DE102010035167A1

DE102010035167A1 - Respirator

Info

Publication number: DE102010035167A1
Application number: DE102010035167A
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Dr. Lachmann Burkhard F.; Joachim Hiller; Jürgen Haeberle; Georg Mainusch
Original assignee: F STEPHAN GmbH MEDIZINTECHNIK
Current assignee: F STEPHAN GmbH MEDIZINTECHNIK
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, bestehend aus einer in einem Inspirationspfad (2) platzierten Druckquelle (3), einem in einem Exspirationspfad (4) angeordneten Exspirationsventil (5) sowie einem im Bereich des zu beatmenden Patienten (6) platzierten Y-Stück (7), welches eingangsseitig mit dem Inspirationspfad (2) und ausgangsseitig mit dem Exspirationspfad (4) gekoppelt ist. Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass ein 3/2-Wegeventil (8) mit drei Anschlüssen (8.1 bis 8.3) und zwei Ventilstellungen vorgesehen ist, wobei der erste Anschluss (8.1) des 3/2-Wegeventils (8) mit einem in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle (3), respektive auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads (2), platzierten Abzweig (2.1), der zweiter Anschluss (8.2) des 3/2-Wegeventils (8) mit einem in Strömungsrichtung des Atemgases nach der Druckquelle (3), respektive auf der Hochdruckseite des Inspirationspfads (2), platzierten Abzweig (2.2) und der dritte Anschluss (8.3) des 3/2-Wegeventils (8) mit dem Exspirationsventil (5) pneumatisch gekoppelt ist, und zum Zwecke der Umschaltung zwischen der Inspiration und der Exspiration eine zumindest mit der Druckquelle (3) und dem 3/2-Wegeventil (8) in elektrischer Wirkverbindung (10) stehende Steuer- und Regeleinrichtung (11) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Respirator, insbesondere Notfallrespirator, bestehend aus einer in einem Inspirationspfad platzierten Druckquelle, einem in einem Exspirationspfad angeordneten Exspirationsventil sowie einem im Bereich des zu beatmenden Patienten platzierten Y-Stück, welches eingangsseitig mit dem Inspirationspfad und ausgangsseitig mit dem Exspirationspfad gekoppelt ist.
Derartige Respiratoren sind sowohl für den ambulanten Notfalleinsatz als auch für den stationären klinischen Bedarf bekannt.
Als Atemgasquelle dient bei stationärem klinischem Einsatz üblicherweise eine zentrale Druckluft- oder Sauerstoffversorgung mit entsprechenden Anschlussstellen in den Behandlungsräumen. Für den Einsatz von Respiratoren für den ambulanten Notfalleinsatz kommen in der Regel einfachere Geräte zur Anwendung. Dabei dienen als Atemgasquelle übliche Druckgasflaschen für Druckluft und/oder Sauerstoff.
Um für einen Transport des Patienten in ein Krankenhaus ausreichend Atemgasvorrat bereitstellen zu können, sind zumindest Druckgasflaschen mit einem Füllvolumen von 10 l erforderlich. Durch die raumgreifenden Maße und das hohe Gewicht einer solchen gefüllten Druckgasflasche sind diese Respiratoren für den ambulanten Notfalleinsatz praktisch nur zum Einsatz in Fahrzeugen oder Hubschraubern möglich.
Im stationären Einsatz wird üblicherweise ein Gemisch von Druckluft und Sauerstoff als Atemgas verwendet. Da im ambulanten Notfalleinsatz bei einem solchen Respirator praktisch immer Sauerstoff zugeführt wird, sind dementsprechend zwei Druckgasflaschen erforderlich, nämlich eine Druckluftflasche und eine Sauerstoffflasche, was wegen des hohen Gewichts zu einer umständlichen Handhabung führt. Zur Vermeidung dieses Missstandes kann unter Verzicht auf die Druckgasflasche auch nur die Sauerstoffflasche mitgeführt werden und durch entsprechende Ausbildung von Strömungswegen über eine Venturidüse Umgebungsluft mit dem Sauerstoff aus der Druckgasflasche zu vermischen und als Atemgas bereitzustellen.
Problematisch ist die Verwendung der vorbeschriebenen Geräte bei Patienten mit atelektatischen Lungen, weil diese zur Vermeidung von O₂-Mangelzuständen einen höheren inspiratorischen O2-Volumenstrom benötigen. Wird für längere Zeit ein kontinuierlicher Strom an Sauerstoff zugegeben, wird der Zweck der Geräte, nämlich Sauerstoff zu sparen, ins Gegenteil verkehrt.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist aus der PCT/EP97/03544 hierzu ein Gerät zur Bereitstellung eines Atemgases mit wenigstens einer Atemgasquelle, einer Steuerung für den Atemgasstrom und einer Gasfördereinrichtung für den gesteuerten Atemgasstrom vorbekannt. Die Gasfördereinrichtung ist dabei mit zumindest einer Sauerstoffquelle verbindbar. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass die Atemgasquelle ein motorisch angetriebenes Gebläse umfasst. Nachteilig bei diesem Gerät sind die Vielzahl der verwendeten Steuer- und Regeleinrichtungen im Inspirationspfad und Exspirationspfad, die den Respirator einerseits sehr störanfällig machen mit den einhergehenden engen Wartungsintervallen und andererseits sich naturgemäß auf die Herstellungskosten des Gerätes niederschlagen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, einen Respirator, insbesondere Notfallrespirator, vorzuschlagen, der besonders einfach aufgebaut ist und bei dem die Inspiration nur mittels systeminterner Messgrößen geregelt wird.
Nach der Konzeption der Erfindung besteht der Respirator, insbesondere Notfallrespirator, aus einer in einem Inspirationspfad platzierten Druckquelle, einem in einem Exspirationspfad angeordneten Exspirationsventil sowie einem im Bereich des zu beatmenden Patienten platzierten Y-Stück, welches eingangsseitig mit dem Inspirationspfad und ausgangsseitig mit dem Exspirationspfad gekoppelt ist. Erfindungsgemäß ist ein 3/2-Wegeventil mit drei Anschlüssen und zwei Ventilstellungen vorgesehen ist, wobei der erste Anschluss des 3/2-Wegeventils mit einem in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle, respektive auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads, platzierten Abzweig, der zweite Anschluss des 3/2-Wegeventils mit einem in Strömungsrichtung des Atemgases nach der Druckquelle, respektive auf der Hochdruckseite des Inspirationspfads, platzierten Abzweig und der dritte Anschluss des 3/2-Wegeventils mit dem Exspirationsventil pneumatisch gekoppelt ist. Zum Zwecke der Umschaltung zwischen der Inspiration und der Exspiration ist eine zumindest mit der Druckquelle und dem 3/2-Wegeventil in elektrischer Wirkverbindung stehende Steuer- und Regeleinrichtung vorgesehen.
Die Inspiration ist dabei einer ersten Ventilstellung des 3/2-Wegeventils und die Exspiration ist einer zweiten Stellung des 3/2-Wegeventils zugeordnet.
Dadurch, dass gegenüber dem Stand der Technik im Basismodul kein Gasreservoir bzw. kein Druckbehälter benötigt wird, vereinfacht sich die Handhabung des Respirators signifikant. Damit einher gehen die Verringerung des Gesamtgewichts und die Verringerung der Baugröße. Ferner konnten die Fertigungskosten erheblich gesenkt werden, da keine zusätzlichen Mischer und Regler mehr erforderlich sind.
Die Druckquelle ist vorzugsweise als Turbine ausgebildet, welche unter Verwendung der Steuer- und Regeleinrichtung in ihrer Drehzahl, d. h. im Druck und/oder im Volumenstrom, regelbar und damit zur Einstellung des Inspirationsdrucks und des Exspirationsdruck ausgebildet ist.
Im Basismodul werden im Wesentlichen nur die Bauteile Turbine, Exspirationsventil, 3/2-Wegeventil und Steuer- und Regeleinrichtung eingesetzt. Das Exspirationsventil wird erfindungsgemäß durch die erfassten Systemdrücke unter Verwendung des 3/2-Wegeventil gesteuert. Das Schließen und Öffnen des Exspirationsventils erfolgt über das Druckgefälle im pneumatischen Teil des Respirators. Die Schließcharakteristik des 3/2-Wegeventils ermöglicht im Zusammenspiel mit der Turbine einen regelbaren PEEP.
Der modulare Aufbau des erfindungsgemäßen Respirators ermöglicht dessen Verwendung auch als Intensivrespirator für die klinische Anwendung. Dazu ist vorgesehen, dass zusätzlich ein O₂-Reservoir an den Respirator engschlossen werden kann, welches über Druckregeleinrichtungen mit dem zu beatmenden Patienten gekoppelt ist. Der Respirator verfügt in dieser Ausbaustufe über eine entsprechende O₂-Schnittstelle sowie über Haltevorrichtungen. Die Kopplung des O₂-Reservoirs ist vorzugsweise im Bereich zwischen dem Y-Stück und dem Patienten realisiert, kann jedoch auch in einem hochdruckseitigen Streckenabschnitt des Inspirationspfads zwischen der als Turbine ausgebildeten Druckquelle und dem Y-Stück erfolgen.
Erfindungswesentlich ist, dass das Exspirationsventil als pneumatisches Quetschventil ausgebildet ist. Die kostengünstige Fertigung eines derartigen Exspirationsventils gestattet es, dieses als Einwegartikel auszubilden. Die zugehörige Schnittstelle ist dabei als Schlauchkupplung ausgebildet, welche an einer zugänglichen Gehäuseseite des Respirators platziert ist. Das mit den entsprechenden Schläuchen versehene Exspirationsventil kann somit besonders einfach vom Respirator getrennt und gegen ein unbenutztes Exspirationsventil ersetzt werden.
Vorzugsweise ist in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle, respektive auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads, ein Grobfilter und ein Bakterienfilter platziert. Optional kann ein Militäreinsatzfilter vor dem Grobfilter installiert werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads, respektive in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle, eine Sekretabsaugung vorgesehen, die bei eingeschalteter Druckquelle und geöffnetem Exspirationsventil unter Ausnutzung des Unterdrucks ohne Hilfsenergie betreibbar ausgebildet ist. Die Sekretabsaugung umfasst im einfachsten Fall einen Auffangbehälter, der ausgangsseitig – unter Verwendung eines Saugschlauchs mittels eines Adapters – vor dem Grobfilter platziert wird.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zur Erfassung des O₂-Gehalts, des CO₂-Gehalts und des Volumenstroms des Atemgases ein einziger Ultraschallsensor vorgesehen wird, der im Bereich des Y-Stücks, vorzugsweise in Strömungsrichtung des Atemgases nach dem Y-Stück, platziert ist.
Zum Zwecke der nichtinvasiven Beatmungsoptimierung des Patienten, insbesondere zur Optimierung des PEEP und der Rekrutierung der Alveolen, ist ein Brustgürtel für den Patienten vorgesehen ist, der zur Ermittlung des Atemvolumens sowie der Atemvolumenänderungen dient. Der eine Druckmesseinrichtung aufweisende Brustgürtel ist dabei beispielsweise mit einem Druck gefüllt, der ein bis zwei cm Wassersäule über dem Atmosphärendruck liegt. Dieser Brustgürtel kann allein oder zusammen mit der akustischen Detektion des Entfaltungsknisterns eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß ist der Respirator als halboffenes System ausgebildet; kann jedoch auch in Kombination mit anderen Systemen, beispielsweise offene oder geschlossene Systeme, eingesetzt werden.
Der Respirator ist, wie bereits erwähnt, modular aufgebaut, wobei zumindest ein Stromversorgungsmodul, ein Sauerstoffversorgungsmodul und ein Display-, Steuer- und Regelmodul vorgesehen sind, die sich im zusammengefügten Zustand zu einem transportablen Koffer ergänzen.
Das Sauerstoffversorgungsmodul kann dabei als O₂-Hochdruckflasche oder als O₂-Generator bzw. O₂-Erzeuger ausgebildet sein. Die Verwendung eines O₂-Generators genießt den Vorteil beim militärischen Einsatz des erfindungsgemäßen Respirators zur Vermeidung von Explosionen einer O₂-Hochdruckflasche.
Im Basismodul des erfindungsgemäßen Respirators kann bereits eine druck- und volumenkontrollierte Notfallbeatmung realisiert werden. Das heißt, es kann eine gepulste O₂-Versorgung des Patienten sowie eine Flowmessung – nach dem Prinzip des Differenzdruckverfahrens – zur Prüfung des Atemzugvolumens und des korrekten Sitzes der Atemmaske des Patienten realisiert werden. Im Schlauchsystem befindet sich Patientennah ein HME-Filter um die Atemgasklimatisierung zu ermöglichen Die gepulste O₂-Dosierung erfolgt nach dem HME-Filter. Da das Atemvolumen gemessen und damit bekannt ist, kann das Volumen des O₂ Pulses so gewählt werden, dass jede inspiratorische O₂-Konzentration zwischen 21 und 100% erreicht werden kann. Die Flowmessung kann über HME-Filter erfolgen, wobei der Differenzdruck erfasst wird; siehe PCT/DE97/00444 . Durch diese Anordnung wird der Totraum reduziert Durch die Möglichkeit der Umschaltung zwischen einem Laienmodus und einem Expertenmodus können sowohl die Grundbeatmungsfunktionen für Erwachsene, Kinder und Kleinkinder durch Laien als auch wichtige Beatmungsparameter durch medizinisches Personal eingestellt werden.
Das Erweiterungsmodul des Respirators ermöglicht zusätzlich eine CO₂-Messung, SPO₂-Messung und die akustische Überwachung des Lungenöffnungsmanövers. Das gegenüber dem Basismodul des Respirators größere Display mit Touchscreen kann besonders vorteilhaft als Benutzerschnittstelle verwendet werden. Das Erweiterungsmodul umfasst ebenso den zuvor erläuterten Ultraschallsensor sowie den Brustgürtel. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass mittels des Erweiterungsmoduls auch der Blutdruck des Patienten gemessen werden kann.
Eine weitere Möglichkeit zur Anreicherung der inspiratorischen Luft mit Sauerstoff ist neben der O₂-Injektion die Verwendung eines Bag in Bottle-Systems. Während der Öffnungszeit des Exspirationsventils, d. h. bei niedrigem Beatmungsdruck, wird das flexible O₂-Reservoir mit O₂ aus einer Druckflasche gefüllt. Während der Schließzeit des Exspirationsventils, d. h. bei hohem Beatmungsdruck, wird das O₂ durch den Beatmungsdruck aus dem flexiblen Reservoir in die Atemmaske gedrückt. Vorzugsweise ist dieses Sauerstoffreservoir als Einwegprodukt ausgebildet, welches bedarfsweise sehr einfach unter Verwendung von Steckverbindungen mit dem erfindungsgemäßen Respirator gekoppelt werden kann. Zur Vermeidung einer CO₂-Anreicherung muss dieses System entweder mit einem CO₂-Absorber kombiniert werden oder es muss ein Exspirationsventil an der Atemmaske platziert sein.
Das Verfahren zur Regelung eines Respirators, insbesondere des Notfallrespirators, ist unter Verwendung der vorgenannten Vorrichtungsmerkmale dadurch gekennzeichnet, dass das Exspirationsventil ausschließlich unter Verwendung von systeminternen Drücken geregelt wird, wobei ein erster Druck der Niederdruck vor der Druckquelle, ein zweiter Druck der Hochdruck nach der Druckquelle und ein dritter Druck der auf den Faltenbalg des als Quetschventil ausgebildeten Exspirationsventils wirkende Druck ist.
Der auf den Faltenbalg des als Quetschventil ausgebildeten Exspirationsventils wirkende Druck ist dabei entweder der im Exspirationspfad anliegende Exspirationsdruck oder der vom 3/2-Wegeventil stammende Steuerdruck.
Unter Verwendung einer schnellen Rechnerarchitektur und einem schnellen Schalten des 3/2 Wege-Ventils kann mittels des Respirators zudem eine HFO realisiert werden.
Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:

• Konstruktiv einfacher Aufbau des Respirators in der Basisversion nämlich durch Turbine, Exspirationsventil, 3/2 Wege-Ventil und Steuer- und Regeleinrichtung,
• Das Schließen und das Öffnen des Exspirationsventils erfolgt nur über das Druckgefälle im pneumatischen Teil des Respirators, d. h. es werden nur systeminterne Messgrößen, d. h. Drücke, zur Steuerung eingesetzt,
• Modularer Aufbau des Respirators erweitert dessen Anwendungsbereich und
• Das Exspirationsventil ist als Einwegprodukt konzipiert.

Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
1: Schematische Darstellung des Respirators in der Basisstufe,
2: Schematische Darstellung in der Erweiterungsstufe,
3: Tabellarische Darstellung der einzelnen Ausbaustufen,
4: Detaildarstellung des Exspirationsventils,
5: Schematische Darstellung der Sekretabsaugung,
6: Darstellung des Brustgürtels,
7: Diagrammdarstellung der nichtinvasiven Beatmungsoptimierung,
8.1: Darstellung der O₂-Versorgung mittels flexiblen Reservoir (voll),
8.2 Darstellung der O₂-Versorgung mittels flexiblen Reservoirs (leer),
9.1 Darstellung eines Basismoduls in Kombination mit einem O₂-Reservoir,
9.2 Darstellung eines Basismoduls in Kombination mit einer Docking-Station und
9.3 Darstellung eines Basismoduls in Kombination mit einem O₂-Reservoir sowie einer Docking-Station.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Respirators 1 in der Basisstufe. Der insbesondere als Notfallrespirator ausgebildete Respirator 1 besteht im Wesentlichen aus einer in einem Inspirationspfad 2 platzierten Druckquelle 3, einem in einem Exspirationspfad 4 angeordneten Exspirationsventil 5 sowie einem im Bereich des zu beatmenden Patienten 6 platzierten Y-Stück 7, welches eingangsseitig mit dem Inspirationspfad 2 und ausgangsseitig mit dem Exspirationspfad 4 gekoppelt ist. Erfindungsgemäß wird ein 3/2-Wegeventil 8 mit drei Anschlüssen 8.1 bis 8.3 und zwei Ventilstellungen eingesetzt, wobei der erste Anschluss 8.1 des 3/2-Wegeventils 8 mit einem in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle 3, respektive auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads 2, platzierten Abzweig 2.1, der zweiter Anschluss 8.2 des 3/2-Wegeventils 8 mit einem in Strömungsrichtung des Atemgases nach der Druckquelle 3, respektive auf der Hochdruckseite des Inspirationspfads 2, platzierten Abzweig 2.2 und der dritte Anschluss 8.3 des 3/2-Wegeventils 8 mit dem Exspirationsventil 5 pneumatisch gekoppelt ist. Zum Zwecke der Umschaltung zwischen der Inspiration und der Exspiration ist eine zumindest mit der Druckquelle 3 und dem 3/2-Wegeventil 8 in elektrischer Wirkverbindung 10 stehende Steuer- und Regeleinrichtung 11 vorgesehen. Die Inspiration ist dabei einer ersten Ventilstellung des 3/2-Wegeventils 8 und die Exspiration einer zweiten Stellung des 3/2-Wegeventils 8 zugeordnet. Die als Turbine ausgebildete Druckquelle 3 ist unter Verwendung der Steuer- und Regeleinrichtung 11 in ihrer Drehzahl, d. h. im Druck und/oder im Volumenstrom, regelbar und damit zur Einstellung des Inspirationsdrucks und des Exspirationsdruck ausgebildet. Erfindungswesentlich ist, dass als Exspirationsventil 5 ein pneumatisches Quetschventil vorgesehen ist, welches an späterer Stelle noch ausführlicher beschrieben ist. Der Respirator 1 benötigt in dieser Basisstufe keinerlei Druckbehälter, da der Patient mit Umgebungsluft beatmet wird. Wie ersichtlich, wird in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle 3, respektive auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads 2, ein Bakterienfilter 9 eingesetzt, der die angesaugte Umgebungsluft entsprechend filtert. Die pneumatischen Leitungen, in welchem das Atemgas strömt, ist mit einer geschlossenen Linie und die elektrischen Steuerleitungen mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt.
In der 2 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Respirators 1 in einer erweiterten Ausbaustufe gezeigt. Gegenüber der Basisstufe bzw. dem Basismodul gemäß Beschreibung zur 1 ist zusätzlich ein O₂-Reservoir 12 in Gestalt einer Sauerstofflasche vorgesehen, welches über Druckregeleinrichtungen 16 mit dem zu beatmenden Patienten 6 gekoppelt ist. Die Kopplung des O₂-Reservoirs ist dabei im Bereich zwischen dem Y-Stück 7 und dem Patienten 6 bzw. dessen nicht dargestellter Atemmaske 17 realisiert. Die Druckregeleinrichtung 16 ist elektrisch mit der Steuer- und Regeleinrichtung 11 verbunden und erhält von dieser seine Steuersignale zum Regeln des O₂-Volumenstroms. Ferner umfasst der Respirator 1 in dieser Ausbaustufe mehrere Sensoren zur Erfassung des O₂-Gehalts, des CO₂-Gehalts, des Volumenstroms und der Temperatur des Atemgases. Bevorzugt wird jedoch ein einziger Ultraschallsensor 15, mit dem alle vorgenannten Messgrößen gemeinsam erfasst werden können. Dieser Ultraschallsensor 15 ist im Bereich des Y-Stücks 7, vorzugsweise in Strömungsrichtung des Atemgases nach dem Y-Stück 7, platziert. Zusätzlich zum Ultraschallsensor 15 wird eine Sekretabsaugung 13 eingesetzt, deren Details der Beschreibung zur 5 zu entnehmen sind.
Der 3 ist eine tabellarische Darstellung der einzelnen Ausbaustufen des Respirators 1 zu entnehmen. Die Spaltenköpfe dieser Tabelle sind den einzelnen Ausbaustufen zugeordnet; in den einzelnen Zeilen sind die Komponenten des Respirators 1 gelistet. Diese Disposition der Komponenten ist weder abschließend noch auf die dort angegebenen Ausbaustufen beschränkt. Vielmehr besteht die Möglichkeit, weitere Ausbaustufen des Respirators 1 vorzusehen oder die Komponenten anderweitig miteinander zu kombinieren.
Der 4 ist eine Detaildarstellung des Exspirationsventils 5 zu entnehmen. Das als Quetschventil vorliegende Exspirationsventil 5 umfasst einen Exspirationspfadeingang 4.1 und einen Exspirationspfadausgang 4.2. Im Inneren des Exspirationsventils 5 ist im Hauptströmungspfad ein Faltenbalg 5.1 platziert, der derart ausgebildet ist, um bei Druckbeaufschlagung den Hauptströmungspfad zu steuern, d. h. vollständig freizugeben, teilweise zu verschließen oder vollständig zu öffnen. Der dazu notwendige Steuerdruck für den Faltenbalg 5.1 entspricht dem Ausgangsdruck des 3/2-Wegeventil 8, welcher am dritten Anschluss 8.3 anliegt. Die mit dem Steuerdruck beaufschlagte Luft gelangt über die Strömungskanäle 5.2 zur Außenseite des Faltenbalgs 5.1, wodurch sich der Faltenbalg 5.1 in Abhängigkeit des Drucks des exspiratorischen Atemgases bzw. der Druckdifferenz zwischen seiner Außenseite und Innenseite verformt und damit den gewünschten Querschnitt des Hauptströmungspfads freigibt. Die Strömungskanäle 5.2 können dabei als klassische Kanäle bzw. Bohrungen oder aber als Ringspalt ausgebildet sein. Die stirnseitige Zuführung der mit dem Steuerdruck beaufschlagten Luft ist jedoch nur beispielhaft; eine anderweitige Platzierung der Zuführung ist auch möglich. Das Exspirationsventil 5 wird erfindungsgemäß nur unter Verwendung systeminterner Drücke geregelt. Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, dass das Exspirationsventil 5 mit seinem zugehörigen Schlauchsystem als Einmalartikel ausgebildet ist.
Die 5 zeigt eine schematische Darstellung der optional einsetzbaren Sekretabsaugung 13. Die Sekretabsaugung 13 zur Eliminierung von Verunreinigungen aus dem Mundbereich ist auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads 2, respektive in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle 3 platziert. Bei eingeschalteter Druckquelle 3 und geöffnetem Exspirationsventil 5 kann die Sekretabsaugung 13 unter Ausnutzung des Unterdrucks ohne zusätzliche Hilfsenergie betrieben werden. Die Sekretabsaugung 13 umfasst einen Auffangbehälter 13.1, der ausgangsseitig unter Verwendung eines Saugschlauchs 13.2 über ein T-Stück mit dem Inspirationszweig verbunden ist, während dieser verschlossen sein muss. Bei Absaugung wird die Turbine auf maximale Leistung gestellt, wodurch ein Unterdruck erzeugt wird, der für den Absaugvorgang ausreichend ist. Zur Vermeidung von Sekretkontaminationen des Inspirationspfades sind zwei Sicherheitsventile vorgesehen. Das erste Sicherheitsventil befindet sich im Absaugglas, während das zweite Sicherheitsventil unmittelbar vor dem Anschluss am Ansaugtrakt des Gerätes platziert ist.
Die 6 illustriert eine Darstellung eines Brustgürtels 18, der optional in einer weiteren Ausbaustufe des Respirators 1 zum Zwecke der nichtinvasiven Beatmungsoptimierung des Patienten 6, insbesondere zur Optimierung des PEEP und der Rekrutierung der Alveolen. Dieser Brustgürtel 18 dient ebenso zur Findung des optimalen Rekrutierungsdruckes und stellt eine Alternative zur akustischen Detektion des Entfaltungsknisterns dar. Der um den Patienten 6 gespannte bzw. eng angelegte Brustgürtel 18 umfasst eine Gasfüllung 18.2, beispielsweise mit einem Druck von 1 bis 2 mbar über dem Atmosphärendruck sowie eine Druckmesseinrichtung 18.1. Die Veränderung des Brustumfangs des Patienten bei der Beatmung kann durch die Druckmesseinrichtung 18.1 des Brustgürtels 18 erfasst werden. Dadurch kann das Tidalvolumen, also das eingestellte Volumen, das pro Atemzug appliziert werden soll, nach entsprechender Kalibration geregelt werden.
Die 7 zeigt die Druckänderungen im Brustgürtel an, denen nach entsprechenden Kalibration die Atemvolumen nach FRC-Änderungen zugeordnet werden können. Die 7 zeigt eine Beatmung mit einem Rekrutierungsmanöver, bei der der eingestellte PEEP zu niedrig ist. Es ist ersichtlich, dass das rekrutierte Lungenvolumen nach einer gewissen Zeit sich dem Ausgang FRC nähert.
Die 8.1 und 8.2 zeigen die Darstellung der O₂-Versorgung mittels flexiblen Reservoirs im gefüllten und ungefüllten Zustand. Als Sauerstoffreservoir 12 ist dazu ein mit einer O₂-Druckgasflasche gekoppeltes flexibles Reservoir vorgesehen, welches in einem festen Kolben platziert ist. Während der Schließzeit des Exspirationsventils 5, d. h. bei hohem Beatmungsdruck, wird das O₂ durch den Beatmungsdruck aus dem flexiblen Reservoir in die Atemmaske 17 gedrückt. Vorzugsweise ist dieses Sauerstoffreservoir als Einwegprodukt ausgebildet, welches bedarfsweise sehr einfach unter Verwendung von Steckverbindungen mit dem erfindungsgemäßen Respirator 1 gekoppelt werden kann.
Die 9.1 bis 9.3 illustrieren den modularen Aufbau des erfindungsgemäßen Respirators 1. Während die 9.1 die Verwendung des Respirators 1 in Gestalt eines Basismoduls 23 in Kombination mit einem O₂-Reservoir zeigt, ist der 9.2 eine Kombination eines Basismoduls in Verbindung mit einem als Docking-Station ausgebildeten Erweiterungsmodul zu entnehmen. Gemäß der 9.3 lassen sich schließlich auch das Basismodul 23, das Erweiterungsmodul 24 und ein Sauerstoffversorgungsmodul 12 gemeinsam miteinander kombinieren, wodurch das Anwendungsspektrum des erfindungsgemäßen Respirators signifikant vergrößert wird. Die jeweilige Kopplung zwischen dem Basismodul 23, dem Erweiterungsmodul 24 und dem Sauerstoffversorgungsmodul 12, beispielhaft in Gestalt einer O2-Hochdruckflasche, erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von lösbaren Verbindungen, beispielsweise in Gestalt von Schnellkupplungen oder Steckverbindungen. Bereits der in Gestalt des Basismoduls 23 ausgebildete Respirator erfüllt alle wesentlichen Funktionen, die an einen Notfallrespirator gestellt werden. Das Basismodul 23 weist zudem nur geringe Raummaße und ein geringes Gewicht auf und ist damit sehr handlich. Das als Docking-Station ausgebildete Erweiterungsmodul 24 verfügt gegenüber dem Basismodul 23 über weitere wichtige Funktionen, nämlich über ein größeres Display, erweiterte Einstellungsmöglichkeiten in Form einer Trend-Funktion sowie über die Möglichkeit einer feineren Einstellung des Beatmungsmodus. Als wesentliche Vorteile des Erweiterungsmoduls 24 sind eine verbesserte Erkennung des Beatmungsmodus, eine verbesserte Überwachung der Patienten sowie die Möglichkeit, den Respirator auch als Intensivbeatmungsgerät einzusetzen, zu nennen.
Bezugszeichenliste

1: Respirator
2: Inspirationspfad
2.1: niederdruckseitige Abzweig
2.2: hochdruckseitige Abzweig
3: Druckquelle
4: Exspirationspfad
5: Exspirationsventil
5.1: Faltenbalg
5.2: Strömungskanal
6: Patient
6.1: Lunge
6.2: Brustraum
7: Y-Stück
8: 3/2-Wegeventil
8.1: erster Anschluss
8.2: zweiter Anschluss
8.3: dritter Anschluss
9: Bakterienfilter
10: elektrische Leitung
11: Steuer- und Regeleinrichtung
12: Sauerstoffversorgungsmodul
13: Sekretabsaugung
13.1: Auffangbehälter
13.2: Saugschlauch
14: T-Stück, 3-Wegehahn
15: Ultraschallsensor
16: Druckregeleinrichtung
17: Atemmaske
18: Brustgürtel
18.1: Druckmesseinrichtung
18.2: Gasfüllung
19: Blende
20: Adapter mit Sicherheitsventil
21: Grobfilter
22: Mikrofon
23: Basismodul
24: Docking-Station

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 97/03544 [0007]
DE 97/00444 [0023]

Claims

Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, bestehend aus einer in einem Inspirationspfad (2) platzierten Druckquelle (3), einem in einem Exspirationspfad (4) angeordneten Exspirationsventil (5) sowie einem im Bereich des zu beatmenden Patienten (6) platzierten Y-Stück (7), welches eingangsseitig mit dem Inspirationspfad (2) und ausgangsseitig mit dem Exspirationspfad (4) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein 3/2-Wegeventil (8) mit drei Anschlüssen (8.1 bis 8.3) und zwei Ventilstellungen vorgesehen ist, wobei a. der erste Anschluss (8.1) des 3/2-Wegeventils (8) mit einem in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle (3), respektive auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads (2), platzierten Abzweig (2.1), b. der zweiter Anschluss (8.2) des 3/2-Wegeventils (8) mit einem in Strömungsrichtung des Atemgases nach der Druckquelle (3), respektive auf der Hochdruckseite des Inspirationspfads (2), platzierten Abzweig (2.2) und c. der dritte Anschluss (8.3) des 3/2-Wegeventils (8) mit dem Exspirationsventil (5) pneumatisch gekoppelt ist, und zum Zwecke der Umschaltung zwischen der Inspiration und der Exspiration eine zumindest mit der Druckquelle (3) und dem 3/2-Wegeventil (8) in elektrischer Wirkverbindung (10) stehende Steuer- und Regeleinrichtung (11) vorgesehen ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspiration einer ersten Ventilstellung des 3/2-Wegeventils (8) und die Exspiration einer zweiten Stellung des 3/2-Wegeventils (8) zugeordnet ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle (3) als Turbine ausgebildet ist, welche unter Verwendung der Steuer- und Regeleinrichtung (11) in ihrer Drehzahl, d. h. im Druck und/oder im Volumenstrom, regelbar und damit zur Einstellung des Inspirationsdrucks und des Exspirationsdruck ausgebildet ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Exspirationsventil (5) als pneumatisches Quetschventil ausgebildet ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein O₂-Reservoir (12) vorgesehen ist, welches über Druckregeleinrichtungen (16) mit dem zu beatmenden Patienten (6) gekoppelt ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung des O₂-Reservoirs im Bereich zwischen dem Y-Stück (7) und dem Patienten (6) realisiert ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle (3), respektive auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads (2), ein Bakterienfilter (9) vorgesehen ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Niederdruckseite des Inspirationspfads (2), respektive in Strömungsrichtung des Atemgases vor der Druckquelle (3), eine Sekretabsaugung (13) vorgesehen ist, die bei eingeschalteter Druckquelle (3) und geöffnetem Exspirationsventil (5) unter Ausnutzung des Unterdrucks ohne Hilfsenergie betreibbar ausgebildet ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekretabsaugung (13) einen Auffangbehälter (13.1) umfasst, der ausgangsseitig unter Verwendung eines Saugschlauchs (13.2) über ein T-Stück (14) mit dem Inspirationspfad (2) verbunden ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des O₂-Gehalts, des CO₂-Gehalts, des Volumenstroms und der Temperatur des Atemgases ein einziger Ultraschallsensor (15) vorgesehen ist, der im Bereich des Y-Stücks (7), vorzugsweise in Strömungsrichtung des Atemgases nach dem Y-Stück (7), platziert ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der nichtinvasiven Beatmungsoptimierung des Patienten (6), insbesondere zur Optimierung des PEEP und der Rekrutierung der Alveolen, ein Brustgürtel (18) für den Patienten (6) vorgesehen ist, der zur Ermittlung des Tidalvolumens der Lungen ausgebildet ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Sauerstoffreservoir (12) ein mit einer O₂-Druckgasflasche gekoppeltes flexibles Reservoir, welches in einem festen Kolben platziert ist, verwendet wird.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Respirator (1) als halboffenes System ausgebildet ist, welches auch in Kombination mit anderen Systemen eingesetzt werden kann.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Respirator (1) modular aufgebaut ist, wobei zumindest ein Stromversorgungsmodul, ein Sauerstoffversorgungsmodul (12) und ein Display-, Steuer- und Regelmodul vorgesehen sind, die sich im zusammengefügten Zustand zu einem transportablen Koffer ergänzen.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Respirator (1) in Gestalt eines Basismoduls (23) mit einem als Docking-Station ausgebildeten Erweiterungsmodul (24) sowie dem Sauerstoffversorgungsmodul (12) kombinierbar ist.
Respirator (1), insbesondere Notfallrespirator, nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoffversorgungsmodul (12) als O₂-Hochdruckflasche oder als O₂-Generator ausgebildet ist.
Verfahren zur Regelung eines Respirators (1), insbesondere Notfallrespirators, unter Verwendung der Vorrichtungsmerkmale gemäß den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Exspirationsventil (5) ausschließlich unter Verwendung von systeminternen Drücken geregelt wird, wobei ein erster Druck der Niederdruck vor der Druckquelle (3), ein zweiter Druck der Hochdruck nach der Druckquelle (3) und ein dritter Druck der auf den Faltenbalg (5.1) des als Quetschventil ausgebildeten Exspirationsventils (5) wirkende Druck ist.
Verfahren zur Regelung eines Respirators (1), insbesondere Notfallrespirators, unter Verwendung der Vorrichtungsmerkmale nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der auf den Faltenbalg (5.1) des als Quetschventil ausgebildeten Exspirationsventils (5) wirkende Druck a. entweder der im Exspirationspfad (3) anliegende Exspirationsdruck oder b. der vom 3/2-Wegeventil (8) stammende Steuerdruck ist.