CH660975A5

CH660975A5 - Beatmungsgeraet.

Info

Publication number: CH660975A5
Application number: CH1780/83A
Authority: CH
Inventors: Lutz Freitag; Michael Wendt; Franz-Josef Dankwart
Original assignee: Draegerwerk Ag
Priority date: 1982-04-01
Filing date: 1983-03-30
Publication date: 1987-06-30
Also published as: DE3212097C2; SE8301710L; FR2524323B1; SE456220B; FR2524323A1; US4520812A; SE8301710D0; GB2117648B; GB2117648A; DE3212097A1; GB8308931D0; JPS58180164A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beatmungsgerät gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Seit etwa zehn Jahren sind Beatmungsgeräte bekannt, die mit der sogenannten Hochfrequenz-Jetventilation (HFJV) arbeiten. Eine Fortentwicklung dieser Geräte wurde in einem Beitrag zum Zentraleuropäischen Anästhesisten-Kongress, Berlin, September 1981, vorgestellt. Bei der neuen Version ist der Frequenzbereich bis auf 1200 Atemstösse pro Minute erweitert worden. Von der HFJV-Technologie profitieren vor allen Dingen Patienten mit erlittenem Barotrauma und Bronchusfisteln. Zu den Vorteilen der Hochfrequenzbeatmung gehören insbesondere alle Folgen des wesentlich geringeren Druckes in der Lunge. Auch wird das Herz-Kreislaufsystem geschont. Der Gesamtgasaustausch lässt sich bei verschiedenen Patienten deutlich verbessern. Durch Einstellung des entsprechenden Luftstosses können modulierte Beatmungskurven hergestellt werden, denen Druckkurven der sogenannten Engström-Kurven entsprechen. Die Druck-Modulationskurve ist aber zur Erzielung eines negativen Druckes in der Luftröhre praktisch nicht zu erweitern. Nachteilig ist weiterhin, dass die Flankensteilheit der Druckänderung (dP/dt) keine für Therapieerfordernisse erforderliche Grösse erreichen kann.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Beatmungsgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die Druck-Modulationsamplitude erhöht werden kann, die Amplitude schneller veränderlich gemacht werden kann und damit die allgemeine Anwendbarkeit des Geräts auf weitere Krankheitssymptome erweitert werden kann.

Erfindungsgemäss weist das Beatmungsgerät die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.

Dadurch ist es möglich, das zweite Gasstrahlrohr auch ausserhalb des Vorschaltrohrs münden zu lassen, beispielsweise direkt in den Trachealtubus einblasen zu lassen.

Zur genauen Einstellung und zur Erhöhung der Anwendungsbreite können die Gasstrahlrohre in ihrer Richtung verstellbar sein. Ferner ist möglich, Druck und/oder Frequenz der beiden Gasstrahlrohre getrennt einzustellen. Die Druckwerte liegen im allgemeinen zwischen 0,5 und 5 bar, die Frequenz der Beatmungsstösse zwischen 0 und 1200/min.

Zur Erzeugung eines druckauslösenden Effektes können der Innenraum des Vorschaltrohres bzw. der im Bereich des Vorschaltrohres liegende Teil des Trachealtubus im Bereich der Gasstrahlmündungen in Strahlrichtung verengt werden. Bei entsprechender, anschliessender Erweiterung ergibt sich ein Venturi-Effekt.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Vorschaltrohr für das erfindungsgemässe Beatmungsgerät. Das Vorschaltrohr weist die im Patentanspruch 14 angeführten Merkmale auf.

Ein solches Vorschaltrohr kann als Tubuskonnektor für Standardtrachealtuben ausgeführt sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung, die sich aus den abhängigen Patentansprüchen ergeben, werden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

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Die Figuren zeigen im einzelnen:

Figur 1 ein Blockschaltdiagramm eines Beatmungsgerätes gemäss Erfindung;

Figur 2 ein Vorschaltrohr in einer ersten Ausführungsform;

Figur 3 eine andere Ausführungsform des Vorschaltrohres;

Figur 4 ein Beispiel für eine erzeugbare Druckkurve im Tubus aufgrund zweier Impulsfolgen an den Ventilendstufen;

Figur 5 Beispiele für Modulationskurven, die gemäss Verfahren hergestellt wurden.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung anhand eines Blockschaltbildes die Anwendung der Erfindung. Die menschliche Lunge ist schematisch mit 1 und die Luftröhre mit 2 angedeutet. Mit der Luftröhre 2 ist ein Standard-Trachealtu-bus 3 dichtschliessend verbunden. Der Trachealtubus 3 ist am körperabgewandten Ende mit einem Vorschaltrohr 4 verbunden, das einen im wesentlichen zylindrischen Innenraum 5 mit zwei Endöffnungen 6 und 7 besitzt.

Die Endöffnung 6 des Vorschaltrohres 4 ist mit dem Trachealtubus 3 verbunden, während die Endöffnung 7 in ständiger offener Verbindung mit der Atmosphäre steht. Der Querschnitt des zylindrischen Innenraumes 5 ist nicht konstant, sondern weist wenigstens eine Erweiterung auf, wie noch unten erläutert werden wird. In den zylindrischen Innenraum 5 des Vorschaltrohres 4 mündet seitlich eine Frischgas-Zufuhrleitung 8. Diese wird, wie an sich bekannt, mit einem Atemgas beschickt, das unter geringem Überdruck (ca. 0,1 bar) durch das Vorschaltrohr strömt. In den Innenraum des Vorschaltraumes 4 münden weiterhin zwei Gasstrahlrohre 20,21, die als relativ dünne Hohlnadeln ausgebildet sind und eine lichte Weite von beispielsweise 0,9 — 1,2 mm Durchmesser aufweisen.

Über Druckleitungen 9,10 werden die Gasstrahlrohre 20,21 mit einem Gasstrom, der über eine Ventilanordnung herangeführt wird, beschickt. Mit Sicherheitsmagnetventilen 11, die stromlos offen sind, lässt sich der Gasstrom im Notfall sofort unterbrechen. Die Feinsteuerung des Gasstromes in den Gasstrahlrohren erfolgt durch eine elektronische Steuerung, deren wichtigster Teil ein regelbarer Frequenzgenerator 12 ist, der zwei Ventilendstufen 13 und 14 steuert. Die Ventilendstufen 13,14 werden in an sich bekannter Anordnungen über Gasleitungen 13', 14' mit einem unter höherem Druck stehenden Gas, das im allgemeinen die Zusammensetzung des Atemgases hat, beaufschlagt. In den Ventilendstufen wird dann unter dem Rhythmus, der den Impulssignalkurven entspricht, die vom Frequenzgenerator 12 kommen, geöffnet und geschlossen, so dass eine sehr schnelle Folge von Druckstössen herstellbar ist.

Die Ventilendstufen 13 bzw. 14 stellen somit vom Prinzip her präzise magnetisch steuerbare Ventile dar. Der Frequenzgenerator 12 wird durch einen (nicht dargestellten) Schaltkreis in Bezug auf Frequenz und Impulspausenzeit gesteuert, wobei über eine erste Signalleitung 15 die Ventilendstufe 13 direkt angesteuert wird; die zweite Ventilendstufe wird über die Leitung 17' bzw. 17" ebenfalls in analoger Weise gesteuert, jedoch ist hier ein sogenanntes regenerierendes Verzögerungsglied 16 dazwischengeschaltet. Das regenerierende Verzögerungsglied 16 wird elektronisch so gesteuert, dass es die Ventilsignalimpulse an die zweite Endstufe 14 derartig verzögert abgibt, dass die Tubuslaufzeit der Druckwelle vom Vorschaltrohr bis zum Bronchus dadurch kompensiert werden kann. Durch diese einfache Schaltmass-nahme wird auch bei komplizierten Impulssignalkurven verhindert, dass eine unerwünschte Überlagerung von Signalen stattfindet.

Selbstverständlich können beide Signalendstufen 13. 14 völlig unabhängig voneinander mit verschiedenen Signalfolgen beaufschlagt und gesteuert werden.

Figur 2 zeigt das Vorschaltrohr 4 in etwas vergrösserter, detaillierterer Darstellung. Der zylindrische Innenraum 5 des Vorschaltrohres 4 ist im unteren Viertel etwa in seiner Querschnittsfläche um 50% erweitert. Die in den Innenraum 5 mündenden Gasstrahlrohre 20, 21 ragen bis zur Achse A des zylindrischen Innenraumes 5 vor und enden jeweils in einem senkrecht abgewinkelten Endstück 22 bzw. 23. Die Endstük-ke 22, 23 sind an ihren Enden mit düsenartigen Mündungen 24,25 ausgerüstet, von denen die eine Mündung — 23 — im wesentlichen zum Trachealtubus 3, und die andere — 24 — in eine im wesentlichen entgegengesetzte Richtung bläst bzw. zeigt. Durch leichtes Verdrehen der Gasstrahlrohre 20, 21 um ihre innerhalb der Rohrwandung liegenden Achsen lassen sich die Strahlrichtungen etwas verändern.

In eine Erweiterung 19 des Innenraumes 5 wird das mit einer Manschette 27 versehene Ende des Trachealtubus 3 dicht eingeschlossen. Insgesamt ergibt sich durch die Verengung und anschliessende graduelle Erweiterung des teilweise vom zylindrischen Innenraum 5 gebildeten Durchflussquerschnitts eine Venturi-ähnliche Diffusor-Wirkung, so dass durch die Gasstrahlstösse ein Druck erzeugt wird, der sich in den Trachealtubus fortpflanzt. Experimente haben ergeben, dass bei entsprechender Steuerung der Gasstrahlintensität, bedingt vor allem durch Frequenz und Druck, sich sowohl Überdrücke als auch Unterdrücke im Trachealtubus herstellen lassen.

Aus der Figur 2 ist weiterhin erkennbar, dass die Frischgaszufuhrleitung 8 schräg zur Zylinderachse A des Innenraumes 5 mündet, wobei der axiale Vektoranteil der Einblasimpulse in Richtung Tubus zeigt. Dabei bildet die Einblasrichtung vorzugsweise einen Winkel von 45: mit der Tubusachse, der aber innerhalb der Grenzen 30 — 60 variiert werden kann. Die Anbringung der Frischgaszufuhrleitung 8 kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise auch senkrecht auf der Achse A stehend oder durch ein sich an die Öffnung 7 anschliessendes T-Stück. Wesentlich ist, dass durch die zylindrische Ausbildung des Innenraumes 5 und durch eine relativ grosse lichte Weite die spontane Atmung des Patienten und das Husten nicht behindert werden. Es soll auch möglich sein, das Vorschaltrohr frei absaugen zu können, so dass der Patient auch grössere Sekretbrocken ungehindert abhusten kann, wobei keine Lumeneinengung entsteht, die die Atemarbeit deutlich erhöhen würde. Es wird daher dafür gesorgt, dass die nach Einbau der Gasstrahlmündungen verbleibende lichte Weite des Innenraumes 5 des Vorschaltrohres 4 der lichten Weite des Trachealtubus im wesentlichen entspricht.

Wie aus der Figur 2 erkennbar ist, kann der Trachealtubus 3 auch mit einer Druckmessleitung 28 versehen sein, mit der der im Bronchus herrschende Druck abgetastet werden kann.

Es sei daraufhingewiesen, dass die Stellung der Endstük-ke 22, 23 sich gemäss den Erfordernissen verschieden gestaltet. Im allgemeinen liegen die Mündungen 24, 25 der beiden Endstücke zwischen 10 und 50 mm auseinander. Sie können in genau entgegengesetzte Richtung blasen. Es ist jedoch auch möglich, die Blasrichtung gegeneinander etwas zu verstellen, beispielsweise mehr auf die Innenwand des Innenraumes 5 zu richten. Auch die Mantelkontur des Innenraumes kann aerodynamisch angepasst werden. Die Entfernung zwischen der Frischgaszufuhrleitung 8 und der zu ihr zeigenden Mündung 24 des Gasstrahlrohres wird im allgemeinen so bemessen, dass der «Jet-Effekt», der vom Gasstrahlrohr 20 ausgeht, nicht zu sehr überlagert wird durch einen starken Frischgasstrom. Hier hat sich beispielsweise eine Wahl der

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Entfernung: unterer Rand Frischgaszufuhr — Mündung 24 zwischen 40 und 100 mm als günstig erwiesen. Auch hier kommt es darauf an, ein möglichst kompaktes, leichtes Vorschaltrohr 4 zu bauen, um die Störung und Beeinflussung des Patienten so gering wie möglich zu halten. Überhaupt muss darauf geachtet werden, dass das Vorschaltrohr als Tubuskonnektor für bekannte Standard-Trachealtuben ausgelegt ist.

In Figur 3 ist ein etwas geändertes Vorschaltrohr 4' dargestellt, dessen Innenraum 5 sich im Bereiche der Mündungen 24,25 der Gasstrahlrohre 20, 21 zunächst etwas erweitert, dann wieder etwas zusammenzieht, um sich anschliessend nochmals zu erweitern. Das Vorschaltrohr 4' wird ähnlich am Trachealtubus 3 angebracht, wie das der Figur 2. Unterschiedlich ist, dass die Einführung der beiden Gasstrahlrohre 20,21 durch die Wandung des Vorschaltrohres 4' mit einem gewissen axialen Abstand erfolgt. In den Zwischenraum zwischen den beiden Gasstrahlrohren 20,21 ist ein Infrarot-Sender 30 eingesetzt, dem auf der anderen Seite eine Infrarot-Messzelle als Empfanger gegenüberliegt. Die Messanordnung 30/31 dient dazu, den C02-Gehalt der sich im Bereich zwischen den Mündungen 24,25 befindlichen Luft zu messen und dient damit vorzugsweise zur Messung des expiratorischen C02-Gehaltes. Wird der C02-Gehalt zu gering, so bedeutet dies, dass keine ausgeatmete Luft mehr bis zur Messanordnung gelangt und dass der Gasaustausch nicht mehr ausreichend ist. In diesem Falle muss ein Alarm gegeben werden. Beispielsweise kann durch Intensivierung des Gasaustausches die Atmung wieder in Gang gebracht werden. Zur besseren Überwachung kann auch noch ein weiterer Druckmessfühler 30 in das Vorschaltrohr 4' im Bereiche der Mündungen 24,25 eingebaut sein (vgl. Figur 3), da der hier befindliche Druck wesentlich ist für die kontinuierliche Beatmung des Patienten.

Durch Steuerung der Frequenz und des Impuls-Pausen-verhältnisses sowie des Druckes des Gasstromes, d.h. eines angefeuchteten, vorzugsweise mit 02 angereicherten Atemgases, wird das Druckniveau im Trachealtubus wesentlich beeinflusst.

Figur 4 zeigt die Synopsis dreier Kurven, die sich aufgrund zweier Steuerkurven ergeben. Die Kurven bedeuten im einzelnen:

— Kurve A 1 eine Impulsfolge vom Frequenzgenerator 12

an die erste Ventilendstufe 13;

— Kurve A 2 eine Impulsfolge vom Frequenzgenerator 12

an die zweite Ventilendstufe 14;

— Kurve B die sich ergebende Druckkurve im Trachealtubus 3 am Übergang zum Bronchus.

Die in den Kurven A 1 und A 2 sich manifestierenden Impulssignalfolgen dauern bei hoher Frequenzfolge, z. B.

1000 Druckstössen pro Minute, immer über mehrere Druck-stösse, so dass sich in Wahrheit eine etwas verwaschene Kurve B ergibt (vgl. auch Figur 5). Die untere Kurve A 2 ist aufgrund der Zwischenschaltung des Verzögerungsgliedes um den Zeitbetrag x verzögert, x ist die Laufzeit der Druckwelle im Tubus von der Mitte zwischen den Mündungen bis zum Übergang zum Bronchus. Es ist ersichtlich, dass die entsprechenden Signalfolgen, die nach mannigfachen Steuereingängen am Frequenzgenerator erzeugt werden können, eine genau definierte Atemkurve ergeben. Insbesondere kann das I-E-Verhältnis genau und exakt eingehalten werden. Hierunter wird das Verhältnis der Intensität von Einatmung und Ausatmung verstanden. Im Prinzip ist eine Mannigfaltigkeit verschiedener Druckmuster herstellbar, wobei entsprechend der notwendigen Therapie und Überwachung des Patienten die Kurven eingestellt werden müssen.

Figur 5 zeigt in den Abschnitten 5.1 bis 5.7 verschiedene Möglichkeiten der Kurvengestaltung von Atemkurven. Insbesondere lässt sich auch anhand der Figur 5 zeigen, dass ein sehr steiler Flankenanstieg dP/dt forciert werden kann. Die Kurven sind an der sogenannten Modellunge gewonnen worden. Im einzelnen zeigen die Kurven folgende Figur 5 (auf zwei Figurenblättern 5.10 u. 5.20):

5.1 Jet Ventilation für die Wiederbelebung. Hier ist ein besonders steiler Flankenanstieg erforderlich.

5.2 High-Frequency Jet Ventilation mit grossem dP/dt, jedoch kleinem Pmax.

5.3 die High-Frequency Oscillation, bei dem Ventilendstufen 13 und 14 aperiodisch arbeiten. Der Atemmitteldruck ist O.

5.4 Mixed-Mode Vibration: hierbei werden die Schleimproduktion und das Abhusten angeregt.

5.5 Es wird eine höhere Frequenz erzeugt. Der Gasverschiebeeffekt innerhalb des Bronchus und des Trachealtubus wird erhöht.

5.6 zeigt «imitierte» Engström-Druckkurven. Diese Kurven werden bei der künstlichen Beatmung nichtthoraxge-schädigter Patienten bevorzugt.

5.7 eine kürzere Impulszeit als bei 5.2 ist gewählt, daher ergibt sich ein niedrigerer Mitteldruck.

Alle Kurven 5.1 bis 5.7 und weitere können ohne «Absetzen» oder Wechseln des Vorschaltrohres oder Tubus erzielt werden. Die Veränderung erfolgt lediglich durch Variationen der Einstellungsparameter Frequenz, Impuls-Pausen-Verhältnis und des Impulsverhältnisses in den beiden Gasstrahlrohren 20 und 21.

Insgesamt bietet damit das Beatmungsgerät gemäss Erfindung einen überraschend grossen Spielraum für die Beatmung geschädigter Patienten.

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6 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Beatmungsgerät, mit einem mit der Luftröhre verbindbaren Trachealtubus, der an seinem körperabgewandten Ende mit einem Vorschaltrohr verbunden ist, das einen im wesentlichen zylindrischen Innenraum mit zwei Endöffnungen besitzt, von denen die eine mit dem Ende des Trachealtubus und die andere mit einem das verbrauchte Atemgas aufnehmenden Raum verbunden ist, sowie mit einer in das Vorschaltrohr mündenden Frischgasleitung und wenigstens einem, im Bereiche des Innenraumes des Vorschaltrohrs mündenden Gasstrahlrohr, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Gasstrahlrohre (20,21) vorgesehen sind, von denen die Mündung (25) des einen im wesentlichen zum Trachealtubus (3), während die Mündung (24) des anderen in eine im wesentlichen entgegengesetzte Richtung zeigt.

2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasrichtung wenigstens eines der Gasstrahlrohre (20; 21) verstellbar ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (5) des Vorschaltrohres (4; 4') gerade ist und dass die freie Endöffnung (7) unmittelbar in die Atmosphäre endet.

4. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nach Einbau der Gasstrahl-rohr-Mündungen (24; 25) verbleibende lichte Weite des Innenraums (5) des Vorschaltrohres (4; 4') der lichten Weite des Trachealtubus (3) im wesentlichen entspricht.

5. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Druck und/oder Frequenz und/oder Phasenverschiebung der Gasdruckimpulsfolge der beiden Gasstrahlrohre (21,22) getrennt einstellbar sind.

6. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (5) des Vorschaltrohres (4; 4') bzw. die lichte Weite des Trachealtubus (3) sich im Bereich der Gasstrahlrohr-Mündung(en) (24,25) in Strahlrichtung verengt.

7. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (8) für die Frischgaszufuhr seitlich in den Innenraum (5) des Vorschaltrohres (4; 4') mündet.

8. Beatmungsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellwinkel des Frischgaszufuhrrohres (8) zur Achse des Vorschaltrohres (4; 4') verstellbar ist.

9. Beatmungsgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Frischgaszufuhrrohr (8) schräg zur Wand des Innenraums gestellt ist, wobei die Achse der Einblasströmung mit der Zylinderachse einen Winkel zwischen 30 und 60° bildet und im wesentlichen zum Tubus gerichtet ist.

10. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Gaszusammensetzung aufnehmender Fühler (30, 31) zwischen den Mündungen (24, 25) der Gasstrahlrohre (20,21) in das Vorschaltrohr (4; 4'), vorzugsweise in der Mitte zwischen ihnen, angeordnet ist.

11. Beatmungsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler aus einer IR-Lichtquelle (30) und einem entsprechenden Empfänger (31) besteht, die sich an der Wandung des Vorschaltrohres (4; 4') gegenüberliegen.

12. Beatmungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Mündung (unterer Scheitelpunkt) der Frischgaszufuhrleitung (8) im Innenraum (5) des Vorschaltrohrs (4,4') von der Mündung (24) des körperabgewandten blasenden Gasstrahlrohres (20) zwischen 40 und 100 mm liegt.

13. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Trachealtubus (3) und/oder in den Innenraum (5) des Vorschaltrohres ein Druckmessfühler (28) eingebaut ist.

14. Vorschaltrohr für ein Beatmungsgerät gemäss Anspruch 1, in das wenigstens zwei Gasstrahlrohre (20,21) eingebaut sind, von denen die Mündung (25) des einen im wesentlichen zu der einen freien Öffnung (6) und die andere Mündung (24) zu der anderen freien Endöffnung (7) zeigt.

15. Vorschaltrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltrohr (4; 4') als Tubuskonnektor für Standardtrachealtuben ausgelegt ist.