DE102011010581A1

DE102011010581A1 - Vorrichtung für eine Hochfrequenzbeatmung

Info

Publication number: DE102011010581A1
Application number: DE102011010581A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2012-08-09

Abstract

Es ist vorgesehen, eine Vorrichtung für eine Hochfrequenzbeatmung zum mobilen Einsatz zu schaffen, die in einem offenen Beatmungssystem durch Anschluss eines Düsensystems mit einem Venturirohr Atemgas bestehend aus 100%-igem Sauerstoff über eine Ventilanordnung hochfrequent mit zusätzlich angesaugter Umgebungsluft zuführt. Hierbei wird das Atemgas aus einem mit Sauerstoff gespeisten Pufferbehälter über die Ventilanordnung und dem Venturirohr einer Atemmaske zugeführt und es ist ein Drucksensor im Zuführbereich der Atemmaske zur Erfassung des anstehenden Druckes angeordnet. Dabei wird der anstehende Druck über ein Vergleichselement mit einem voreingestellten Beatmungsdruck für einen Soll-Ist-Vergleich verwendet und eine Stellgrösse für eine Ansteuerung von Steuerelementen der Ventilanordnung gebildet. Die Ventilanordnung besteht aus mehreren parallel synchronisierten und einzeln ansteuerbaren Ventilen, wobei ein Zuführquerschnitt zur Anpassung des anstehenden Druckes an den voreingestellten Beatmungsdruck einstellbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für eine Hochfrequenzbeatmung zum mobilen Einsatz mit einem offenen Beatmungssystem, wobei über einen Anschluss mittels eines Düsensystems durch ein Venturirohr Atemgas mit hohem Druck hochfrequent über eine Ventilanordnung zur Druckeinstellung mit zusätzlich angesaugter Umgebungsluft zuführbar ist.
Es ist bekannt, durch Nutzen eines Venturieffektes mit hoher Frequenz kleine Gasmengen in die Lunge eines Patienten einzubringen und einen physiologischen Gasaustausch dahingehend zu unterstützen, dass zusätzlich Sauerstoffmengen zur Verfügung stehen. Bekannte Geräte funktionieren überwiegend mechanisch pneumatisch und die Versorgung erfolgt fast ausschliesslich über zentrale Gasversorgungsanlagen sowie eine stationäre Stromversorgung, wobei auch durch das Gewicht der Anordnungen der Einsatz auf den stationären Bereich beschränkt ist. Der erzeugte Beatmungsdruck wird dabei vom Bediener nach Patientenbeobachtung eingestellt und optimiert. Diese Handhabung ist im stationären Bereich möglich, da auch eine große Anzahl weiterer Parameter zur Verfügung gestellt werden können. Geräte dieser Art sind deshalb für einen mobilen Einsatz, wie der Notfallversorgung und zur Betätigung von Laienhelfern, nicht einsetzbar.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, Sauerstoff mit hoher Frequenz und hohem Druck mit einer mobilen Anordnung zuzuführen und dabei die Sauerstoffbilanz zu verbessern sowie einen vorgegebenen Druck als Stellgröße für die Menge des abzugebenden Gases selbsttätig zu gewährleisten.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass das Atemgas aus einem mit Sauerstoff gespeisten Pufferbehälter über die Ventilanordnung und dem Venturirohr einer Atemmaske zuführbar ist und ein Drucksensor im Zuführbereich der Atemmaske zur Erfassung des anstehenden Druckes (PEEP) angeordnet ist sowie dieser Druck über ein Vergleichselement mit einem voreingestellten Beatmungsdruck für einen Soll-Ist-Vergleich eine Stellgröße für eine Ansteuerung von Steuerelementen der Ventilanordnung bildet und ein Zuführquerschnitt zur Anpassung an den voreingestellten Beatmungsdruck mit dem anstehenden Druck einstellbar ist.
Hierdurch wird unter Berücksichtigung der physikalischen Gegebenheiten ermöglicht, dass der Beatmungsdruck begrenzt ist und aufgrund des Rückstroms der zugeführten Atemluft ein auf hochviskose Sekrete wirkender Aspirationsschutz gegeben ist, so dass der Geräte-Einsatz auch von Laienhelfern durchführbar ist. Eine Anwendung bei der Reanimation Ertrunkener ist ebenfalls denkbar, da bereits in der Lunge befindliches Sekret oder Wasser durch die Anwendung einer offenen Hochfrequenzventilation aus der Lunge in Richtung der oberen Atemwege transportiert wird. Zugleich ist durch den Rückstrom des exspiratorischen Gases ein Aspirationsschutz gegen Sekret aus dem Mund/Rachenbereich vorhanden. Wesentlich ist beim Einsatz eines solchen offenen Systems, dass es die spontanen Atembemühungen nicht behindert und die Verbesserung des Gasaustausches in der Lunge unabhängig von der Eigenatmung geschieht.
Absolute Stellgröße ist der zu erzielende PEEP (Positiv End Exspiratory Pressure), der von dem vom Gerät bereitgestellten Druck, dem daraus nach der Expansion an der Venturidüse resultierenden Volumen und der Compliance der Lunge abhängt. Da diese nicht nur unterschiedlich ist, sondern auch während der Beatmung variabel ist, wird eine automatische Anpassung in einfacher Weise ermöglicht.
Eine einfache Ausbildung besteht darin, dass die Ventilanordnung aus mehreren parallel angeordneten, einzeln ansteuerbaren Ventilen besteht.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Ventilanordnung durch ein regelbares Proportionalventil gebildet ist.
Für eine optimierte Handhabung unter Berücksichtigung der vorliegenden Verhältnisse ist vorgesehen, dass der Beatmungsdruck als Voreinstellung im Stellglied in vorgegebenen Stufen einstellbar ist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Zuführung von Sauerstoff zur Ventilanordnung ein Überdruckventil aufweist.
Hierdurch ist es möglich, bei einer abrupten Drucküberschreitung an der Atemmaske ausser durch eine Querschnittsreduzierung durch Verringerung des Zuführquerschnittes zusätzlich durch eine Reduzierung des Versorgungsdruckes eine sichere Beatmung ohne Unterbrechung fortzuführen.
Eine günstige Anordnung besteht darin, dass die parallel synchronisierten Ventile der Ventilanordnung eine Piezoansteuerung aufweisen.
Die Mobilität des Gerätes wird dadurch verbessert, dass der Sauerstoff aus einer mobilen Sauerstoffflasche zuführbar ist.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung und
2 ein Blockschaltbild der Ansteuerung
Die gezeigte Anordnung besteht aus einer Gasquelle in Form einer Sauerstoffflasche 1, die über einen Druckminderer 2 einen Pufferbehälter 3 mit Sauerstoff füllt. Aus dem Pufferbehälter 3 wird der Sauerstoff über eine Ventilanordnung 4 mit mehreren parallel angeordneten, einzeln ansteuerbaren Ventilen 5 mit einer eingestellten Frequenz, wie beispielsweise von 600/min, an ein Venturirohr 6 abgegeben und einer Atemmaske 7 zugeführt. Hierdurch kommt es durch Expandieren des Gases in dem der Atemmaske 7 vorgeschalteten Venturirohr 6 nach einer Vermischung mit Umgebungsluft zu einem pulsierenden Luftstrom mit der vorgegebenen Frequenz. Dabei ist vorgesehen, eine Druckamplitude bis etwa 30 mbar und einen pulsierenden Luftstrom bis etwa 10 ml zu erreichen.
Im Zuführbereich der Atemmaske 7 ist ein Drucksensor 8 zur Erfassung des anstehenden Druckes am Probanden angeordnet und wird einer Regelungseinheit 9 zugeführt.
Die Regelungseinheit 9 besitzt ein Vergleichselement 10 mit einem voreingestellten Beatmungsdruck entsprechend dem Probanden, wie Kind, Jugendlicher, Erwachsener, zum Soll-Ist-Vergleich zur Generierung einer Stellgrösse, die über ein Stellglied 11 mit Ansteuerelementen 12 für die einzelnen Ventile 5 der Ventilanordnung 4 verbunden ist. Zusätzlich ist mit den Ansteuerelementen 12 auch ein Impulsgenerator 13 gekoppelt.
Aus dem Mittelwert des Druckes der Atemmaske 7 ergibt sich der für die Effektivität der Beatmung entscheidende Druck PEEP (Positiv End Exspiratoric Pressure), der als vorgegebener Sollwert für die Regelungseinheit auschlaggebend für die Anzahl zu öffnenden Ventile 5 für einen erforderlichen Zuführquerschnitt ist. Damit wird der entstehende Druck in der Atemmaske 7 in der Jet-Ventilation als Steuergrösse für die Menge des abgegebenen Gases genutzt.
Eine abrupte Drucküberschreitung wird durch Reduzierung der Anzahl der zu öffnenden Ventile 5 sowie ein sofortiges Reduzieren des Druckes im Speichervolumen durch Öffnen eines Überdruckventils 14 erreicht. Dadurch wird eine Beatmung ohne Unterbrechung fortgeführt.
Im einzelnen wird ein PEEP, der notwendig ist, als wesentlicher Parameter eingestellt. Aus der konstanten Druckquelle aus Sauerstoffflasche 1 und Pufferbehälter 3 wird ein Flow über eine Ventilanordnung 4 zur Venturidüse 6 geleitet. In der Ventilanordnung wird ein Konstantflow in einen pulsierenden Flow über den Impulsgenerator 13 umgewandelt. Die Menge des benötigten Gases wird über eine parallele Zuschaltung der Ventile 5 in Abhängigkeit des erzeugten PEEP gesteuert, damit der aus dem Flow resultierende Druck im Probanden den erforderlichen Wert erreicht. Die verwendeten Ventile 5 besitzen eine extrem hohe Schaltgeschwindigkeit, minimaler Hystherese und einen niedrigen Stromverbrauch, um einen sicheren Betrieb einer Vorrichtung im mobilen Einsatz durchzuführen.
Die erforderliche Energiequelle ist im Normalfall eine Druckgasflasche 1 mit einem Füllvolumen von 2 l und einem Druck von 200 bar, mithin ein komprimiertes Volumen von 400 l Sauerstoff. Dieser bereitstehende Druck wird über einen aus Sicherheitsgründen 2-stufigen Druckminderer 2 auf 3,5 bar reduziert. Dieser Arbeitsdruck wird überwacht und monitorisiert. Entsprechend der vorgegebenen Stellgrösse – in Stufen in Abhängigkeit vom Körpergewicht des Probanden – werden mit einer Taktfrequenz von 10 Hz eine Anzahl x der vorhandenen Ventile 5 geöffnet. Die Anzahl der geöffneten Ventile 5 begrenzt aufgrund des Flusswiderstandes in den Ventilen 5 den Flow im hohen Druckbereich. Der Sauerstoff fliesst mit dem eingestellten hohem Druck und geringem Flow zur Venturidüse der Atemmaske 7. Dort saugt der Sauerstoff-Flow nach der Expansion Umgebungsluft an und vermischt sich mit dieser zu einem Atemluftgemisch, das mit geringem Druck und hohem Flow zum Probanden strömt und dort, in Abhängigkeit von der Grösse und Beschaffenheit der Lunge, einen stetigen mittleren Druck generiert. Dieser Druck wird gemessen, mit den Einstellvorgaben verglichen und durch zusätzliches Öffnen/Schliessen weiterer Ventile 5 an die Vorgaben angepasst, bis der Sollwert erreicht ist. Auf diese Weise wird eine leichte konstante Überblähung der Lunge mit einer hohen Oszillation erreicht. Das Oszillationsvolumen liegt dabei zwischen 5 und 15 ml, das bei einer Frequenz von 10/sec einem Atemminutenvolumen von 3 bis 9 l/min entspricht. Der PEEP liegt zwischen 8 und max. 20 mbar und kann wegen des offenen Systems nicht in kritische Bereiche ansteigen. Gleichzeitig wird durch den anstehenden Druck die Lunge im physiologischen Bereich gedehnt und steht dem Gasaustausch mit erhöhter wirksamer Fläche zur Verfügung.

Claims

Vorrichtung für eine Hochfrequenzbeatmung zum mobilen Einsatz mit einem offenen Beatmungssystem, wobei über einen Anschluss mittels eines Düsensystems durch ein Venturirohr Atemgas mit hohem Druck hochfrequent über eine Ventilanordnung zur Druckeinstellung mit zusätzlich angesaugter Umgebungsluft zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Atemgas aus einem mit Sauerstoff gespeisten Pufferbehälter (3) über die Ventilanordnung (4) und dem Venturirohr (6) einer Atemmaske (7) zuführbar ist und ein Drucksensor (8) im Zuführbereich der Atemmaske (7) zur Erfassung des anstehenden Druckes (PEEP) angeordnet ist sowie dieser Druck über ein Vergleichselement (10) mit einem voreingestellten Beatmungsdruck für einen Soll-Ist-Vergleich eine Stellgröße für eine Ansteuerung von Steuerelementen (12) der Ventilanordnung (4) bildet und ein Zuführquerschnitt zur Anpassung an den über ein Stellglied (11) voreingestellten Beatmungsdruck mit dem anstehenden Druck einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (4) aus mehreren parallel angeordneten, einzeln ansteuerbaren Ventilen (5) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (4) durch ein regelbares Proportionalventil gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beatmungsdruck als Voreinstellung im Stellglied (11) in vorgegebenen Stufen einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Sauerstoff zur Ventilanordnung (4) ein Überdruckventil (14) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel synchronisierte Ventile (5) der Ventilanordnung (4) eine Piezoansteuerung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff aus einer mobilen Sauerstoffflasche (1) zuführbar ist.