DE10023656C1

DE10023656C1 - Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgeräts

Info

Publication number: DE10023656C1
Application number: DE10023656A
Authority: DE
Inventors: Konrad Lesser; Bernhard Ludwig; Tilman Von Blumenthal
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2000-05-13
Filing date: 2000-05-13
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2020-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgeräts, welches über eine rotierende Fördereinrichtung (1) für das Atemgas verfügt. Die Drehzahl der Fördereinrichtung (1) für den Atemantrieb des Beatmungsgeräts wird den aktuellen Erfordernissen angepasst und dabei möglichst gering gehalten. Auf diese Weise werden Geräuschemission, Energieverbrauch und Temperatur des dosierten Gases vermindert. Erfindungsgemäß erfolgt die Drehzahlanpassung anhand einer Überprüfung der Stellung eines Bypassventils (5), nämlich geöffnet oder geschlossen, wobei das Bypassventil (5) auf einen vorgegebenen Stelldruck eingestellt ist. Das Bypassventil (5) befindet sich in einer Bypassleitung (4) zwischen Eingangsleitung (2) und Abgangsleitung (3) des Beatmungsgeräts. Die Drehzahlanpassung erfolgt ohne zusätzliche Messeinrichtungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgeräts mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Eine Beatmungsvorrichtung der genannten Art wird in der DE 197 08 094 A1 beschrieben. Die Beatmungsvorrichtung weist eine Fördereinrichtung in Form eines Gebläses auf, welche Umgebungsluft über eine Eingangsleitung ansaugt und in eine Abgangsleitung pumpt. Von der Abgangsleitung zweigt eine Abströmöffnung ab, über welche ein mit einem Bypassventil einstellbarer Teilstrom des geförderten Gases über eine Bypassleitung in die Eingangsleitung eingespeist wird. Durch Betätigen des Bypassventils wird der Gasfluss zum Patienten erhöht oder erniedrigt. Bei dem Gebläse wird die Drehzahl normalerweise konstant gehalten, so dass die Drehzahl zeitweise überhöht ist, gemessen an den aktuellen Erfordernissen. Nachteilig machen sich in Folge davon eine erhöhte Geräuschemission, erhöhter Energieverbrauch und eine erhöhte Temperatur des dosierten Gases bemerkbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Drehzahl der Fördereinrichtung für den Atemantrieb bei Beatmungsgeräten den aktuellen Erfordernissen angepasst und dabei möglichst gering gehalten werden kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bevorzugte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass anhand der Stellung eines Bypassventils in einer Bypassleitung, über die überschüssiges Atemgas abgeführt wird, festgestellt wird, ob die Drehzahl der rotierenden Fördereinrichtung den aktuellen Erfordernissen entspricht und dementsprechend angepasst wird. Die aktuellen Erfordernisse für die Drehzahl der Fördereinrichtung werden im Wesentlichen bestimmt durch die für die Beatmung eines an das Beatmungsgerät angeschlossenen Patienten zu verabreichende Menge an Atemgas. Diese hängt unmittelbar zusammen mit dem Volumenstrom des Atemgases in der Abgangsleitung an den Patienten. Wird mehr Atemgas von der Fördereinrichtung zur Verfügung gestellt, als der Patient benötigt, so wird die benötigte Menge über die Abgangsleitung bereitgestellt, und die überschüssige Menge wird über eine Bypassleitung abgeführt. In diesem Fall ist das Bypassventil in der Bypassleitung geöffnet, damit das überschüssige Atemgas über die Bypassleitung entweichen kann. Die Drehzahl der das Atemgas bereitstellenden Fördereinrichtung ist entweder gerade eben hoch genug oder höher als für die Versorgung des Patienten mit Atemgas erforderlich. Geht das gesamte von der Fördereinrichtung angesaugte Atemgas über die Abgangsleitung an den daran angeschlossenen Patienten, dann ist das Bypassventil geschlossen, und die Drehzahl der das Atemgas bereitstellenden Fördereinrichtung ist zu niedrig. Somit kann über die Stellung des Bypassventils in der Bypassleitung, nämlich geöffnet oder geschlossen, festgestellt werden, ob die Drehzahl der Fördereinrichtung an den Atemgasbedarf des Patienten angepasst ist. Durch die Überwachung der Stellung des Bypassventils entfällt vorteilhafterweise die Notwendigkeit, Volumenstrommessungen des Atemgases in der zum Patienten führenden Abgangsleitung oder in der Bypassleitung vorzunehmen, um die Drehzahl der Fördereinrichtung den aktuellen Erfordernissen anzupassen. Eine Steuerung des Beatmungsgerätes durch Anpassung der Drehzahl der Fördereinrichtung ist auf diese Weise mit wenig technischem Aufwand gewährleistet.

Ein besonderer Vorteil der Drehzahlanpassung ergibt sich für Beatmungsgeräte im Batteriebetrieb. Hier lässt sich die Batteriestandzeit bei durchschnittlicher Beatmung von maximal 30 Minuten auf über 60 Minuten erhöhen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Fig. 1 und 2 dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuerten Beatmungsgeräts,

Fig. 2 drei Kennlinien, die die Abhängigkeit zwischen Druck und Volumenstrom beschreiben.

Die Fig. 1 zeigt ein Beatmungsgerät, welches sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens steuern lässt. Das Beatmungsgerät umfasst eine rotierende Fördereinrichtung 1 in Form eines Gebläses, die während einer Inspirationsphase Atemgas für einen an das Beatmungsgerät angeschlossenen Patienten, der in der Fig. 1 nicht dargestellt ist, bereitstellt. Dabei wird das Atemgas über eine Eingangsleitung 2 angesaugt und in eine Abgangsleitung 3 gepumpt. Zwischen der Eingangsleitung 2 und der Abgangsleitung 3 befindet sich eine Bypassleitung 4 mit einem Bypassventil 5. Das Bypassventil 5 ist als elektrisch betätigtes Ventil ausgeführt, das von der Steuereinheit 6 mittels eines Stellsignals auf den vorgegebenen Stelldruck eingestellt wird. Wird der Stelldruck in der Bypassleitung 4 überschritten, öffnet sich das Bypassventil 5. Überschüssiges Atemgas, das die vom Patienten benötigte Menge übersteigt, wird über die Bypassleitung 4 abgeleitet. Der dabei auftretende Druck des Atemgases in der Bypassleitung 4 zwischen Bypassventil 5 und Abgangsleitung 3 liegt oberhalb des Stelldruckes des bis dahin geschlossenen Bypassventils 5, so dass es sich öffnet. Eine Steuereinheit 6 ist mit der Fördereinrichtung 1 und dem Bypassventil 5 verbunden. In der Abgangsleitung 3 befinden sich ferner ein Drucksensor 7 zur Messung des Drucks des Atemgases in der Abgangsleitung 3 und der Bypassleitung 4. Zwischen Bypassventil 5 und Abgangsleitung 3 ist ein Volumenstromsensor 8 zur Messung des Volumenstroms des Atemgases in der Abgangsleitung 3 vorgesehen.

Die Fördereinrichtung 1 wird mit einer vorgegebenen Drehzahl n betrieben. Die Steuereinheit 6 prüft, ob das Bypassventil 5 während der Inspirationsphase vorübergehend geschlossen gewesen ist. Ist das Bypassventil 5 während der Inspirationsphase vorübergehend geschlossen gewesen, so wird die Drehzahl n von der Steuereinheit 6 in der nächsten Inspirationsphase um eine vorgegebene Schrittweite erhöht, denn das bedeutet, dass vorübergehend das gesamte Atemgas für die Beatmung des Patienten durch die Abgangsleitung 3 gepumpt wurde. In dieser Zeit strömte kein Atemgas durch die Bypassleitung 4, da der Druck in der Bypassleitung 4 unter dem Stelldruck des Bypassventils 5 lag.

Ist das Bypassventil 5 während der Inspirationsphase stets geöffnet gewesen, so wird die Drehzahl n von der Steuereinheit 6 in der nächsten Inspirationsphase um eine vorgegebene Schrittweite vermindert, denn ein stets geöffnetes Bypassventil 5 bedeutet, dass auch ununterbrochen überschüssiges Atemgas über die Bypass leitung 4 abgeleitet wurde. Die das Atemgas bereitstellende Fördereinrichtung 1 arbeitete mit einer zu hohen Drehzahl n, so dass in Folge davon ständig zuviel Atemgas bereitgestellt wurde.

Zur Überwachung der Drehzahl der Fördervorrichtung prüft die Steuereinheit 6, ob das Bypassventil 5 vorübergehend geschlossen gewesen ist. Diese Prüfung kann in der Weise durchgeführt werden, dass der Stelldruck des Bypassventils 5 verglichen wird mit dem vom Drucksensor 7 gemessenen Druck des Atemgases in der Abgangsleitung 3 und der Bypassleitung 4 zwischen Bypassventil 5 und Abgangsleitung 3. Lag der gemessene Druck des Atemgases vorübergehend unter dem Stelldruck des Bypassventils 5, so hat sich das Bypassventil 5 vorübergehend geschlossen, die Drehzahl n ist in der nächsten Inspirationsphase zu erhöhen.

Lag der gemessene Druck des Atemgases dagegen stets über dem Stelldruck des Bypassventils 5, so war das Bypassventil 5 ständig geöffnet, die Drehzahl n wird von der Steuereinheit 6 in der nächsten Inspirationsphase vermindert.

Wenn von der Steuereinheit 6 geprüft wird, ob das Bypassventil 5 während der Inspirationsphase vorübergehend geschlossen gewesen ist, indem der Stelldruck des Bypassventils 5 mit dem vom Drucksensor 7 gemessenen Druck des Atemgases verglichen wird, so hat sich als günstigster Zeitpunkt für die für diesen Vergleich erforderliche Messung des Drucks des Atemgases durch den Drucksensor 7 der Zeitpunkt T_MAX + 100 Millisekunden herausgestellt. Es ist T_MAX dabei der Zeitpunkt, zu dem der vom Volumenstromsensor 8 während einer Inspirationsphase in der Abgangsleitung 3 gemessene Volumenstrom maximal war. Denn für die Beurteilung, ob die Drehzahl n der Fördereinrichtung 1 für die Atemgasversorgung des Patienten ausreicht, ist der Zeitpunkt des maximalen Volumenstroms heranzuziehen, damit eine ausreichende Atemgasversorgung des Patienten während der gesamten Inspirationsphase gewährleistet ist. Da das Bypassventil 5 eine gewisse Trägheit besitzt, ist es zweckmäßig, nicht die Druckmessung zum Zeitpunkt T_MAX, sondern erst die Druckmessung zum Zeitpunkt T_MAX + 100 Millisekunden für den Vergleich von Stelldruck und Druck des Atemgases im Hinblick auf die Drehzahlanpassung heranzuziehen.

In der Fig. 2 sind drei Kennlinien I, II und III dargestellt, die jeweils die Abhängigkeit zwischen Volumenstrom und Druck darstellen. Die Kennlinie I ist eine Kennlinie der Fördereinrichtung 1 bei einer Drehzahl von 8000 Umdrehungen pro Minute und beschreibt den von der Fördereinrichtung 1 erzeugten Druck im Verhältnis zu dem von der Fördereinrichtung 1 bereitgestellten Volumenstrom des Atemgases. Die Kennlinie II ist eine Kennlinie des Bypassventils 5. Volumenstrom und Druck sind unabhängig voneinander, denn das Bypassventil 5 ist auf einen konstanten Stelldruck von 60 Millibar eingestellt.

Die Kennlinie III ist eine Kennlinie des Beatmungsgeräts. Sie ergibt sich formal aus den Kennlinien I und II, indem man dem in der Abgangsleitung 3 vorgegebenen Volumenstrom stets das Minimum der zugehörigen Drücke der Kennlinien I und II zuordnet. Dieses Minimum entspricht dem Druck des Atemgases, der sich beim Beatmungsgerät in der Abgangsleitung 3 und der Bypassleitung 4 zwischen Bypassventil 5 und Abgangsleitung 3 einstellt. Dieser Druck ist nach oben begrenzt durch den Stelldruck am Bypassventil 5, denn das Bypassventil 5 öffnet sich, wenn der Druck den Stelldruck von 60 Millibar überschreitet. Wenn der Volumenstrom in der Abgangsleitung 3 den Wert von 120 Liter pro Minute übersteigt, bricht der Druck ein, da die Fördereinrichtung 1 bei der vorgegebenen Drehzahl von 8000 Umdrehungen pro Minute dann nicht mehr ausreichend Atemgas bereitstellt, um den Druck von 60 Millibar in der Abgangsleitung 3 und der Bypassleitung 4 zwischen Bypassventil 5 und Abgangsleitung 3 aufrechterhalten zu können.

Der Fig. 2 ist zu entnehmen, dass der Druck des Atemgases im Beatmungsgerät bei 60 Millibar liegt und bis zu einer Grenze von 120 Liter pro Minute unabhängig vom Volumenstrom ist, der über die Abgangsleitung 3 an den Patienten geliefert wird, solange nicht der gesamte Volumenstrom über die Abgangsleitung 3 fließt, denn der überschüssige Volumenstrom wird über das geöffnete Bypassventil 5 der Bypassleitung 4 abgeführt, so dass es zu keiner Druckerhöhung kommt. Erst wenn der Patient mehr Atemgas benötigt, als über die Fördereinrichtung 1 mit der eingestellten Drehzahl n durch den Volumenstrom in der Abgangsleitung 3 geliefert werden kann, bricht der Druck ein. Das Bypassventil 5 ist dann geschlossen.

Gegenstand der Erfindung ist es, die Drehzahl n der Fördereinrichtung 1 so anzupassen, dass sie möglichst gering ist, es aber zu keinem Druckeinbruch kommt. Die Drehzahl n ist also derart zu wählen, dass die Knickstelle der Kennlinie III, das ist die Schnittstelle der Kennlinien I und II, dem maximal benötigten Volumenstrom entspricht. In diesem Fall kann der Druck von 60 Millibar aufrechterhalten werden und gleichzeitig ausreichend Atemgas durch den Volumenstrom von 120 Litern pro Minute bereitgestellt werden.

Alternativ oder ergänzend zum erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Drehzahlanpassung vorgenommen werden, indem aus dem maximal erforderlichen Volumenstrom für die Atemgasversorgung des Patienten, dem maximal zulässigen Druck des Atemgases sowie dem bekannten Gebläseverhalten eine optimale Drehzahl ermittelt wird.

Als Vorteil erweist es sich in der Praxis, die derart ermittelte Drehzahl um 10% zu erhöhen, um eine Sicherheitsspanne für Gebläsetoleranzen zu haben.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Beatmungsgeräts, welches mittels einer rotierenden Fördereinrichtung (1) während einer Inspirationsphase Atemgas über eine Eingangsleitung (2) ansaugt und in eine Abgangsleitung (3) pumpt, mit einer Bypassleitung (4) und einem mit einem Stelldruck beaufschlagten Bypassventil (5) zwischen Eingangsleitung (2) und Abgangsleitung (3) und mit einer Steuereinheit (6), die mit der Fördereinrichtung (1) und dem Bypassventil (5) verbunden ist, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) die Fördereinrichtung (1) wird mit einer vorgegebenen Drehzahl n betrieben,
b) die Steuereinheit (6) prüft, ob das Bypassventil (5) während der Inspirationsphase vorübergehend geschlossen gewesen ist,
c) ist das Bypassventil (5) vorübergehend geschlossen gewesen, so wird die Drehzahl n von der Steuereinheit (6) in der nächsten Inspirationsphase um eine vorgegebene Schrittweite erhöht,
d) ist das Bypassventil (5) während der Inspirationsphase stets geöffnet gewesen, so wird die Drehzahl n von der Steuereinheit (6) in der nächsten Inspirationsphase um eine vorgegebene Schrittweite vermindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerein heit (6) im Schritt b) prüft, ob das Bypassventil (5) während der Inspirations phase vorübergehend geschlossen gewesen ist, indem sie den Stelldruck des Bypassventils (5) vergleicht mit dem vom Drucksensor (7) gemessenen Druck des Atemgases, wobei das Bypassventil (5) vorübergehend geschlossen gewesen ist, wenn der Stelldruck mindestens einmal während der Inspirationsphase größer als der vom Drucksensor (7) gemessene Druck war, und stets geöffnet gewesen ist, wenn der Stelldruck während der Inspirationsphase stets kleiner als der vom Drucksensor (7) gemessene Druck gewesen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerein heit (6) den Stelldruck des Bypassventils (5) während der Inspirationsphase kurz nach dem Zeitpunkt des vom Volumenstromsensors (8) in der Abgangsleitung (3) gemessenen maximalen Volumenstroms mit dem vom Drucksensor (7) gemessenen Druck des Atemgases vergleicht.