DD211221A3

DD211221A3 - Elektronische steuerung fuer beatmungsgeraete

Info

Publication number: DD211221A3
Application number: DD81235774A
Authority: DD
Inventors: Frank Stiegler; Hans-Juergen Horn; Klaus Jehmlich
Original assignee: Medizin Labortechnik Veb K
Priority date: 1981-12-15
Filing date: 1981-12-15
Publication date: 1984-07-04
Also published as: RO85701B; GB2113101B; FR2517962A1; GB2113101A; SE8204572L; RO85701A; FR2517962B1; JPS58105761A; DE3228504A1; SE8204572A0; NL8203470A; SE8204572D0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerung fuer Beatmungsgeraete, mit integrierten Schaltkreisen fuer logische Funktionen vieler Beatmungsarten und einem Zeitsteuersystem fuer die Inspirations- und Exspirationsphase, dessen Signale einer optischen Atemfrequenzanzeige zugefuehrt sind. Mit dieser Steuerung soll hoechste Variabilitaet der Beatmungscharakteristik bei gleichzeitiger Realisierung sinnvoller Grenzwertbildung erreicht werden. Sie soll innerhalb einer Atem- bzw> Beatmungsperiode mehrerer Abgriffsmoeglichkeiten besitzen, von denen aus periphere Baugruppen zur Steuerung des Volumen- bzw. Druckverlaufes im Beatmungsprozess ebenso angesteuert werden koennen, wie Steuerungsmodule zur Grenzwertbildung. Dies wird erfindungsgemaess erreicht mit einer elektronischen Steuerung, bei der das Zeitsteuersystem als Zeitfolgesteuerung aufgebaut und mit seriellen 4-bit-Schieberegistern versehen ist, die durch sinnvolle Signalverknuepfung mit Schaltern, Flip-Flops, anderen Schieberregistern und Magnetventilen mit einem digitalen Atemfrequenzrechner verbunden sind.

Description

Elektronische Steuerung für Beatmungsgeräte <

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerung für Beatmungsgeräte mit integrierten Schaltkreisen für logische Funktionen vieler Beatmungsarten und einem Zeitsteuersystem für die Inspirationsphase und Exspirationsphase, dessen Signale einer optischen Atemfrequenzanzeige zugeführt sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungeni

In neuartigen Beatmungsgeräten sind die Beatraungsarten durch einheitliche Beatrnungssysteme steuerbar, wie beispielsweise intermittierende Positivdruckbeatmung· (IPPV), auch wahlweise assistiert und in Verbindung mit einem Endausatmungsüberdruck (PEEP), kontinuierliche positive Luftwegdruckfunktionen während sämtlicher Phasen der Spontanatmung (GPAP), intermittierende Zwangsbeatmung (IMV), auch diese wahlweise assistiert bzw· ratengesteuert. Außerdem sind in der Zusammenfassung dieser Punktionen noch andere Zustände (HPIIP./ ZEEP / NEEP / Sigh-Punktion / Plow-Punktion, und zwar akzelerierende, dezelerierende und konstante) steuerbar und wird eine variable Grenzwertwahl sowie variable Anzeige ausgewählter Parameter ermöglicht.

Charakteristisch bei den vielen bekannten Beatmungsgeräten ist, daß ihr Arbeitszyklus eine Einatraungsphase und eine Ausatmungsphase aufweist. Diese werden entweder im Druckzyklus oder im Zeitssyklus gesteuert* Hierfür kann eine Modulwahleinriohtung vorgesehen sein*

Beide Phasen v/erden bei Zeitsteuerung durch getrennte Zeitmechanismen eingestellt, in deren Folge sich ein entsprechendes AtemzeitVerhältnis und eine entsprechende Frequenz herausbilden. Es kann aber auch die Frequenz und das Atemzeitverhältnis vorgegeben werden^ so daß dann entsprechende Inspirations- und Exspirationazeiten anliegen (DE-OS 2 745 3o9)« Die feste Einteilung des Arbeitszyklusses bzw» der Atemperiode in Inspirationsphase und Exspirationsphase engt jedoch die optimale Gestaltung der Beatmungscharakteristik dadurch ein, daß innerhalb dieser Einteilung keine Abgriffsmöglichkeiten für Steuersignale zur Betätigung von Stellorganen verfügbar sind und nur über aufwendige Zusatzmechanismen Eingriffe innerhalb der Phasen im begrenzten Umfang möglich gemacht werden. Die fehlende Eingriffsmöglichkeit erlaubt es nichts zielgerichtet und allseitig den Volumen- bzw» Druckverlauf der Beatmungskurve bei "Beibehaltung gleicher Wirkmechanismen steuerungstechnisch ohne Nachteile zu variieren* So ist beispielsweise die Gestaltung einer Pause zwischen der herkömmlichen Inspirations- und Exspirationsphase nur durch eine zusätzliche Verzögerungsschaltung realisierbar_s die dann entweder die effektive Inspirationsoder Exspirationszeit 'verkürzt und damit die Ausgangs- bzw. Bezugsbedingungen für die Wahl der Pause durch die Ärzte verändert.

Auch die Durchführung der IMV erfordert einen gesonderten Zeitmechanismus , der aber zwischen den Atemperioden eingegliedert sein kann, um einen Zeitabschnitt für Spontanatmung verfügbar zu haben» Die praktizierte Methode der Frequenzuntersetzung ist dahingehend nachteilig, daß der Übergang von IPPV zur IMV und umgekehrt nur in relativ grober Stufung möglich ist (DE-OS 2 746 924)

Soll andererseits ein endexspiratorischer Druck (PEEP) erzeugt

— -3 —

— 3 —

werden, nimmt man u· a. eine mechaniach arbeitende Einrichtung in Anspruch, z. B. ein PEEP-Ventil, das innerhalb der gewählten Exspirationsphase die Ausatemöffnung nach Erreichen des vorgewählten Druckes verschließt. Die bekannten Einrichtungen jedoch erhöhen den Bxspirationswiderstarid in unerwünschter Weise und neigen sehr oft zu Schwingungs- 'und Geräuschentwicklung (Anaesthesia, 1977, Bd. 32 Ni?. 2, Seiten 138-147). ^ '

Die unerwUnschtei Nachteile will ein automatisches Beatmungsgerät mittel einer Steuereinheit vermeiden, welche elektronische Steuerungen und Rechnungen sowie eine pneumatische Steuerung und Regulierung für eine Reihe der genannten Beatmungsarten durchführt (DB-OS 2 745 528). Mit diesem Beatmungsgerät wird zugleich ein Beatmungssystem vorgestellt, mit dem einem Patienten eine Atmurigsgasströmung unter Druck zugeführt wird, wobei Schieber auf Steuersignale ansprechen, um die Gasströmung zum Patienten zur Ein- und Ausatmung zu steuern. Hierbei kommt der elektronischen Steuerung die Aufgabe zu, eine Auswahl und Einstellung verschiedener Parameter zu ermöglichen, wie beispielsweise Druck, Atemfrequenz, Volumen usw.. Der pneumatische Abschnitt der Steuereinheit hingegen führt verschiedene Funktionen durch und von diesen besonders die Druckregelung des einströmenden Gases sowie dessen Steuerung in den Patientenkreis.

Das Steuern so lebenswichtiger Atmungsparameter, wie beispielsweise tiefes Atmen, Atmungspause, positiver und Ausatmungsdruck (PEEP), kontinuierliche positive Luftwegdruck- (CPAP) und Hilfsfuhktionen erfordert neben einer Vielzahl elektronischer und pneumatischer Bausteine und Verknüpfungen komplexe elektronische Einheiten, die eine logische Folge des Schließens und Öffnens von Solenoidschiebern bewirken. Und schließlich werden die Ablaufprozesse für die automatisch gesteuerte Inhalation über sogenannte Komparatoren geführt, deren Rückkehr in einen bestimmten Schaltzustand einerseits die numerische Darstellung berechneter Atemzüge pro Minute bewirkt, andererseits die jeweils neue Konversionsperiode und einen neuen Konversionszyklus einleitet. Bs ist sicherlich vorauszusetzen, daß' die zwar relativ aufwendige, aber schaltungstechnisch beherrschbare Systemlösung die

-4 -

Funktionen der vielen Beatmungsarten und andere machbaren Zustände in einer befriedigenden Qualität ermöglicht, doch ist ihr Schaltungsaufbau und insbesondere die mittels mehrerer Solenoidschiebern aufgebauten Folgeschaltungen für Vergleichsund Zeitsteuerungen komplizierte Auch mit einer Programmsteuerung und einer Ventilschaltung zur Zeitsteuerung ist die Beatmung in geeigneter Weise jeder Art nur durch den Einsatz nachteiliger Zusatzmechanismen realisierbar (DE-OS 29 Io o94).

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der aufgezeigten Nachteile und die Vermeidung eines aufwendigen Schaltungsaufbaus. Ihr Zweck besteht besonders darin, höchste Variabilität der Beatmungacharakteristik ohne aufwendige Zusatzmechanismen bei gleichzeitiger Realisierung sinnvoller Grenzwertbildungen für lebensbedrohliche Parameterkombinationen und optischer Anzeige ausgewählter Parameter zu erreichen·

Darlegung des Wesens der Erfindung!

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe , eine aus integrierten Schaltkreisen aufgebaute BeatmungsgerätesteueruMg zu entwickeln, die innerhalb der Atem- bzw_e Beatmungsperiode mehrere Abgriffsmöglichkeiten besitzt, von denen aus periphere Baugruppen zur Steuerung des Volumen -bzw. Druckverlaufes im Beatmungsprozeß ebenso angesteuert werden können wie Steuerungsmodule zur Grenzwertbildung und optischen Anzeige. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine elektronische Steuerung, bei der das Zeitsteuersystem als Zeitfolgesteuerung aufgebaut und mit vier seriellen 4-bit-Schieberegistern versehen ist, die einmal über zwei 4-polige Schalter und zwei gleichartige 3-bit-Schieberegister mit drei Flip-Flops und diesen nachgeordneten Magnetventilen und zum anderen mit einem dritten gleichartigen 3-bit-Schieberegister signalverknüpft sind, das über einen Flip-Flop, einen die zeitliche Folge der Rechnereingaben steuernden 4-bit-Schieberegisier, einen weiteren Flip-Flop und zwei zur Ermittlung der Atemperiodendauer bestimmten 4-bit-Schieberegister mit einem digitalen Atemfrequenzrechner verbunden ist.

-λ . , . ' ' - 5 - . . ; .· '

Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die vier seriellen 4-bit-Schieberegister jeweils aus einem 4-lbit-Vor-/Rückwärtszähler und einem Binär/1 aus 16 Decoder "bestehen, mit jeweils einem 16-poligen Schalter und über einen 2-poligen Schalter verbunden sind, von denen zwei Schieberegister noch zusätzlich über einen Frequenzteiler und/oder einen 3-poligen Schalter geführt sind, daß zwei der 16-poligen Schalter mit dem einen 4-pöligen Schalter und zwei dieser 16-poligen Schalter mit dem anderen 4-poligen Schalter in Verbindung stehen und daß das mit dem einen 4-poligen Schalter signalverknüpfte 3-bit-Schieberegister einerseits direkt und andererseits über einen 8-poligen Schalter an das zweite 3-bit-Schieberegister angeschlossen ist.

Bine zweckmäßige Ausführungsform besteht noch darin, daß der für den letzten Atemphasenzeitabschnitt zuständige l6-polige Schalter · . ausgang s se it ig mit der Signalleitung eines Assistors verknüpft und dieser mittels eines ODER-Gatters direkt zuschaltbar ist.

Mit dieser Beatmungsgerätesteuerung wird das gesteckte Ziel erreicht und die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst. Durch die Bereitstellung der Signale und der Vorwahl der Steuerungsyai'ianten sind die verschiedensten Mehrfachphasenverhältnisse sowie Volumen- bzw. Druckbeatmungsarten herstellbar, so daß damit der Patient besser beatmet wird. Weitere Vorteile der Erfindung, ebenso noch weitere Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels.

Ausführungsbeispiel:

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren der anliegenden Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen

Pig. 1: eine Detailansicht einer Beatmungsgerätefrontplatte, Pig. 2: eine graphische Darstellung der Mehrfachphasenverhältnisse einiger Beatraungsmöglichkeiten,

Pig. 3: eine logische Verknüpfung integrierter Mikroschaltkreise einer elektronischen Steuerung eines Beatmungsgerätes als ersten Teil des Gesamtsystems,

' Flg.'s4 j einen dem ersten Teil nach Fig. 3 sich anschließenden zweiten Teil der elektronischen Steuerung in ebenfalls logisch verknüpfter Darstellung,

Pig« 5? einen ersten Teil eines mit der elektronischen Steuerung nach Pig. 3 und 4 logisch verknüpften digitalen Aterafrequenzrechners und :

Pig. 6r einen dem ersten Teil nach Fig. 5 sich anschließenden zweiten Teil des Atemfrequenzrechners in ebenfalls logisch verknüpfter Darstellung.

Das Beatmungsgerät nach der Erfindung ist mit einer elektronischen Steuerung 1 und einem digitalen Atemfrequenzrechner 2 versehen, die beide aus integrierten Mikroschaltkreisen aufgebaut und zweckentsprechend miteinander verknüpft sind. Die Steuerung 1 und der Atemfrequenzrechner 2 bilden eine Kompakteinheit, die mit von außen bedienbaren Schalt- und Einstellmitteln versehen ist, um die Auswahl der Beatmungsarten und anderer Zustände zu ermöglichen. Die logisch mit den Mikroschaltkreisen verbundenen Bedienelemente sind an der in Pig. I dargestellten Frontplatte 3 angeordnet, die außerdem eine digitale Frequenzanzeige 4 und eine für den Luftwegdruck bestimmte Druckanzeige 5 aufweist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mikroschaltkreise verfügt die Kompakteinheit über mehrere Abgriffmöglichkeiten innerhalb der Atem- bzw. Beatmungsperiode, von denen aus nunmehr periphere Baugruppen zur Steuerung des Volumen- oder Druckverlaufes im Beatmungsprozeß ebenso angesteuert werden können, wie Steuerungsmodule zur Grenzwertbildung für lebensbedrohliche Parameterkombinationen und optische Anzeige. Das Beatmungsgerät realisiert damit Beatmungsarten mit optimaler Gestaltungsmöglichkeit der Beatmungscharakteristik und eine Unterteilung der Atem- bzw« Beatmungsperiode in Zeitabschnitte mit variierbaren Verhältnissen. Die über die Schaltkreise bereitgestellten Signale können

'. \ ' ' . ' _ ¹J _ '

entsprechend der gewählten Steuerungsvariante und im Zusammenhang mit Strom- und Wegeventilen verschiedene Mehrfachphasen-Verhältnisse herstellen, von denen einige in Pig. 2 abstrahiert gezeigt sind.

Die Realisierbarkeit erfolgt mit der elektronischen Steuerung nach Fig. 3 und 4, welche eine aus 4-bit-Schieberegistern 6,7,8 und 9 bestehende Zeitfolgesteuerung ist. Diese vier unabhängig voneinander einstellbaren Schieberegister bestehen aus je einem 4~bit-Vor-/Rückwärtszähler und einem Binär/1 aus 16 Decoder· • Außerdetn sind sie mit jeweils einem 16-poligen Schalter verbunden, die mit den Bezugszahlen lo, 11, 12 und 13 gekennzeichnet einmal über zwei 4-polige Schalter 14, 15 und zwei gleichartige 3-bit-Schieberegister 16, 17 mit drei Flip-Flop* 18, 19,2o und diesen nachgeordneten Magnetventilen 21, 22, 23 und zum anderen mit einem dritten gleichartigen 3-bit-Schieberegister 24 signalverknüpft sind. Fernerhin sind die ersten beiden 3-bit-Schieberegister16, 17 einerseits direkt und andererseits über einen 8-poligen Schalter 25 miteinander sowie die 4-bit-Schieberegister 6 bis 9 über einen 2-poligen Schalter 26 mit einem Rechteckgenerator 27 verbunden, von. denen die Schieberegister 8, 9 noch zusätzlich über einen Frequenzteiler 28 mit einem Teilverhältnis von 1:8 und/oder einem 3-poligen Schalter 29 geführt sind.

Der Rechteckgenerator 27 ist mit den Takteingängen C der 4-bit-Schieberegister 6 bis 9 verbunden, die über die Ausgänge der 16-poligen Schalter Io bis 13 mit dem 3-bit-Schieberegister 24 signalverknüpft sind, der ausgangsseitig eine Verbindung zur Zeitsignalgabe der Atemphasenzeiten t^ bis t, zu den Aktivierung se ingängen 1 der 4-bit-Schieberegister 6 bis 9 aufweist, , welche im Rhythmus der signalisierten Taktfrequenz fm über die Schalter 14, 15 und die Flip-Flops 18 bis 2o die Magnetventile 21 bie 23 zuschalten.

Der für die Atemphasenzei't t, zuständige l6-polige Schalter 13 ist ausgangsseitig mit der Signalleitung eines Assistors 3o verknüpft, welcher mittels eines ODER-Gatters 31 direkt zuschaltbar ist. Und schließlich sind die mit dem ersten Flip-Flop 18 und dem zweiten Flip-Flop 19 verbundenen Magnetventile

atemgasseitig über einstellbare Flow-Drosseln 32, 33 parallel geschaltet.

Der in den Pig. 5 und 6"dargestellte digitale Atemfrequenz~ rechner 2 besteht aus einem Kechnerbaustein 34 mit Anzeigeeinheit 35, einem die zeitliche Folge der Rechnereingaben steuernden 4-bit-Schieberegister 36 sowie zwei weiteren.,zur Ermittlung der Atemperiodendauer bestimmten 4-bit-Schieberegistern 37, 38, zwei zur Auslösung der Steuer- und Zählvorgänge benutzten Flip-Flops 39, 4o und zehn zur logischen Eingabe von Ziffern und Zeichen in den Hechnerbaustein 34 bestimmten UND-Gattern 41 bis 5o.

Wie aus der Darstellung des Atemfrequenzrechners erkennbar» ist der mit der elektronischen Steuerung signalverknüpfte Flip-Flop 39 mit dem mit der Rechenfrequenz f_R beschalteten Takteingang des 4-bit-Schieberegisters 36 verbunden. Die Ausgänge dieses 4-bit-Schieberegisters 36 weisen mit Ausnahme eines mit dem R-Eingang des Flip-Flops 39 und dem Aktivierungseingang des 4-bit-Sehieberegisters 36 verknüpften Ausganges eine Verbindung mit den MD-Gattern 41 bis 5o und über diese mit dem Rechnerbaustein 34 auf, wobei von den Ausgängen dieses 4-bit-Schieberegisters 36 einer noch zusätzlich den S-Eingang des zweiten Flip-Flops 4o und ein anderer noch zusätzlich den R-Eingang des gleichen Flip-Flops 4o sowie die Aktivierungseingänge der beiden die Atemperiodendauer ermittelnden 4-bit-Schieberegister 37, 38 beschaltet.' Schließlich ist noch das eine am Takteingang mit Impulsen f„ ;be-

' . . ' . · · . Al. '

legte 4~bit-Schieberegister 38 mit seinem einen Ausgang einerseits an seinen Aktivierungseingang geführt, andererseits an den Takteingang des anderen 4-bit-Schieberegisters 37 angeschlossen, währe'nd die anderen Anschlüsse der Ausgänge dieser beiden 4-bit-Schieberegister 37, 38 über die UND-Gatter 44 bis 49 und direkt mit dem Rechnerbaustein 34 signalverknüpft sind, der noch mit einem Signalgenerator und mit der Anzeigeeinheit 35 in Verbindung steht.

Ausgehend von der hier vorgestellten Kompakteinheit und ihrer logischen Beschaltung werden die Atemphasenzeiten t-,, t_?, t~ t. einer Atemperiode T nach Fig. 2 mittels der l6-poligen Schalter Io bis 13 eingestellt und die Beatmungsarten über die Schalter

· ' " — Q — ' ' ' ' ' ' '-

14» 15» 25» 26, 29 und den Frequenzteiler 28 sowie den Rechteckgenerator 27 realisiert. Mit Inbetriebnahme des Beatmungsgerätes sowie anliegender Betriebsspannung liegen die Taktimpulse fm an den Takteingängen der 4-bit-Schieberegister an. Gleichzeitig führt das 3-Mt-Schieberegister automatisch Η-Pegel am Ausgang 1, wodurch das 4-bit-Schieberegister 6 -aktiviert wird. Der erste folgende Takt legt dessen Ausgang A i auf H und setzt über den Schalter 14 den Flip-Flop 18. Damit wird das Magnetventil 21 eingeschalten und die Inspirationszeit t-, beginnt»

Im Rhythmus der Taktfrequenz fm wird nun auf den nächsten Ausgang geschaltet. Erreicht das Ausgangssignal den durch den Schalter Io belegten Ausgang, wird sowohl der Flip-Flop 18 zurückgesetzt als auch über das 3-bit-Schieberegister 24 das 4-bit-Schieberegister 7 aktiviert. Dieses hat zur Folge, daß das Magnetventil 21 ausgeschaltet und über den Flip-Flop 19 das Magnetventil 22 eingeschaltet wird, wodurch die Inspirationszeit t, beendet ist und die Inspirationszeit t_? beginnt zu laufen. Der weitere Ablauf in den 4-bit-Schieberegistern 7 bis 9 erfolgt analog dem 4-bit-Schieberegister 6.

Mit derAktivierung des 4-bit-Schieberegister 8 wird über den 4-poligen Schalter 15 der Flip-Flop 2o gesetzt und das Magnetventil 23 eingeschaltet. Ab diesem Zeitpunkt beginnt die Exspirationszeit t-, zu laufen, bis am Ende ihrer Laufzeit das Magnetventil 23 wieder geschlossen wird. Es folgt nun die Exspirationsze.it t,, während der die Magnetventile 21 bis 23 geschlossen sind. Am Ende der Exspirationszeit t.. wird über das 3-bit-Schieberegister 24 wieder das 4-bit-Schieberegister 6 gestartet.

Weiter vorn wurde bereits dargelegt, daß die Magnetventile 21 und 22 atemgasseitig über die einstellbaren Flow-Drosseln 32, 33 parallel geschaltet sind, so daß je nach Drosselstellung zwischen akzelerierenden und dezelerierenden Volumenstromverlauf während der Einatmung'-variiert: werden kann. Wird hingegen die Flow-Drossel 33 ganz geschlossen, entsteht ein Druckverlauf mit endinspiratiorischem Plateau (PEIP) während der Inspirationszeit, tp.

' ' ' ' -.' · - Io -

Bei einer Umschaltung des 4-poligen Schalters 1/4 wird der Flip-Flop 18 vom 4-bit-Schieberegister 6 gesetzt und erst am Ende der Inspirationszeit t„ vom 4-bit-Schieberegister 7 zurückgesetzt. Dadurch wird der Flip-Flop 19 nicht benutzt und nur das Magnetventil 21 ist während der gesamten Inspirationszeit t-, und tp'eingeschaltet. Im Ergebnis dessen stellt sich ein konstanter Atemgasstrom ein«

In einer weiteren Stellung des 4-poligen Schalters 14 werden die Flip-Flops 18, 19 mit Beginn der Inspirationszeit t, gleichzeitig durch das 4-bit-Schieberegister 6 gesetzt und erst am Ende der Inspirationszeit t_? durch das 4-bit-Schieberegister 7 wieder zurückgesetzt. Das heißt, die beiden Magnetventile 21, 22 sind während der gesamten Inspirationszeit t^ und t~ geöffnet. Durch die gasseitige Parallelschaltung werden vertiefte Atemzüge erreicht, deren Verhältnis zu normalen Atemzügen am 8-poligen Schalter 25 eingestellt und in "Verbindung mit den 3-bit-Schieberegistern 16, 17 realisiert wird.

Auch in den Exspirationszeiten t~ und t> läßt sich der Atemgasverlauf beeinflussen. Wird beispielsweise die Exspirationszeit t, gegenüber der Exspirationszeit t, klein gewählt, entsteht, ein endexspiratorisch.es Plateau (PEEP).

Zur Realisierung einer intermittierenden Zwangsbeatmung (IMV) werden die Schalter 15 und 29 so geschaltet, daß zu Beginn der Exspirationszeit t~ durch das 4-bit-Schieberegister 8 die Flip-Flops 18, 19 über ihre statischen Eingänge S zusammen mit dem Flip-Flop 2o, also gleichzeitig, gesetzt werden. Zurückgesetzt werden die drei Flip-Flops 18 bis 2o erst am Ende der Exspirationszeit t, durch das 4-bit-Schieberegister 9» und zwar dann, wenn die am Schalter 13 eingestellte Schalterstellung erreicht ist. Während der gesamten Exspirationszeit t^ und t. befinden sich die Magnetventile 21 bis 23 in Offenstellung, wodurch ein spontanes Abatmen aus der großen angebotenen Gasmenge erlaubt wird. Zur Verlängerung der Exspirationszeiten t« und t. wird mit dem Schalter 29 der Frequenzteiler zugeschaltet, der die Taktfrequenz f^ für die 4-bit-Schieberegister 8, 9 herabsetzt.

- 11 -

Es wird damit eine Zeitverlängerung der gesamten Exspirations- zeiten t_ und t. um das Achtfache erreicht.

In einer weiteren Schaltstufe des Schalters 15 kann eine Betriebs*- bedingung geschaffen werden, die es ermöglicht, bei Einatemversuch sofort auf Inspiration umzuschalten und eine assistierte Beatmung zu realisieren. Die .Betriebsbedingung der elektronischen Steuerung 1 wird geschaffen, indem, der Schalter 15 den Assistor 3o einschaltet, der Über das ODER-Gatter 31 das 4-bit-Schieberegister 6 zum beliebigen Zeitpunkt während der gesamten Exspirationszeit t~ und t. startet.

Diese als Zeitfolgesteuerung aufgebaute elektronische Steuerung ist wie dargelegt mit dem Atemfrequenzrechner 2 verbunden, der Wie ebenfalls schon dargelegt im wesentlichen aus dem Rechnerbaustein 34 mit Anzeigeeinheit 35, dem 4-bit-Schieberegister 36, das die zeitliche Folge der Rechnereingaben steuert, den beiden 4-bit-Schieberegistern 37, 38 zur Ermittlung der Atemperiodendauer, den Flip-Flops 39, 4o zur Auslösung der Steuer- bzw. Zählvorgänge und den UND-Gattern 41 bis 5o zur logischen Eingabe von Ziffern und Zeichen besteht. Ihre Verknüpfungen sehen danach auch eine Verbindung der digitalen Ausgänge D 1 bis D über die UND-Gatter 41 bis 5o mit den Ziffern- und Operationszeicheneingängen des Rechnerbausteins 34 vor, der die Atemfrequens f« durch die Division von 6o Sekunden mit der Summe der Atemphasenzeiten t-, bis t. ermittelt.

Mt Beginn der Tnspirationszeit t, wird der Flip-Flop 39 durch einen Startimpuls der Steuerung 1 gesetzt, der seinerseits das 4-bit-Schieberegister einschaltet.Im Takt der Rechenfrequenz f;, werden nun die Ausgänge A O bis A 15 auf Η-Pegel gelegt. Dieser Ablauf hat zur Folge, daß bei Η-Pegel auf Ausgang A 1' über das UND-Gatter 41, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang D 6 des Rechnerbausteins 34 liegt, eine "sechs" in den Rechnerbaustein 34 eingegeben wird. Bei Η-Pegel auf Ausgang A 3 des 4-bit-Schiebe-registers 36 erfolgt über das UND-Gatter 42 die Eingabe der ersten "Null" und ebenso eine zweite "Null" bei Η-Pegel auf Ausgang A 5. In Fortsetzung der Taktgabe der,Rechenfrequenz f_K wird dann mit A 7-Signal das Operationszeichen

'· .-; ' .' · ' ' - ' ^;'^: ' '" - 12'--

"dividieren" eingegeben, dem dann mit A 9- und A 11-Signal der zweistellige Meßwert der Atemphasenzeiten t, bis t, folgt. Dieser Meßwert wird durch die als Zähler arbeitenden 4-bit-Schieberegister 37, 38 ermittelt, indem die an den Takteingang G des 4-bit-Schieberegisters 38 angelegten Impulse t„ bis zum Stoppen des 4-bit-Schieberegisters 38 durch O-Signal des Flip-Flops 4o gezählt werden. Der Flip-Flop 4o wird bei Η-Pegel am Ausgang A 9 des 4-bit-Schieberegisters 36 gesetzt, da zu diesem Zeitpunkt mit dem Einlesen des Meßwertes vom 4-bit-Schieberegister 38 (Zehner) begonnen wird. Der Ausgang A 11 des Schieberegisters .36 löst die Eingabe der Werte vom 4-bit-Schieberegister 37 (Einer) aus.

Nach Beendigung der Werteingabe und nunmehr anliegendem H-Pegel am Ausgang A 13 des 4-Mt-Schieberegisters 36 werden die beiden 4-bit-Schieberegister 37, 38 sowie der Flip-Flop 4o zurückgesetzt, wodurch ein neuer Zählrhythmus beginnt. Außerdem wird mit der Rücksetzung das Operationszeichen "ist gleich" über das UND-Gatter 5o in den Rechnerbaustein 34 eingegeben. Nach dieser Eingabe und der errechneten Atemfrequenz f. erfolgt deren Anzeige an·der Anzeigeeinheit 35·

Ist schließlich der Η-Pegel beim Ausgang A 14 des 4-bit-Schieberegisters 36 anliegend, werden dieser und der Flip-Flop 39 über den !-Eingang bzw. R-Eingang ihrer Schaltkreise zurückgesetzt. Damit ist der Atemfrequenzrechner 2 wieder aufnahmebereit für den nächsten von der elektronischen Steuerung 1 eingespeisten Startimpuls.

- 13 -

Claims

ürfindungsanspruch:

1. l'Jlektronip.che Steuerung für Beatrnüngsgeräte, mit integrierten Schaltkreisen für logische Punktionen vieler Beatmungsarten und einem Zeitsteuersystem für die Inspirations- und Exspirationsphase, dessen Signale einer optischen Atemfrequenzanzeige zugeführt sind, gekennzeichnet dadurch, daß das Zeitsteuersystem als Zeitfolgesteuerung aufgebaut und mit vier seriellen 4-bit-Schieberegistern ( 6 bis 9) versehen ist, die einmal über zwei 4-polige Schalter (14, 15) und zwei gleichartige 3-bit-Schieberegister (16, 17) mit drei Flip-Flops (18 bis 2o) und diesen nachgeordneten Magnetventilen (21 bis 23) und zum anderen mit einem dritten gleichartigen 3-bit-Schieberegister (24) signalverknüpft sind, das über einen Flip-Flop (39), einem die zeitliche Folge der Hechnereingaben steuernden 4-bit-Schieberegister (36)» einem weiteren Flip-Flop (Ao) und zwei zur Ermittlung der Atemperiodendauer bestimmten 4-bit-Schieberegistern (37» 38) mit einem digitalen Atemfrequenzrechner (2) verbunden ist.'

2. Elektronische Steuerung für Beatmungsgeräte nach Punkt 1,'gekennzeichnet dadurch, daß die 4-bit-Schieberegister (6 bis 9) ,jeweils aus einem 4-bit-Vor-/Rückwärtszähler und einem Bi-

.' :.: ' när/1 aus 16 Decoder bestehen, mit jeweils einem l6-poligen Schalter (Io bis 13) und über einen 2-poligen Schalter (26) verbunden sind, von denen die Schieberegister (8, 9) noch zusätzlich über einen Frequenzteiler (28) und/oder einen 3-poligen Schalter (29) geführt sind, daß die zwei Schalter (lo, 11) mit dem einen 4-poligen Schalter (14) und die anderen zwei Schalter (12, 13) mit dem anderen 4-poligen Schalter (15) in Verbindung stehen und daß das mit dem Schalter (14) signalverknüpfte 3-bit-Schieberegister (16) einerseits direkt und andererseits über einen 8-poligen Schalter (25) an das, 3-bit-Schieberegister (17) angeschlossen ist. . ,

Elektronische Steuerung für Beatmungsgerät nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der 16-polige Schalter (13) ausgangsseitig mit der Signalleitung eines Assiators (3o) verknüpft und dieser mittels eines ODER-Gatters (31) direkt zuschaltbar ist.

Hierzu-i-Seitenileidinungen

.- ι -i ;^; ' .y;-' .. ..;.;-, ; '.-. .ι, :