DD230130A3 - Schaltungsanordnung zur elektronischen messung der spitzen- und momentanwerte des beatmungsdruckes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung des Spitzen- und Momentanwertes eines Beatmungsdruckes und ist in Verbindung mit der Schaltungsanordnung eines Narkose- oder Therapiebeatmungsgeraetes anwendbar. Sie ist gekennzeichnet durch eine Impulsverkuerzungsschaltung und einen ihr nachgeordneten Analog-Digital-Wandler, der von anliegenden Messwert in ein digitales Signal im BCD-Code umwandelt. Die Schaltungsanordnung realisiert kostenguenstig und praezise die Messung des Spitzen- und Momentanwertes.

Description

Schaltungsanordnung zur elektronischen Messung der Spitzen- und Momentanwerte des Beatmunssdruckes

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Messung der Spitzen— und Momentanwerte des Beatmungsdruckes, die insbesondere mit der Steuerung eines für die Harkosebeatmung mit automatischer und manueller Beatmung bestimmten Beatmungsgerätes verbunden ist» Die Erfindung be^· trifft infolgedessen auch eine Schaltung, die jeder Steuerung eines Narkose-Beatmungsgerätes oder Kurz- und Iiangzeit-Beat« mungsgerätes zuschaltbar ist«

Charakteristik der bekannten technischen,Lösungen:

Es sind elektronische Beatmungsdruck-« und IPrequensmonitore bekannt , die mit Narkose-Beatmungsgeräten kombiniert werden und über ein besonderes Änsehlußstück den Beatmungsdruck im Patienten-Atemsystem messen (Dräger-Prospekt 6463, 2# Ausgabe, februar 1981)· Dieser im Bereich 0 bis 10 kPa meßbare Druck wird auf einer trägheitslosen Idnearanalog-Anzeige an-» gezeigt und nebenher auf einer analogen Anzeige die aus dem

periodischen Druckaufbau und -abfall elektronisch ermittelte Beatmungsfrequenz darstellt* Diese Geräte bieten zweifellos gute Meß« und Überwachungsmöglichkeiten von Beatmungsmaßnahmen in OP- und Intensivstationen_t sie sind aber nicht dafür ausgelegt, bei Maschinenbeatmung den Spitzenwert und bei Handbeatmung den Momentanwert des Beatmungsdruckes zu messen bzw« kontrollfähig darzustellen·

Fernerhin sind elektronische Monitore bekannt, die den Beatmungsdruck und die Beatmungsfrequenz mittels eines Gefäßsystems auf Bausteinbasis überwachen, das aber mit Funktionseinheiten für eine kontinuierliche Anzeige des Spitzenwertes des Beat— mungsdruckes sowie mit analogen Meßwertausgängen, u« a* für den Momentanwert des Beatmungsdruckes, versehen ist (MLW-Prospekt "Ventiwara 101", Druck-Nr. III-18-149 Lp 1644 - 78)« Diese Monitore, die universell mit allen druck-, zeit- und volumengesteuerten Beatmungsgeräten für kontrollierte und assistierte Kurz- und Langzeitbeatmung sowie für Narkosebeatmung eingesetzt werden können, weisen einen Arbeitsbereich für den Mittelwert des Beatmungsdruckes von ebenfalls 0 bis 10 kPa sowie Arbeitsbereiche für den Spitzenwert von 1 bis 10 kPa und für den Momentanwert von -2 bis 10 kPa auf* Wie bereits erwähnt, erfolgt bei diesem Monito die Druck- und Frequenzüberwachung der Meßarten und Meßbereiche durch in sich abgeschlossene Funktionseinheiten* So auch die Messung des Spitzenwertes des Beatmungsdruckes und seine Speicherung bis zum nächsten Atemzyklus* Bs geschieht dadurch, indem mittels geeigneter Druckwandler zunächst eine Umwandlung des Momentanwertes des Beatmungsdruckes in ein analoges Spannungssignal erfolgt, womit dann über eine Einweggleichrichtung und Aufladung eines Kondensators die Spitzenwertmessung realisiert wird* Durch zusätzlichen in den Funktionseinheiten berücksichtigten Schaltungsaufwand wird anschließend der Meßwert bis zum nächsten Atemzyklus gespeichert* Eine Umschaltung auf Momentanwertmessung bei Handbeatmung besteht nicht*

Die modernen Beatmungstechniken sind unter Berücksichtigung spezieller technischer Besonderheiten für beispielsweise eine Anfeuchtung, Og-Mischung u· a. so zweckmäßig und adaptabel aufgebaut, daß eine ausgezeichnete Lungenbelüftung und Lungenstabilisierung möglich gemacht wurde sowie deren Überwachung durch die Anpassung eines elektronischen Beatmungsdruck- undFrequenzmonitors an die Steuerelektronik durchführbar ist·

Eine solche Adaptäbilität besitzt ζ· B· ein Beatmungsgerät für die Harkösebeatmung mit automatischer und manueller Beatmung, das mit einem "bellow in bottle"-System für den automatischen Betrieb und einem Handbeatmungsbeutel für den manuellen Betrieb ausgestattet ist (DD-WP A 61 M/244 800,7). Bei diesem Beatmungsgerät weist die mit einer Steuerung für Frequenz und Atemzeitverhältnis versehene Schaltungsanordnung eine Umschalteinheit auf, die über einen ersten und einen zweiten U/P-Wandler sowie eine Abschaltverzögerung mit einem für Mehrfachfunktionen ausgelegten Schalter signalverknüpft ist· Die Omschalteinheit, die über einen weiteren U/P-Wandler auch an das "bellow in bottle"-System und über den Atemgasanschluß an das Narkosekreislaufteil angeschlossen ist, ist außerdem mit einem mit der Abschaltverzögerung signalverknüpften ersten ODER-Gatter verbunden, welches über ein zweites ODEH-Gatter mit dem Schalter und einem der Steuerung nachgeschalteten Speicherelement ausgangsseitig in Verbindung steht« Diese steuertachnischej aus Funktionseinheiten bestehende Bäugrappsnschal^ung^kann;:adaptiv mit einem elektronischen Beatmungsdruck-und !"reguenzmonitor verbunden werden^ .* ihre beiden Einheiten" bleiben aber selbständig* sind also autonom uad unabhängig voneinander nutzbar·

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei Hutzung der Vorteile bekannter Beatmungstechniken, insbesondere der bestehenden

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Meßmöglichkeit des Atemdruckverlaufes durch Analog-Digital-Wandlung, einerseits eine sehr kostengünstige Lösung zur Spitzenwert- und Momentanwertmessung mit Speicherung ihrer Werte zu entwickeln, andererseits eine Umschaltung der Spitzenwertmessung auf Momentanwertmessung und umgekehrt zu ermöglichen»

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Schaltungsanordnung eines Narkose- oder Therapiebeatmungsgerätes mit einer Impulsverkürzungsschaltung zu versehen, die komplex digital zu verschalten ist und so den jeweils anliegenden Meßwert eine definierte Zeit an einen Analog-Digital-Wandler legt·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst dadurch, daß die Steuerung eines Narkose- oder Therapiebeatmungsgerätes mit einem Speicherelement und dieses ausgangsseitig mit einer Impulsverkürzungsschaltung verbunden ist, die über eine Ansteuerstufe einerseits eine Verbindung zu einem vom p^x-Produkt eines elektronischen Atemdruckgebers beaufschlagten Analog-Digital-Wandlers (A/D-Wandler) mit in Reihe geschaltetem Decoder und Anzeigenteil aufweist, andererseits über diese Ansteuerstufe und ein Negator mit der für manuellen Betrieb bestimmten Schaltstufe eines für Mehrfachfunktionen ausgelegten Schalters verbunden ist*

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Schaltungsanordnung kann in einer weiteren vorteilhaften Signalverbindung die Impulsverkürzungsschaltung aus einem über beide Eingänge mit dem Speicherelement signalverknüpften ersten NAND-Gatter, einem elektronischen Widerstand^mit parallel geschalteter Diode, einem Kondensator und einem über den einen Eingang mit dem Speicherelement und über den anderen Eingang mit dem Widerstand, der Diode und dem Kondensator signalverknüpften zweiten NAND-Gatter hergestellt sein» Die Ansteuerstufe wiederum kann aus zwei elektronischen Wider-

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ständen und einem Transistor aufgebaut sein, wobei der eine Widerstand an die Impulsverkürzungsschaltung angeschlossen und der andere Widerstand sowie der Transistor mit dem A/D-Wandler verbunden bzw. an die Spannung U₃ angelegt ist. Bs kann auch zweckentsprechend die Impulsverkürzungsschaltung und die mit ihr- signalverknüpften Funktionseinheiten der Schaltungsanordnung als Baugruppe eines Bausteinsystems zusammengefaßt sein j die an die Steuerung für Frequenz- und Atemzeitverhältnis direkt oder über einen Geräteausgang angeschlossen ist«

AusfUhrungsbeispiels

Anhand von einer Figur wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und seine Wirkungsweise erläutert* In der Figur wird das Ausführungsbeispiel im Schaltbild gezeigt. Darin wird mit der Bezugszahl 1 eine Impulsver-* kürzungsschaltung bezeichnet, die aus einem ersten NAND-Gatter einer Diode 3» einem elektronischen Widerstand 4-, einem Kondensator 5 und einem zweiten NAND-Gatter 6 besteht. Die Impulsverkürzungsschaltung 1 ist mit ihrem NAND-Gatter 2 direkt oder über einen Geräteausgang 7 mit einem der Steuerung für Frequenz und Atemzeitverhältnis 8 eines Narkose- oder Therapiegerätes 9 nachgeordneten Speicherelementes 10 verbunden. Andererseits steht die Impulsverkürzungsschaltung 1 mit ihrem NAND-Gatter 6 mit einer Ansteuerstufe?1^ und über dies® mit einem Analog-Digital-Wandler 13 in Verbindung, dessen zweiter Eingang eine Verbindung zu einem elektronischen iAtemdruck·*· geber 14 aufweist» Der A/D-Wandler 13 ist ausgangsseitig mit einem Decoder 15 und über diesen mit einem Anzeigeteil 16 verbunden* In die Verbindung zwischen der aus zwei elektronischen Widerständen 11, 20 und einem Transistor 12 bestehenden Ansteuerstufe 19 und den A/D-Wandler ist ein Anschluß von einem Negator 17 hergestellt, der mit der für manuellen Betrieb bestimmten Schaltstufe eines mehrstufigen Schalters 18 signalverknüpft ist.

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Die Impulsverkürzungsschaltung 1 und die mit ihr signalverknüpften "Funktionseinheiten Ansteuerstufe 19» A/D-Wandler 13, Negator 17 usw« können als Baugruppe eines Bausteinsystems zusammengefaßt sein» dessen Anschluß über den Geräteausgang 7 und einen Signalausgang 21 erfolgen würde· Der Atemdruckgeber 14 seinerseits ist beispielsweise mit dem Kreislaufteil (nicht gezeichnet) verbunden*

Mit dieser Erfindung, welche die Einspeisung des gemessenen Atemdruckyerlaufes ρ•*% mit dem elektronischen Atemdruckgeber 14 als bekannt voraussetzt , wird das von ihm als P(^)-Produkt zum A/D-Wandler 13 geführte Meßsignal sowie die digitale Ausgabemöglichkeit des dekodierten Meßwertes mittels Anzeigenteil 16 genutzt» Das heißt» bei Anliegen eines definierten Potentials am Eingang des A/lM?andlers in "schneller Betriebsart" den anliegenden Meßwert ca· 80 mal pro Sekunde in ein digitales Signal im BGD-Gode umzuwandeln und auf eine 7-Segmentanzeige, also das Anzeigenteil 16 zu überführen» Dieser so geschaltete Analog-Digital-Wandler hat den weiteren Vorteil, daß bei Anliegen eines anderen definierten Potentials am gleichen Eingang des A/D-Wandlers 13 dieser in "hold-Betrieb" arbeitet, d· h#, der zuletzt aufgenommene Meßwert wird gespeichert, es erfolgt keine weitere Umsetzung· Dieser Wirkungsweise geht dabei voraus, daß der bei Inspirationsende entstehende Steuerimpuls des Narkose— oder Therapiebeatmungsgerätes 9 (beispielsweise nach DD-WP A 61 M/244 800.7 entwickelt) am Ausgang des Speicherelementes 10 anliegt und mittels der Impulsverkürzungsschaltung 1 in einen Rechteokiinpuls von 10 ms Breite umgewandelt wird, Nach dieser Wandlung wird der Rechteckimpuls über die Ansteuerstufe 19 zum A/D-Wandler 13 geführt, so daß einlaßseitig am A/D-Wandler 13 das erforderliche Potential für "schnelle Betriebsart" geschaffen ist, während in der übrigen Zeit der A/D-Wandler 13 in "hoId-Betrieb" arbeitet· Erfindungsgemäß wird damit erreicht, daß der am Inspirationsende anstehende Spitzenwert des Beatmungsdruckes für 10 ms gemessen, die restliche Zeit aber gespeichert und angezeigt wird·

Der Vorteil der hier beschriebenen Schaltungsanordnung liegt im exakten Erfassen des Spitzenwertes, da 10 ms klein gegenüber den Schaltzeiten der pneumatischen Inspirations- und Exspirationssignale sind* Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem Schaltungsaufbau, der minimal gehalten ist und dennoch es ermöglicht, jede Xnderung beim nachfolgenden Atemzug , unverzögert und vollständig zu erfassen· Die Messung des Momentanwertes des Beatmüngsdruckeserfolgt ebenfalls durch Hutzung der Eigenschaft des A/D-Wandlers 13, und zwar mit einem dritten definierten Potential für "langsamen Betrieb" an seinem Eingang· Dazu wird bei manueller Beatmung das vom Schalter 18 in der Schalterstellung "Handbeatmung" kommende Signal verwendet, welches als Η-Signal dem Uegator 17 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zugeführt wird· Durch den Negator 17 wird das Signal erst negiert, bevor es zum A/D-Wandler 13 gelangt· Dieser erhält so ein L-Signal und damit das definierte Potential für langsames, kontinuierliches Messen und Anzeigen· Es wird dadurch der jeweilige Momentanwert mit ständig langsamer .änderung angezeigt.

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Claims (3)

Brfindungsanspruchi

1. Schaltungsanordnung zur elektronischen Messung der Spitzen- und Momentanwerte des Beatmungsdruckes, mit einer Verbindung zur Steuerung eines Narkose- oder Therapiebeatmungsgerätes, die in Abhängigkeit von dessen automatischem oder manuellem Betrieb mittels eines mehrstufigen Schalters zu- oder abgeschaltet ist gekennzeichnet dadurch, daß die Steuerung (8) mit einem Speicherelement (10) und dieses ausgangsseitig mit einer Impulsverkürzungsschaltung (1) verbunden ist, die über eine Ansteuerstufe (19) einerseits eine Verbindung zu einem vom p^-Produkt eines elektronischen Atemdruckgebers (14) beaufschlagten Analog-Digital-Wandleis (13) mit in Reihe geschaltetem Decoder (15) und Anzeigenteil (16) aufweist, andererseits über diese Ansteuerstufe (19) und ein Negator (17) mit der für. manuellen Betrieb bestimmten Schaltstufe des Schalters (18) verbunden ist·

2« Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Impulsverkürzungsschaltung (1) aus einem über beide Eingänge mit dem Speicherelement (10) signalverknüpften ersten NAND-Gatter (2), einem elektronischen Widerstand (4) mit parallel geschalteter Diode (3), einem Kondensator (5) und einem über den einen Eingang mit dem Speicherelement (10) und über den anderen Eingang mit dem Widerstand (4), der Diode (3) und dem Kondensator (5) signalverknüpftan - zweiten NAND-Gatter (6) besteht,

3« Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Ansteuerstufe (19) aus zwei elektronischen Widerständen (11, 20) und einem Transistor (12) besteht, deren eine Widerstand (11) an die Impulsverkürzungsschaltung (1) angeschlossen und deren andere Widerstand (20) sowie Transistor (12) mit dem A/D-^andler (13) verbunden bzw, an die Spannung Ug angelegt ist·

4_β Schaltungsanordnung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Impulsverkürzungsschaltung (1) und die mit ihr signalverknüpften Funktionseinheiten der Schaltungsanordnung als Baugruppe eines Bausteinsystems zusammengefaßt sind, die unter Zwischenschaltung des Speicherelementes (10) an die Steuerung für Frequenz- und Atem«* Zeitverhältnis (8) direkt oder über einen Geräteausgang (7) sowie an den Schalter (18) direkt oder über einen Signalausgang (21) angeschlossen ist*

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