic-Elemente verursachen eine hohen Gasverbrauch. (DE-OS 2 603 063).
Aufgabe der Erfindung ist eine an das Gerät angepasste Beatmungssteuerung mit geringem Gasverbrauch. Die Beatmungsfrequenz soll direkt mit einem Einstellorgan einstellbar sein, ohne dabei das Taktverhältnis Inspiration/Exspira-tion zu verschieben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäss den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruches 1.
Die mit der Lösung erzielten Vorteile gestatten die Zufuhr des Atemgases zeitgesteuert im gewünschten Beatmungsrhythmus. Mittels des Dosierventils ist ohne Störung des Beatmungsrhythmus die Atemgasmenge nach Wunsch regulierbar. Umgekehrt ist es ohne Änderung der Atemgasmenge möglich, die Beatmungsfrequenz mit einem Einstellorgan einzustellen, ohne dabei das Taktverhältnis Inspira-tion/Exspiration zu verschieben. Das pneumatische Signal aus einem Vergleich des im Trachealtubus, also praktisch im Atemweg, entnommenen Gasdruckes mit einem einstellbaren Grenzdruck öffnet über die Drucksteuerung die Verbindung zwischen dem Frequenzsteuergerät und dem Inspirationsventil. Damit wird in einfacher Weise ein für die Lunge nicht erwünschter Überdruck verhindert. Das Frequenzsteuergerät schaltet dabei automatisch auf Exspiration um, damit der Atemgasstrom dann normal weitergeführt wird.
Die ausserdem an die Drucksensorleitung angeschlossenen Geräte Druckanzeigegerät, Atemdruckmittelwertanzeiger und die Druck-/Zeitalarmeinrichtung dienen in zweckmässiger Weise der Betriebssicherheit.
Das Rückschlagventil im Überdruckraum verhindert Venturi-Effekte, die eine genauere und reproduzierbare Einstellung der Zusammensetzung des Atemgases stören könnten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 das Funktionsschema des Gerätes zur Unterstützung der Atmung und/oder künstlichen Beatmung für Neu-und Frühgeborene,
Fig. 2 das Funktionsschema des Gerätes zur Unterstützung der Atmung und/oder künstlichen Beatmung für Erwachsene,
Fig. 3 den schematischen Aufbau des Frequenzsteuergerätes.
Das Beatmungsgerät wird von einer Atemgasquelle 1 gespeist. Der Druck des Atemgases beträgt mindestens 1,5 bar. Der Anschluss an die Atemgasquelle 1 erfolgt über die Druckminderer 2 und 3. Dabei ist über den Druckminderer 3 die direkte Atemgasleitung und über den Druckminderer 2 die Drucksteuerung 15 und das Frequenzsteuergerät 4 angeschlossen. In der Atemgasleitung hinter dem Druckminderer 3 befindet sich das Inspirationsventil 5, das entsprechend den pneumatischen Signalen aus dem Frequenzsteuergerät 4 öffnet bzw. schliesst. Vor dem Inspirationsventil 5 ist das einstellbare Dosierventil 6 angeordnet, mit dem die Menge des durchströmenden Atemgases eingestellt wird. Das Atemgas gelangt hinter dem Dosierventil 6 über die Leitung 7 in den Patiententeil 8. Es strömt dort mit einem Druck von 0,2 bis 2,7 bar ein.
Der Patiententeil 8 besitzt das Rohr 9 mit axialen konischen Anschlüssen. In das Rohr 9 hinein mündet das Gasstrahlrohr 10, das an die Leitung 7 angeschlossen ist. Das Gasstrahlrohr 10 ist etwa parallel mit der Achse der Ausblaseöffnung an der Innenwand in dem Trachealtubus 11 angeordnet. Die Eintauchtiefe und damit die Stellung der Einblaseöffnung ist veränderlich.
Ca. 20 mm unterhalb der Einblaseöffnung des Gasstrahlrohres 10 oder tiefer liegt die Öffnung der Drucksensorleitung 12, durch die der Atemwegdruck abgegriffen wird. An dieser Stelle bleibt der Atemwegdruck unbeeinflusst von dem Injektoreffekt des aus dem Gasstrahlrohr 10 austretenden Atemgasstrahles. Der Atemwegdruck wird über die Signalleitung 13 der Drucksteuerung 15 zugeführt. Die Drucksteuerung 15 vergleicht den Atemwegdruck mit einem einstellbaren Grenzdruck. Wird bei dem Vergleich der gewählte Grenzdruck erreicht oder überschritten, dann öffnet die Drucksteuerung 15 mit Hilfe eines pneumatischen Signals die Verbindung von dem Frequenzsteuergerät 4 zum Inspirationsventil 5. Durch die dabei erfolgte Entlüftung entsteht das logische Signal «Null», mit dem das Inspirationsventil 5 schliesst; es beendet damit sofort die Inspiration. Das pneumatische Signal aus der Drucksteuerung 15 beeinflusst auch die Schaltelemente in dem Frequenzsteuergerät 4, wodurch dieses auf Exspiration umschaltet.
Das Frequenzsteuergerät 4 mit der Verknüpfung zur Drucksteuerung 15 ist in Fig. 3 dargestellt.
Die Steuergasversorgung aller Elemente erfolgt vom Druckminderer 2 und ist als Anschluss 30 dargestellt. Vom Frequenzventil 31 gelangt mengendosiertes Steuergas zu den als Membransteuerelemente ausgebildeten NAND-Elemen-ten 32 und 33, von denen jeweils nur eines durchgesteuert ist. Während der Exspirationsphase ist das NAND-Element 32 geöffnet und das NAND-Element 33 geschlossen. Über das NAND-Element 32 fliesst in seiner Öffnungsphase Steuergas in die Exspirationskammer 34. Sie bildet zusammen mit der Inspirationskammer 40 den Steuerraum 45. Durch die mittels der VerStelleinrichtung 46 verschiebbare Trennwand 47 sind Inspirationskammer 40 und Exspirationskammer 34 in ihrem Volumen gegeneinander verstellbar. Gemäss der Zeitkonstante Tj aus dem pneumatischen Widerstand R des Frequenzventils 31 und der pneumatischen Kapazität Cj der Exspirationskammer 34 steigt der Druck in der Exspirationskammer 34 und der mit ihr verbundenen Identität 35 an. Erreicht der Druck Schaltniveau, dann wird die Identität
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35 so umgesteuert, dass Steuergas vom Anschluss 30 über die Leitung 36 zum bistabilen Flip-Flop 37 gelangt und diesen so umsteuert, dass der Anschluss 30 mit der Leitung 38 verbunden ist. Damit ist die Leitung 38 mit Steuergas beaufschlagt. Das Inspirationsventil 5 wird durch den nun in der Leitung 38 anstehenden Druck über die Drucksteuerung 15 und die Leitung 48 auf Inspiration geschaltet, also geöffnet. Über die Leitung 38 wird zugleich der Durchgang des NAND-Elementes 32 geschlossen. Gleichzeitig wird die Exspirationskammer 34 über das NAND-Element 32 entlüftet. Über interne Verschaltung des bistabilen Flip-Flop 37 wird die Durchsteuerung von dem Anschluss 30 zu der Leitung 39 unterbrochen und damit die Leitung 39 drucklos gemacht. Dadurch steuert das NAND-Element 33 durch, d.h. die vom Frequenzventil 31 dosierte Steuergasmenge fliesst nun über das NAND-Element 33 in die Inspirationskammer 40. Gemäss der Zeitkonstante t2 = R • C2 (mit C2 als pneumatischer Kapazität der Inspirationskammer 40) erfolgt nun ein Druckanstieg in der Inspirationskammer 40. Bei Erreichen des Schaltniveaus wird die Identität 41 so umgeschaltet, dass Steuergas von dem Anschluss 30 der Identität 41 über die Leitung 42 und das ODER-Element 44 zum Flip-Flop 37 fliesst und zur Umsteuerung des bistabilen Flip-Flop 37 führt. Die Exspirationsphase beginnt. Nun wird die Leitung 39 mit Druck beaufschlagt und schliesst den Durchgang im NAND-Element 33. Dadurch wird gleichzeitig die Inspirationskammer 40 über das NAND-Element 33 entlüftet.
Über interne Verschaltung des Flip-Flop 37 wird die Leitung 38 drucklos gemacht und das NAND-Element 32 geöffnet. Damit beginnt der beschriebene Zyklus erneut.
Erreicht der Atemwegdruck den Grenzdruck, so erfolgt eine Umsteuerung auf Exspiration über die Drucksteuerung 15. Das in der Drucksteuerung 15 entstehende pneumatische Signal, das auch die Entlüftung der Leitung 48 zum Inspirationsventil 5 bewirkt, führt gemäss Fig. 3 über die Leitung 49 zur Durchsteuerung des UND-Elementes 43. Dessen Ausgangssignal gelangt über die Leitung 50 und das ODER-Element 44 zum Flip-Flop 37 und steuert diesen auf Exspiration.
Die Aufladezeit der Exspirationskammer 34 bestimmt also die Länge der Exspirationszeit tEx, die Aufladezeit der Inspirationskammer 40 die Länge der Inspirationszeit tjn. Die Summe der Zeiten tIn + tEx ist gleich T. Verstellt man mittels der Versteileinrichtung 46 die Trennwand 47 des Steuerraumes 45, so verändern sich nur die Teilzeiten tIn und tEx, nicht jedoch die Gesamtzeit T. Da der reziproke Wert von T gleich der Beatmungsfrequenz f ist, ändern verschiedene Beatmungszeitverhältnisse tln : tEx nicht die Beatmungsfrequenz. Eine Änderung der Beatmungsfrequenz f wird erreicht, wenn man am Frequenzventil 31 die Steuergasmenge verändert. Dabei bewirkt eine grössere Menge ein schnelleres Füllen der Inspirations- 40 bzw. Exspirationskammern 34 und damit eine kürzere Zeit T. Entsprechend der Beziehung f
= ^ bedeutet eine kürzere Zeit T eine grössere Beatmungsfrequenz f. Da eine veränderte Steuergasmenge das Verhältnis der Füllzeiten der Kammern 40 und 34, d.h. von tIn : tEx nicht verändert, bleibt also bei einer Beatmungsfrequenzänderung das Atemzeitverhältnis konstant.
Der Atemwegdruck wird in dem Druckanzeigegerät 16 angezeigt. Bei vorhandenen hohen Atemfrequenzen wird der Atemwegdruck nach Umschaltung des Dreiwegeventils 26 über einen Mittelwertgeber 17 angezeigt. Zur Erkennung von Verstopfungen oder Trennungen von Leitungen ist die Druck-/Zeitalarmeinrichtung 25, in der der Atemwegdruck innerhalb eines Höchstzeitraumes eine bestimmte Höhe erreicht und überschritten haben muss, vorgesehen. Wird dieser Wert in dem Zeitraum nicht erreicht, dann wird ein
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Um Venturi-Effekte, die eine genaue und reproduzierbare Einhaltung der Mischungen im Atemgas stören könnten, zu vermeiden, ist im rechten Winkel zur Achse des Trachealtubus 11 das Rückschlagventil 21 angeordnet. Es besitzt die Sammelvorrichtung 22 für das Ausatemgas.
Für die Benutzung des Gerätes zur Beatmung von Erwachsenen wird der Überdruckraum 18 des Patiententeils 8 mit einem Membranventil 27 versehen, dessen Sitz senkrecht zur Achse des Patiententeils angebracht ist. Die Steuerseite des Membranventils 27 ist mit dem durch den Druckminderer 23 einstellbaren Beatmungsmitteldruck beaufschlagt. Nach Vergleich des anstehenden Atemwegmitteldruckes mit dem Beatmungsmitteldruck in der Vergleichseinrichtung 29 ist die Differenz der beiden Drücke Grundlage für die Regelung des Mengenventils 28. Über das Mengenventil 28 wird dem Patienten damit die nach dem augenblicklichen Bedarf erforderliche Atemgasmenge zugeführt. Dies geschieht über das Einblasrohr 19 und den Überdruckraum 18.
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3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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1. Gerät zur Unterstützung der im Atemfhythmus veränderlichen Atmung und/oder künstlichen Beatmung mit einem Trachealtubus, der an einen unter Überdruck zu setzenden Raum, sowie an eine Atemgaszufuhr angeschlossen ist, welche durch eine Drucksteuerung über den im Trachealtubus herrschenden Druck steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zufuhr des Atemgases zu einem Gasstrahlrohr (10) im Trachealtubus (11) ein Druckminderer (3), ein Dosierventil (6) und ein Inspirationsventil (5) zwischen eine Atemgasquelle (1) und dem Gasstrahlrohr (10) angeordnet sind und dass zur Zufuhr von Steuergas zu einem Frequenzsteuergerät (4) mit den Steuerraum (45) bildenden, in ihrem Volumen gegeneinander verstellbaren Inspirations- (40) und Expirationskammern (34) mit einem Frequenzventil (31) verbundene und diesem Steuerraum (45) vorgeschaltete erste pneumatische Membransteuerelemente (32, 33) und diesem nachgeschaltete, mit der Drucksteuerung (15) verbundene zweite pneumatische Membransteuerelemente (35, 37,41) vorhanden sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsverbindung Frequenzsteuergerät (4) - Drucksteuerung (15) - Inspirationsventil (5) mit dem Erreichen des Grenzdruckes öffnet und das Frequenzsteuergerät (4) auf Stellung Exspiration schaltet.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Drucksensorleitung (12) ein Druckanzeigegerät (16) angeschlossen ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckanzeige als Atemdruckmittelwert im Atemweg erfolgt.
5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an die Drucksensorleitung (12) eine Druck-/Zeitalarmein-richtung (25) angeschlossen ist.
6. Gerät nach Anspruch 1, insbesondere für Neu- und Frühgeborene, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruckraum (18) ein im rechten Winkel zur Trachealtubus-achse angeordnetes Rückschlagventil (21) besitzt.
7. Gerät nach Anspruch 1, insbesondere für Erwachsene, dadurch gekennzeichnet, dass die Atemgasmenge über ein durch die Differenz aus dem Atemwegmitteldruck und dem einstellbaren Beatmungsmitteldruck geregeltes Mengenventil (28) zugeführt wird und der Überdruck (18) ein durch den Beatmungsmitteldruck gesteuertes Membranventil (27) besitzt.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zur Regelung des Mengenventils (28) aus dem Atemwegdruck und dem einstellbaren Beatmungsmitteldruck gebildet ist.
CH6566/79A 1978-07-17 1979-07-13 Geraet zur unterstuetzung der im atemrhythmus veraenderlichen atmung und/oder kuenstlichen beatmung. CH649714A5 (de)

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