DE102014000198B4

DE102014000198B4 - System und Verfahren zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten

Info

Publication number: DE102014000198B4
Application number: DE102014000198.9A
Authority: DE
Inventors: Marcus Veeck; Christoph R. Manegold; Jürgen Korthauer
Original assignee: AC AIRCONTROLS GmbH
Current assignee: AC AIRCONTROLS GmbH
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2034-01-15
Also published as: DE102014000198A1; DE202014000155U1

Abstract

System (10) zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten (P), umfassendeine Gasquelle (12) zur Lieferung eines Gases mit Niederdruck,eine an die Gasquelle (12) angeschlossene Ventilanordnung (14) mit zumindest zwei Proportionalventilen (16, 17, 18), wobei ein Proportionalventil (16) longitudinal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung (14) geleiteten Gases und zumindest ein anderes Proportionalventil (17, 18) transversal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung (14) geleiteten Gases angeordnet sind, wobei die zumindest zwei Proportionalventile (16, 17, 18) in einem gleichen Ventilblock der Ventilanordnung (14) angeordnet sind, wobei ein Auslass (20) der Ventilanordnung (14) mit einer Leitungsanordnung (22) einer Beatmungsvorrichtung (24), die eine Inspirationsleitung (26) und eine Exspirationsleitung (28) aufweist, zumindest pneumatisch koppelbar ist,ein Auslassventil (30), durch das eine Exspirationsströmung beeinflussbar ist,eine mit der Ventilanordnung (14) steuerungstechnisch verbundene Steuereinrichtung (32), durch die die jeweilige Schaltstellung der Proportionalventile (16, 17, 18) in der Ventilanordnung (14) einstellbar ist, undeine erste Messeinrichtung (34), die stromabwärts der Ventilanordnung (14) vorgesehen ist, um zumindest den Druck und/oder den Volumenstrom des aus dem Auslass (20) der Ventilanordnung (14) in Richtung der Leitungsanordnung (22) austretenden Gases zu messen, wobei die erste Messeinrichtung (34) zur Auswertung ihrer Messsignale mit der Steuereinrichtung (32) verbunden ist,wobei die Ventilanordnung (14) durch die Steuereinrichtung (32) derart ansteuerbar ist, dass Einatemluft an den Patienten (P) durch die Inspirationsleitung (26) mit einem vorbestimmten Volumenstrom und/oder mit einem vorbestimmten Druck und/oder mit einer vorbestimmten Beatmungsfrequenz gefördert wird, wobei die Proportionalventile (16, 17, 18) in der Ventilanordnung (14) jeweils zumindest zwischen zwei Endstellungen verstellbar sind und ein Durchfluss des von der Gasquelle (12) gelieferten Gases durch die Ventilanordnung (14) in Richtung der Leitungsanordnung (22) mittels einer Schaltstellung der Proportionalventile (16, 17, 18) steuerbar ist,dadurch gekennzeichnet,dass die Proportionalventile (16, 17, 18) mit Mitteln zur Positionserkennung eines zugehörigen Ventilkörpers an oder zwischen den jeweiligen beiden Endstellungen ausgestattet sind, wobei diese Mittel in Form von Sensoren ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten.
Beatmungsgeräte sind in unterschiedlichen Typen in Form von elektrischen, von Mikroprozessoren gesteuerten oder pneumatisch angetriebenen Systemen bekannt, zur Beatmung von Personen bzw. Patienten mit unzureichender oder ausgesetzter Eigenatmung. Mit Hilfe solcher Systeme sind eine kontrollierte Übernahme oder Unterstützung der Atmung von Patienten bei partiellem oder totalem Ausfall der Spontanatmung und eine notwendige Sicherstellung des Atemgastransportes gewährleistet. Beatmungsgeräte werden beispielsweise auf dem Gebiet der Narkosebeatmung als auch auf dem Gebiet der Intensiv-Beatmung, bei der keine Medikamente bzw. Narkotika verwendet werden, eingesetzt.
Narkose-Beatmungsgeräte umfassen in der Regel zwei pneumatisch voneinander getrennte Kreise, nämlich einerseits für ein Antriebsgas und andererseits für ein Patientengas. Diese beiden Gaskreise sind fluidisch voneinander getrennt, jedoch pneumatisch miteinander gekoppelt, wozu auf dem Markt z.B. ein sogenanntes „Bellow-in-Bottle“-System bekannt ist. Hierbei findet eine membranöse Trennung zwischen dem Antriebsgas-Kreislauf und dem Patientengas-Kreissystem statt, weil dem Patientengas eine Medikamentenanreicherung bzw. volatile Narkotika zugeführt werden. In einem von dem Patientengas-Kreissystem fluidisch getrennten Gaskreis befindet sich das Antriebsgas, dessen fludische Energie dazu benutzt wird, das Patientengas in den Patienten zu insufflieren.
Als Antriebsgas wird für Narkose-Beatmungsgeräte zumeist Druckluft oder Sauerstoff verwendet, welche(r) aus einer Hochdruckquelle (z.B. Druckflasche oder Krankenhauszentralversorgung) entnommen wird. Anschließend erfolgt eine Druckminderung und eine Applikation über ein Proportionalventil in das genannte „Bellow-in-Bottle“-System. Die Bereitstellung des Antriebsgases in Druckflaschen oder per Krankenhauszentralversorgung hat den Nachteil von hohen Betriebskosten. Ein weiterer Nachteil besteht in nur eingeschränkten mobilen Einsatzmöglichkeiten, weil Sauerstoff nur über Druckflaschen mit begrenztem Volumen zur Verfügung steht.
DE 10 2004 011 907 B4 beschreibt ein Narkose-Beatmungsgerät, bei dem zur Trennung des Antriebsgas-Kreislauf von dem Patientengas-Kreissystem das oben erläuterte „Bellow-in-Bottle“-System zum Einsatz kommt. In der Leitungsanordnung dieses Narkose-Beatmungsgerätes sind ferner Einwegventile, ein Absorber, ein Umschaltventil Offen-Geschlossen, ein Y-Stück sowie eine Frischgasbereitstellung vorgesehen. Das Antriebsgas für den Dom des „Bellow-in-Bottle“-Systems und die Steuerkammer eines ebenfalls in der Leitungsanordnung vorgesehenen Überströmventils werden durch ein Doppelventil mit einem Inspirationsventil und einem Exspirationsventil bereitgestellt, wobei im inspiratorischen Zweig dieses Doppelventils ein positiver Vordruck und im exspiratorischen Zweig ein negativer Vordruck anliegt. Es sind ferner Betriebsart-Umschaltventile vorgesehen, über die ein Umschalten vom Narkose-Beatmungsgerät zum therapeutischen Beatmungsgerät erfolgen kann.
Im Stand der Technik sind auch Antriebskonzepte für Narkose-Beatmungsgeräte bekannt, bei denen auf ein separates Antriebsgas verzichtet wird und stattdessen in dem geschlossenen Patientengas-Kreissystem ein Turbinen-Ventilator angeordnet ist. Mittels dieses Turbinen-Ventilators werden Kurvenformen für die jeweils benötigte Beatmungsform des Patienten über die individuelle Variation der Turbinendrehzahl abgebildet. Entsprechend folgt das Flussprofil bei der Beatmung des Patienten dem Drehzahlprofil des Turbinen-Ventilators. Innerhalb eines Atemzyklus beschleunigt der Turbinen-Ventilator zu Beginn der Inspiration auf Nenndrehzahl und bremst anschließend wieder auf die Minimaldrehzahl ab, woraus ein sinusförmig ausgeprägtes Profil entsteht. Eine solche Variation der Drehzahl erfordert einerseits eine aufwendige Ansteuerung des Turbinen-Ventilators selbst, und kann bei höheren Beatmungsfrequenzen infolge der Trägheit der Drehzahlvariation des Turbinen-Ventilators problematisch sein.
Aus der DE 10 2008 009 066 A1 und der DE 10 2010 035 167 A1 , letztere das Gebiet der Intensiv-Beatmung betreffend, sind jeweils Beatmungsgeräte bekannt, bei denen eine Antriebspumpe bzw. eine Druckquelle angesteuert wird, nämlich zur Lieferung eines Soll-Durchflusses und/oder -Volumens an ein „Bellow-in-Bottle“-System bzw. an den zu beatmenden Patienten. Wie vorstehend bereits erläutert, unterliegt eine solche Ansteuerung einer Antriebspumpe bzw. Druckquelle dem Nachteil eines ggf. trägen Ansprechverhaltens.
Aus US 2011 / 0 259 339 A1 sind ein Gerät und ein Verfahren zur Durchführung einer Invasiv-Beatmung eines Patienten bekannt, wobei ein Endotrachealschlauch verwendet wird. Zur Steuerung der Beatmung werden ein Inhalationsventil, das an eine Inspirationsleitung angeschlossen ist, und ein Exhalationsventil, das an eine Exspirationsleitung angeschlossen ist, eingesetzt, die jeweils von einer Steuereinrichtung geeignet angesteuert werden.
GB 2 485 417 A zeigt ein System bzw. ein Verfahren zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten. Hierzu ist ein Schiebeventil mit einer Ventilkammer vorgesehen, wobei verschiedene Druckanschlüsse von der Ventilkammer abzweigen. Innerhalb der Ventilkammer ist ein Ventilelement verschieblich aufgenommen. Dieses Ventilelement wird über einen motorischen Antrieb in ausgewählte Positionen innerhalb der Ventilkammer bewegt, um dadurch die Druckanschlüsse der Ventilkammer geeignet miteinander zu verschalten und gewünschte Betriebspositionen für das Schiebeventil einzustellen.
DE 692 30 637 T2 zeigt ein gattungsgemäßes medizinisches Beatmungsgerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Bei diesem Beatmungsgerät werden sowohl während der Inspirationsphase als auch während der Exspirationsphase durch eine Ansteuerung eines einzelnen Strömungssteuerventils jeweils Durchfluss und Druck für die Beatmung eines Patienten eingestellt. Hierbei wird ein gewünschter Druck dadurch eingestellt, dass das Strömungssteuerventil auf einen geeigneten Durchfluss eingestellt wird. Somit erfolgt die Einstellung dieses Strömungssteuerventils druckgesteuert.
Aus US 8 066 003 B2 ist ein Verfahren bekannt, mit dem während der Beatmung eines Patienten das Tidalvolumen bestimmt werden kann.
US 2011 / 0 088 694 A1 und DE 37 12 389 A1 zeigen jeweils ein integriertes Anästhesie-System bzw. ein Atemhilfegerät, bei denen ein für die Beatmung notwendiges Gasgemisch und eine eventuelle Mischung von Gasen mittels Steuer- bzw. Proportionalventile eingestellt werden kann.
Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten die Ansprechgeschwindigkeit zur Erzeugung von gewünschten Beatmungskurven zu verbessern und die notwendige Antriebsenergie für das Gas mit preiswerten Mitteln zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird durch ein System mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Verfahren mit den in Anspruch 16 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung ist auf ein System zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten gerichtet, und umfasst hierzu eine Gasquelle zur Lieferung eines Gases mit Niederdruck, eine an die Gasquelle angeschlossene Ventilanordnung mit zumindest zwei Proportionalventilen, wobei ein Proportionalventil longitudinal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung geleiteten Gases und zumindest ein anderes Proportionalventil transversal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung geleiteten Gases angeordnet sind, wobei die zumindest zwei Proportionalventile in einem gleichen Ventilblock der Ventilanordnung angeordnet sind, wobei ein Auslass der Ventilanordnung mit einer Leitungsanordnung einer Beatmungsvorrichtung, die eine Inspirationsleitung und eine Exspirationsleitung aufweist, zumindest pneumatisch gekoppelt werden kann, ein Auslassventil, durch das eine Exspirationsströmung beeinflusst werden kann, eine mit der Ventilanordnung steuerungstechnisch verbundene Steuereinrichtung, durch die die jeweilige Schaltstellung der Proportionalventile in der Ventilanordnung eingestellt werden kann, und eine erste Messeinrichtung, die stromabwärts der Ventilanordnung vorgesehen ist, um zumindest den Druck und/oder den Volumenstrom des Gases zu messen, das aus dem Auslass der Ventilanordnung in Richtung der Leitungsanordnung austritt. Die erste Messeinrichtung ist zur Auswertung ihrer Messsignale mit der Steuereinrichtung verbunden. Die Ventilanordnung kann durch die Steuereinrichtung derart angesteuert werden, dass Einatemluft an den Patienten durch die Inspirationsleitung mit einem vorbestimmten Volumenstrom und/oder mit einem vorbestimmten Druck und/oder mit einer vorbestimmten Beatmungsfrequenz gefördert wird. Die Proportionalventile in der Ventilanordnung können jeweils zumindest zwischen zwei Endstellungen verstellt werden, wobei ein Durchfluss des von der Gasquelle gelieferten Gases durch die Ventilanordnung in Richtung der Leitungsanordnung mittels der Schaltstellung der Proportionalventile gesteuert werden kann. Die Proportionalventile sind mit Mitteln zur Positionserkennung eines zugehörigen Ventilkörpers an oder zwischen den jeweiligen beiden Endstellungen ausgestattet, wobei diese Mittel in Form von Sensoren ausgebildet sind.
In gleicher Weise betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten, bei dem eine Ventilanordnung an eine Gasquelle, die Gas mit Niederdruck liefert, angeschlossen ist und ein Auslass dieser Ventilanordnung mit einer Leitungsanordnung einer Beatmungsvorrichtung, die eine Inspirationsleitung aufweist, zumindest pneumatisch gekoppelt ist. Bei diesem Verfahren wird die Ventilanordnung zur Förderung eines Gases von der Gasquelle in Richtung der Leitungsanordnung derart angesteuert, dass in der Inspirationsleitung eine Einatemluft für den Patienten mit einem vorbestimmten Volumenstrom, einem vorbestimmten Druck und/oder einer vorbestimmten Beatmungsfrequenz erzeugt wird. Stromabwärts der Ventilanordnung werden der Volumenstrom und/oder der Druck des in Richtung der Leitungsanordnung geförderten Gases gemessen und die Ventilanordnung in Abhängigkeit dieser Messgrößen angesteuert. Es ist ein schaltbares Auslassventil vorgesehen, das eine Exspirationsströmung beeinflusst und in Abhängigkeit des in der Exspirationsleitung gemessenen Drucks der Ausatemluft und/oder in Abhängigkeit des Drucks und/oder des Volumenstroms, der stromabwärts der Ventilanordnung gemessen wird, angesteuert wird. Die Ventilanordnung umfasst zumindest zwei Proportionalventile, die in einem gleichen Ventilblock der Ventilanordnung angeordnet sind und jeweils mit Mitteln zur Positionserkennung eines zugehörigen Ventilkörpers an oder zwischen den jeweiligen beiden Endstellungen ausgestattet sind, wobei ein Proportionalventil longitudinal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung geleiteten Gases und zumindest ein anderes Proportionalventil transversal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung geleiteten Gases angeordnet sind und diese Proportionalventile unabhängig voneinander angesteuert werden, um ein gewünschtes Beatmungsmuster zu erzeugen, wobei das andere Proportionalventil entweder zur Umgebung hin geöffnet oder dessen Auslass mit der Gasquelle verbunden werden kann, wobei die Ventilanordnung derart angesteuert wird, dass in der Inspirationsleitung eine Einatemluft für den Patienten mit einem vorbestimmten Volumenstrom und einem vorbestimmten Druck erzeugt wird.
In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einer Exspirationsleitung der Beatmungsvorrichtung ein Druck und/oder ein Volumenstrom einer Ausatemluft gemessen, wobei die Ventilanordnung in Abhängigkeit dieser Messgrößen angesteuert wird. Vorzugsweise kann für die Ansteuerung der Ventilanordnung eine Spontanatmung des Patienten berücksichtigt werden. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass eine Spontanatmung des Patienten jederzeit möglich ist.
Die vorliegende Erfindung eignet sich sowohl für Narkose-Beatmungsgeräte, bei denen ein Antriebsgas-Kreislauf von einem Patientengas-Kreissystem durch eine Gastrennungsvorrichtung fluidisch getrennt ist, als auch für Intensiv-Beatmungsgeräte, bei denen ein Gas, dem durch eine Antriebseinheit einer Gasquelle Energie zugeführt wird, direkt in den Patienten insuffliert wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein gewünschtes bzw. für den Patienten erforderliches Beatmungsprofil zumindest im Hinblick auf einen vorbestimmten Volumenstrom und/oder einen vorbestimmten Druck und/oder eine vorbestimmte Beatmungsfrequenz unmittelbar durch die Ansteuerung der Ventilanordnung erzeugt wird. Das zumindest eine Proportionalventil, welches in der Ventilanordnung vorgesehen ist, zeichnet sich durch eine hohe Ansprechgeschwindigkeit mit entsprechend kurzen Schalt- bzw. Öffnungszeiten aus, wodurch die Soll-Größen einer Beatmungskurve schnell und mit hoher Präzision geändert werden. Zweckmäßigerweise kann hierzu das Proportionalventil zwischen zwei Endstellungen verstellt werden, z. B. elektromagnetisch, wobei das Proportionalventil zwischen seinen Endstellungen translatorisch oder rotatorisch bewegt wird. Zwischen den beiden Endstellungen des Proportionalventils sind eine Vielzahl von weiteren Positionsstellungen des Proportionalventils möglich, womit eine hochpräzise Veränderung des Volumenstroms und des Drucks des durch die Ventilanordnung geleiteten Gases möglich ist.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist darin begründet, dass es durch die Ansteuerung der Ventilanordnung möglich ist, bei einer vollständig mandatorischen bzw. kontrollierten Beatmung (bei tief sedierten Patienten) oder bei einer assistierten Beatmung (wenn Patienten Spontanatmungen durchführen und nur eine leichte Beatmungsunterstützung benötigen) jedwede gewünschte Beatmungsmuster zu erzeugen und hierzu entsprechend Gas bereitzustellen. In diesem Zusammenhang darf bezüglich der Steuereinrichtung darauf verwiesen werden, dass hiermit eine Steuerung und/oder eine Regelung zumindest der Ventilanordnung möglich ist. Hierzu können die Messsignale der ersten Messeinrichtung berücksichtigt werden, mittels der der Druck und/oder der Volumenstrom des Gases am Auslass der Ventilanordnung gemessen werden. Zweckmäßigerweise kann das Auslassventil ebenfalls durch die Steuereinrichtung angesteuert werden, um zum Beispiel innerhalb eines Atemzyklus eine Synchronisierung mit der Schaltstellung der Ventilanordnung während der Inspiration sicherzustellen und ggf. in der Lunge des Patienten einen positiven endexspiratorischen Druck (PEEP) einzustellen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann stromaufwärts des Auslassventils eine zweite Messeinrichtung vorgesehen sein, nämlich zur Messung des Drucks, des Volumenstroms und/oder der Frequenz der Ausatemluft des Patienten. Diese zweite Messeinrichtung ist zur Auswertung ihrer Messsignale mit der Steuereinrichtung verbunden. Eine Ansteuerung der Ventilanordnung und/oder des Auslassventils ist dann ebenfalls auf Grundlage der Messsignale dieser zweiten Messeinrichtung möglich, zum Beispiel zur Berücksichtigung der Spontanatmung des Patienten.
Die Gasquelle liefert an die Ventilanordnung ein Gas mit Niederdruck. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter Niederdruck ein Druckbereich von kleiner 1 bar verstanden, vorzugsweise ein Druckbereich bis zu 200 mbar. Der Druck, mit dem das Gas von der Gasquelle zur nachgeschalteten Ventilanordnung gefördert wird, liegt vorzugsweise in einem Arbeitsbereich von 20 bis 150 mbar. Hierbei entspricht der Druck, mit dem das Gas aus dem Auslass der Ventilanordnung in Richtung der Leitungsanordnung austritt, einem Beatmungsdruck für den Patienten. Zweckmäßigerweise wird die Gasquelle mit Umgebungsluft gespeist, so dass ein Anschluss der Gasquelle an ein Krankenhausversorgungsnetz nicht erforderlich ist. Hierdurch wird für die vorliegende Erfindung die Gerätetechnik vereinfacht, weil zwischen der Gasquelle und der Ventilanordnung keine zusätzlichen Mittel zur Druckverminderung notwendig sind.
Die Erfindung ist dahingehend ausgelegt, dass bei einer assistierten Beatmung eine Spontanatmung des Patienten jederzeit möglich ist, wobei diese Spontanatmung in geeigneter Weise maschinell unterstützt wird. Die Spontanatmung des Patienten wird geeignet durch die erste Messeinrichtung und/oder durch die zweite Messeinrichtung erfasst, und anschließend von der Steuereinrichtung ausgewertet, um auf Grundlage dessen die Ventilanordnung und/oder das Auslassventil in der Exspirationsleitung geeignet anzusteuern.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kommt das System bei einer Intensiv-Beatmung zum Einsatz, wobei der Auslass der Ventilanordnung mit der Inspirationsleitung der Beatmungseinrichtung fluidisch verbunden ist. Hierbei ist in dem Patientengas, das einem Patienten durch die Inspirationsleitung zugeführt wird, Gas enthalten, das durch die Gasquelle geliefert wird. Diese Ausführungsform zeichnet sich insbesondere durch eine Unabhängigkeit von einer externen Druckluftversorgung aus, weil die für die Beatmung notwendige Druckluft bereits durch die Gasquelle des Systems erzeugt wird.
Nach einer alternativen Ausführungsform kommt das erfindungsgemäße System bei einer Narkose-Beatmung zum Einsatz, wobei zwischen dem Auslass der Ventilanordnung und der Leitungsanordnung der Beatmungsvorrichtung eine Gastrennungsvorrichtung angeordnet ist, mittels der in der Leitungsanordnung enthaltenes Patientengas in Bezug auf das Antriebsgas, das durch die Gasquelle geliefert und durch die Ventilanordnung geleitet wird, fluidisch getrennt und pneumatisch gekoppelt ist. Bei einer solchen Ausführungsform reduziert sich der logistische Aufwand für die mobile Gasversorgung auf das Patientengas, was z.B. durch die Bereitstellung von entsprechenden Druckflaschen erfolgen kann. In jedem Fall können auch bei dieser Ausführungsform die Verbrauchskosten erheblich gesenkt werden, weil für die Gasquelle die gezielte Nutzung von Umgebungsluft möglich ist, um damit das notwendige Antriebsgas zu erzeugen.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine Antriebseinheit der Gasquelle in einem konstanten Betriebspunkt betrieben werden. Hierbei kann der Betriebspunkt der Antriebseinheit derart gewählt sein, dass bei konstanter Nenndrehzahl der Antriebseinheit ein maximaler Druck bereitgestellt wird. Mittels der nachgeschalteten Ventilanordnung ist es dann möglich, dass dieser Druck an eine gewünschte Beatmungskurve für den Patienten angepasst bzw. vermindert wird. Dies hat den Vorteil, dass bereits zu Beginn einer Inspirationsphase der maximale Druck zur Verfügung steht. Eine ggf. gewünschte Verminderung des Drucks wird durch die Ansteuerung der Ventilanordnung sichergestellt, nämlich durch eine Veränderung der Schaltstellung des zumindest einen Proportionalventils. Im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem - wie erläutert - eine Veränderung der Beatmungsform durch die Variation der Drehzahl eines Turbinen-Verdichters erreicht wird, ist die erfindungsgemäße Ansteuerung der Ventilanordnung in Folge der größeren Ansprechgeschwindigkeit des Proportionalventils dahingehend vorteilhaft, dass sich für das Flussvolumen trapezförmige Kurven mit großer Flankensteilheit erzielen lassen, was einem großen applizierbaren Volumen pro Beatmungszyklus gleichkommt. Dieser Vorteil macht sich insbesondere bei höheren Beatmungsfrequenzen bemerkbar, weil das insufflierte maximale Volumen bei steigender Beatmungsfrequenz im Wesentlichen konstant bleibt.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Antriebseinheit der Gasquelle ebenfalls mit der Steuereinrichtung steuerungstechnisch verbunden sein, so dass sich ein Betriebspunkt der Antriebseinheit auch variabel einstellen lässt, zum Beispiel in Abhängigkeit der Messsignale der ersten Messeinrichtung und/oder der zweiten Messeinrichtung. Somit ist das Einstellen eines gewünschten Beatmungsmusters gleichzeitig durch die Ansteuerung der Ventilanordnung als auch eine Veränderung des Betriebspunkts der Antriebseinheit der Gasquelle, z. B. durch eine Veränderung der Drehzahl eines Verdichters oder einer Pumpe, möglich.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können das zumindest eine Proportionalventil und/oder das Auslassventil mittels einer Federeinrichtung vorgespannt und hierdurch in eine Ausgangsposition gebracht sein, wobei eine Betätigung des Proportionalventil bzw. des Auslassventils in Richtung der jeweils anderen Endstellung gegen diese Vorspannung erfolgt. Hierdurch kann mit technisch einfachen und preiswerten Mitteln die Ansprechgeschwindigkeit dieser Ventile bzw. die Rückstellung in eine Endstellung oder in Richtung einer Endstellung erhöht werden
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch eine robuste und zugleich preiswerte Antriebstechnik zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten aus, wobei durch die Verwendung von Umgebungsluft für die Gasquelle, mittels der Gas mit Niederdruck an die nachgeschaltete Ventilanordnung geliefert wird, die Betriebskosten erheblich vermindert werden können. Zudem sind durch die direkte Bereitstellung von Niederdruck-Gasquellen die Mobilität verbessert und weitere technische Mittel zur Druckverminderung, die ansonsten bei der Verwendung von Hochdruck-Gasquellen notwendig sind, nicht erforderlich.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Es zeigen:

1 eine vereinfachte Prinzipdarstellung der Erfindung nach einer ersten Ausführungsform,
2 eine vereinfachte Prinzipdarstellung der Erfindung nach einer zweiten Ausführungsform,
3 eine vereinfachte Prinzipdarstellung einer Ventilanordnung, zur Verwendung bei einer Ausführungsform nach 1 oder 2,
4-6 jeweils vereinfachte Prinzipdarstellungen von weiteren Ventilanordnungen ähnlich zu 3, zur Verwendung bei einer Ausführungsform nach 1 oder 2.

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 10 zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten P in einer stark vereinfachten Prinzipdarstellung.
Das System 10 umfasst eine Gasquelle 12 mit einer Antriebseinheit 13, wobei der Gasquelle 12 ein Filter 11 vorgeschaltet sein kann. Der Gasquelle 12 nachgeschaltet ist eine Ventilanordnung 14 mit zumindest einem Proportionalventil. Ein Auslass 20 der Ventilanordnung 14 ist mit einer Leitungsanordnung 22 einer Beatmungsvorrichtung 24 zumindest pneumatisch gekoppelt, wobei der Auslass 20 mit einer Inspirationsleitung 26 der Leitungsanordnung 22 fluidisch verbunden ist. Die Inspirationsleitung 26 ist über ein Y-Stück 27 mit einer Exspirationsleitung 28 verbunden, wobei in der Exspirationsleitung 28 ein Auslassventil 30 angeordnet ist.
Das System 10 umfasst eine Steuereinrichtung 32, die steuerungstechnisch mit der Antriebseinheit 13 der Gasquelle 12, der Ventilanordnung 14 und dem Auslassventil 30 verbunden ist. Dies ist durch jeweilige Steuerungsleitungen verdeutlicht, die in 1 mit den Bezugszeichen 12s, 14s bzw. 30s bezeichnet sind. Entsprechend ist es möglich, die Antriebseinheit 13 , die Ventilanordnung 14 und/oder das Auslassventil 30 mittels der Steueranordnung 32 geeignet anzusteuern.
Stromabwärts der Ventilanordnung 14 ist eine erste Messeinrichtung 34 angeordnet. Mittels der ersten Messeinrichtung 34 werden zumindest ein Volumenstrom und/oder ein Druck des Gases, welches von der Ventilanordnung 14 zur Inspirationsleitung 26 gefördert wird, gemessen. Die erste Messeinrichtung 34 ist an die Steuereinrichtung 32 angeschlossen, was in 1 durch die Steuerleitung 34s symbolisiert ist. Entsprechend können die Messsignale der ersten Messeinrichtung 34 an die Steuereinrichtung 32 geleitet und darin verarbeitet werden.
Die erste Ausführungsform gemäß 1 dient zur Intensiv-Beatmung eines Patienten P. Entsprechend kann Patientengas, das durch die Inspirationsleitung 26 in den Patienten insuffliert wird, das Gas, welches durch die Gasquelle 12 geliefert und zur nachgeschalteten Ventilanordnung 14 gefördert wird, enthalten. Die Gasquelle 12 liefert das Gas zu der nachgeschalteten Ventilanordnung 14 mit Niederdruck, z. B. in einem Druckbereich von 20-200 mbar.
Optional kann für die Ausführungsform von 1 auch eine Zusatzgasquelle 50 vorgesehen sein, die über eine Dosiereinrichtung 52 an die Leitungsanordnung 22 angeschlossen ist. In der Zusatzgasquelle 40 ist ein Zusatzgas enthalten, vorzugsweise Sauerstoff (O₂). Nachfolgend wird dieses Zusatzgas stets mit Sauerstoff bezeichnet, ohne darin eine Einschränkung zu sehen. Bei dem Zusatzgas kann es sich auch um jedwedes anderes Gas handeln, welches für eine geeignete medizinische Versorgung des Patienten P der Patientenluft beizumischen ist.
Die Dosiereinrichtung 52 ist in bekannter Weise als schaltbares Ventil oder dergleichen ausgebildet, und deshalb im Detail nicht weiter erläutert. Die Dosiereinrichtung 52 kann steuerungstechnisch mit der Steuereinrichtung 32 verbunden sein, was in 1 durch die Steuerungsleitung 52s angedeutet ist. Entsprechend kann die Dosiereinrichtung 52 durch die Steuereinrichtung 32 angesteuert werden. Mittels der Dosiereinrichtung 52 kann Sauerstoff aus der Zusatzgasquelle 50 in gewünschter Menge in die Leitungsanordnung 22 zugemischt werden, so dass das Patientengas, zusätzlich zu dem durch die Gasquelle 12 geförderten Gas, auch mit Sauerstoff angereichert wird. Die Dosiereinrichtung 52 ist hierzu geeignet dazu ausgelegt, dass der Sauerstoff bereits mit vermindertem bzw. angepassten Druck in die Leitungsanordnung 22 zugemischt wird. In diesem Zusammenhang wird darauf verwiesen, dass die erste Messeinrichtung 34 auch dazu geeignet ist, den Sauerstoffgehalt des Gases, welches aus dem Auslass 20 der Ventilanordnung 14 austritt, zu messen, wobei ein entsprechendes Messsignal dann an die Steuereinrichtung 32 ausgegeben wird. In Folge dessen ist eine Ansteuerung der Dosiereinrichtung 52 und/oder der Ventilanordnung 14 in Abhängigkeit der gemessenen Sauerstoffkonzentration möglich.
In der Darstellung gemäß 1 ist ein Anschluss der Zusatzgasquelle 50 an die Leitungsanordnung 22 beispielhaft stromaufwärts der Ventilanordnung 14 dargestellt. Anders ausgedrückt, ist hierbei die Zusatzgasquelle 50 an die Leitungsanordnung 22 in einem Abschnitt davon zwischen der Gasquelle 12 und der Ventilanordnung 14 angeschlossen. Dies hat zur Folge, dass die Energie, die mittels der Gasquelle 12 in das in Richtung der Ventilanordnung 14 geförderte Gas eingebracht wird, ebenfalls auf den in die Leitungsanordnung 22 zugemischten Sauerstoff übertragen wird.
Alternativ zur Darstellung von 1 ist es auch möglich, die Zusatzgasquelle 50 stromabwärts der Ventilanordnung 14 an die Leitungsanordnung 22 anzuschließen, d. h. an einen Abschnitt der Leitungsanordnung 22 zwischen der Ventilanordnung 14 und der ersten Messeinrichtung 34. Bei dieser Alternative können in gleicher Weise wie vorstehend bereits erläutert Sauerstoff in die Leitungsanordnung 22 zugemischt und der Sauerstoffgehalt in dem Patientengas gemessen werden.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 10 in einer stark vereinfachten Prinzipdarstellung. Hierin sind gleiche Merkmale im Vergleich zu 1 mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen und zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals erläutert.
Das System 10 gemäß 2 dient für eine Narkose-Beatmung. Entsprechend umfasst dieses System 10 eine Gastrennungsvorrichtung 36, die zwischen dem Auslass 20 der Ventilanordnung 14 und der Leitungsanordnung 22 der Beatmungsvorrichtung 24 angeordnet bzw. geschaltet ist. Die Gastrennungsvorrichtung 36 weist in bekannter Weise einen darin befindlichen und in seinem Volumen veränderlichen Balg 37 auf. Entsprechend kann die Gastrennungsvorrichtung 36 als „Bellow-in-Bottle“-Vorrichtung oder als „Bag-in-bottle“-Vorrichtung ausgestaltet sein, die an sich bekannt und deshalb nicht weiter im Detail erläutert ist.
Der Balg 37 der Gastrennungsvorrichtung 36 ist mit einem stromabwärts davon vorgesehenen Patientengas-Kreissystem 38 verbunden, der Teil der Leitungsanordnung 22 mit der Inspirationsleitung 26 und der Exspirationsleitung 28 ist. Der Balg 37 erfüllt hierbei den Zweck, ein Antriebsgas, das durch die Ventilanordnung 14 in Richtung der Leitungsanordnung 22 gefördert wird, fluidisch von einem Patientengas in dem Patientengas-Kreissystem 38 zu trennen. Diese Trennung ist deshalb von Bedeutung, weil mittels einer Einrichtung 40 volatile Narkotika („VN“) und mittels einer Einrichtung 42 Frischgas („FGD“) in den Patientengas-Kreissystem 38 eingespeist werden. Gleichzeitig erfüllt der Balg 37 die Funktion einer pneumatischen Kopplung zwischen dem Antriebsgas, das durch die Ventilanordnung 14 in Richtung der Gastrennungsvorrichtung 36 gefördert wird, und dem in dem Patientengas-Kreissystem 38 enthaltenen Patientengas.
Bei den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 ist stromaufwärts des Auslassventils 30 jeweils eine zweite Messeinrichtung 44 angeordnet ist, mittels der zumindest ein Volumenstrom und/oder ein Druck in der Exspirationsleitung 28 gemessen werden kann. Durch die gestrichelten Linie 44s ist die Steuerleitung angedeutet, mit denen die Messsignale der zweiten Messeinrichtung 44 an die Steuereinrichtung 32 übertragen und darin geeignet ausgewertet werden können.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 kann mittels der zweiten Messeinrichtung 44 auch ein CO₂-Gehalt in der Ausatemluft des Patienten P gemessen werden (Kapnometrie). Alternativ ist es auch möglich, den CO₂-Gehalt durch einen separaten Sensor zu messen, der zwischen dem Y-Stück 27 und dem Tubus des Patienten angeordnet ist, wobei dieser separate Sensor auch mit der Steuereinrichtung 32 steuerungstechnisch verbunden sein kann. Hierdurch ist es möglich, den Atemzyklus des Patienten P zu detektieren, und dann die Antriebseinheit 13, die Ventilanordnung 14 und/oder die Dosiereinrichtung 52 in Abhängigkeit des gemessenen CO₂-Gehalts mittels der Steuereinrichtung 32 anzusteuern, zwecks einer Steuerung bzw. Regelung dieser Komponenten.
Bezüglich der ersten und zweiten Messeinrichtung 34, 44 versteht sich, dass es sich hierbei jeweils um ein integriertes Messsystem handeln kann, zur Messung der vorstehend genannten Größen. In 1 und 2 sind die ersten und zweiten Messeinrichtungen 34, 44 vereinfacht als lediglich eine Einrichtung bezeichnet, ohne darin eine Einschränkung zu verstehen. Alternativ können diese Messeinrichtungen 34, 44 auch separate Messgeräte aufweisen, nämlich jeweils zur Messung von Volumenstrom, Druck, Sauerstoffgehalt oder CO₂-Gehalt.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 kann ebenfalls der CO₂-Gehalt in der Ausatemluft des Patienten P bestimmt werden, nämlich durch einen (nicht gezeigten) separaten geeigneten Sensor, der entweder zwischem dem Y-Stück 27 und dem Tubus des Patienten, oder in der Exspirationsleitung 28 angeordnet ist. Dieser separate Sensor kann mit der Steuereinrichtung 32 steuerungstechnisch verbunden sein, so dass eine Ansteuerung der Antriebseinheit 13, der Ventilanordnung 14, der VN-Einrichtung 40 und/oder der FGD-Einrichtung 42 in Abhängigkeit des in der Ausatemluft gemessenen CO₂-Gehalts erfolgen kann, zwecks einer Steuerung bzw. Regelung dieser Komponenten.
Die Gasquelle 12 kann mit Umgebungsluft gespeist werden. Dies bedeutet, dass als Antriebsgas Umgebungsluft verwendet wird, die mittels einer Energiezufuhr durch die Antriebseinheit 13 der Gasquelle 12 zu der nachgeschalteten Ventilanordnung 14 geliefert wird. Die Antriebseinheit 13 kann als Verdichter, Kompressor oder als Pumpe ausgebildet sein. Die Antriebseinheit 13 kann von der Steuereinrichtung 32 angesteuert werden (vgl. Steuerleitung 12s), zur variablen Einstellung eines Betriebspunktes der Gasquelle 12.
In den 3 bis 6 sind weitere Details bezüglich der Ventilanordnung 14 erläutert, die sowohl bei der ersten Ausführungsform von 1 als auch bei der zweiten Ausführungsform von 2 eingesetzt werden kann.
3 zeigt eine vereinfachte Prinzipdarstellung der Ventilanordnung 14, bei der zwischen einem Einlass 15 und dem Auslass 20 ein Proportionalventil 16 angeordnet ist. Bei einer Ansteuerung der Ventilanordnung 14 durch die Steuereinrichtung 32, über die in 3 symbolisch gezeigte Steuerleitung 14s, wird die Schaltstellung des Proportionalventils 16 nach Bedarf geändert.
Das Proportionalventil 16 und das Auslassventil 30 können als 2/2-Wege-Proportionalventil ausgebildet sein. Diese Ventile können durch eine Federvorspannung in eine erste Endstellung, als Ausgangsstellung, bewegt ist, und z.B. elektromagnetisch, pneumatisch oder elektrisch in eine zweite Endstellung bewegt werden, oder in Richtung einer zweiten Endstellung, mit einer Vielzahl von möglichen Schaltpositionen zwischen diesen beiden Endstellungen. Alternativ hierzu ist ein Verstellen des Ventils zwischen seinen beiden Endstellungen auch ohne eine Federvorspannung möglich, nämlich allein durch eine Aktuierung eines zugehörigen Ventilkörpers mittels der vorstehend genannten Prinzipien, nämlich elektromagnetisch, pneumatisch oder elektrisch. Ein Verstellen dieser Ventile zwischen ihren Endstellungen kann durch eine translatorische oder rotatorische Bewegung des zugehörigen Ventilkörpers erfolgen.
Ausweislich der Darstellung in 3 ist das Proportionalventil 16 longitudinal in der Ventilanordnung 14 angeordnet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet dies, dass ein Durchfluss des Gases in der Ventilanordnung 14 von ihrem Einlass 15 zum Auslass 20 mittels des Proportionalventils 16 steuerbar ist, nämlich durch seine entsprechende Schaltstellung, die aus der Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 32 resultiert. In einer Endstellung des Proportionalventils 16 kann ein Durchfluss durch die Ventilanordnung 14 vollständig geöffnet sein, wobei in der jeweils anderen Endstellung des Proportionalventils 16 der Durchfluss durch die Ventilanordnung 14 vollständig gesperrt ist. Im Sinne einer Schieberfunktion kann das Proportionalventil 16 zwischen diesen beiden Endstellungen auch beliebig positioniert werden, um einen Durchfluss durch die Ventilanordnung 14 wie gewünscht zu steuern. In Verbindung mit einer solchen Durchfluss-Steuerung des Gases durch die Ventilanordnung 14 versteht sich, dass dabei auch dessen Druck in gewünschter Weise eingestellt wird.
4 zeigt eine Variante für die Ventilanordnung 14. Gleiche Merkmale wie bei der Variante gemäß 3 sind hierin mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Bei der Variante gemäß 4 ist innerhalb der Ventilanordnung 14 ein zweites Proportionalventil 17 vorgesehen, das transversal bzw. parallel und stromaufwärts zum Proportionalventil 16 angeordnet ist und zur Umgebung hin geöffnet werden kann. Das Proportionalventil 17 kann in gleicher Weise wie das Proportionalventil 16 ausgestaltet sein, so dass auf dessen obige Erläuterung verwiesen werden darf, wobei eine unabhängige Ansteuerung dieses Proportionalventils 17 durch die Steuereinrichtung 32 möglich ist. Die zusätzliche Anordnung des Proportionalventils 17 in der Ventilanordnung 14 hat den Vorteil einer präziseren Einstellbarkeit eines gewünschten Volumenstroms mit einem daraus resultierenden Druck für das Gas, welches durch die Ventilanordnung 14 geleitet wird.
5 zeigt eine weitere Variante für die Ventilanordnung 14. Im Unterschied zu der Variante von 4 ist nun ein zweites Proportionalventil 18 vorgesehen, das transversal bzw. parallel zum ersten Proportionalventil 16 angeordnet und gegenüber der Umgebung geöffnet werden kann. Bei dem zweiten Proportionalventil 18 kann es sich um den gleichen Ventiltyp wie bei dem Proportionalventil 16 handeln, wobei eine unabhängige Ansteuerung mittels der Steuereinrichtung 32 möglich ist.
Schließlich ist in 6 eine noch weitere Variante für die Ventilanordnung 14 dargestellt, mit beispielsweise drei Proportionalventilen 16, 17, 18, wobei die Ventile 17 und 18 jeweils transversal bzw. parallel zum Proportionalventil 16 angeordnet sind, nämlich jeweils stromaufwärts und stromabwärts des Ventils 16. Beide der Proportionalventile 17, 18 können gegenüber der Umgebung geöffnet werden und sind jeweils durch die Steuereinrichtung 32 unabhängig von dem Proportionalventil 16 ansteuerbar.
Bezüglich der Varianten gemäß der 4-6 darf darauf hingewiesen werden, dass nach einer alternativen Ausgestaltung der Proportionalventile 17, 18 deren jeweiligen Auslässe nicht zur Umgebung hin geöffnet, sondern stattdessen mit der Gasquelle 12 bzw. mit deren Ansaugbereich verbunden werden können. Dies ist in den 4 bis 6 jeweils durch gestrichelte Linien angedeutet, die auf das Bezugszeichen „12“ weisen. Somit kann das Gas, bei einer geeigneten Schaltstellung der Proportionalventile 17, 18, an die Gasquelle 12 bzw. deren Ansaugbereich zurückgeführt werden, was bei Schaltvorgängen der Ventilanordnung 14 vorteilhaft zu einer verminderten Geräuschentwicklung führt.
Die Ventilanordnung 14 ist in 3 prinzipiell stark vereinfacht dargestellt, wobei das Proportionalventil 16 hierbei die Funktion eines Durchflussventils übernimmt. Die Varianten nach den 4, 5 und 6 sind vorteilhaft im Hinblick auf eine genauere Einstellmöglichkeit für eine gewünschte Druckhöhe des durch die Ventilanordnung 14 geleiteten Antriebsgases, nämlich durch eine Ansteuerung der Proportionalventile 17 bzw. 18.
Bezüglich der Varianten der Ventilanordnung 14 gemäß der 4 bis 6 versteht sich, dass die darin gezeigten Proportionalventile 16, 17 und 18 vorzugsweise in einem gleichen Ventilblock der Ventilanordnung 14 untergebracht sind. Dies führt zu einer platzsparenden und robusten Anordnung dieser Mehrzahl von Proportionalventilen 16, 17, 18. Es darf nochmals darauf hingewiesen werden, dass alle Proportionalventile der Ventilanordnung 14 unabhängig voneinander von der Steuereinrichtung 32 angesteuert werden können, wodurch ein präzises Erzeugen eines gewünschten Beatmungsmusters für den Patienten P möglich ist.
Für eine weiter verbesserte Ansprechgeschwindigkeit und Schaltpräzision der Proportionalventile 16, 17,18 können Mittel vorgesehen sein, mittels denen eine Positionserkennung der Proportionalventile 16, 17,18 bzw. ihrer zugehörigen beweglichen Ventilkörper an den jeweiligen Endstellungen bzw. Schaltstellungen möglich ist. Diese Mittel sind in den 3-6 stark vereinfacht mit dem Bezugszeichen 19 symbolisiert, und können als Sensoren ausgebildet sein, die die Position eines zugehörigen Ventilkörpers der Proportionalventile 16, 17,18 detektieren. Die Messsignale der Sensoren 19 können an die Steuereinrichtung 32 gesendet und darin für einen Betrieb des Systems 10 bzw. des entsprechenden Verfahrens ausgewertet werden. Jedenfalls verbessert ein Detektieren der Schaltposition eines jeweiligen Proportionalventils 16, 17,18 durch einen zugeordneten Sensor 19 die Ansprechgeschwindigkeit und Ansprechgenauigkeit, wenn bei einer Ansteuerung der Ventilanordnung 14 die Proportionalventile 16, 17,18 in ihre Soll-Schaltstellung zu bewegen sind.
In gleicher Weise wie die Proportionalventile 16, 17,18 kann auch das Auslassventil 30 bei der Ausführungsform von 1 bzw. 2 mit einem Sensor ausgestattet sein, zur Positionserkennung der Endstellung bzw. Schaltstellung des Auslassventils 30 und seines zugehörigen Ventilkörpers. In den 1 und 2 ist ein solcher Sensor vereinfacht durch ein kleines Quadrat neben dem Auslassventils 30 dargestellt und jeweils mit dem Bezugszeichen 31 versehen. Durch gestrichelte Linien, die von dem Sensor 31 zur Steuerungsleitung 30s führen, kommt zum Ausdruck, dass der Sensor 31 ebenfalls an die Steuereinrichtung 32 angeschlossen ist, so dass die Messsignale des Sensors 31 und somit die Information über die Schaltstellung des Auslassventils 30 für ein Ansteuern des Auslassventils 30 berücksichtigt werden kann. Dies erhöht die Ansprechgeschwindigkeit und -genauigkeit des Auslassventils 30.
Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:

Bei dem System 10 gemäß 1 wird das Antriebsgas für den Patienten P durch die Gasquelle 12 an die daran angeschlossene Ventilanordnung 14 geliefert. Mittels der Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 32 werden mit der Ventilanordnung 14 der Volumenstrom und der Druck des Gases eingestellt, das durch die Ventilanordnung 14 in die Inspirationsleitung 26 gefördert wird. Mittels der Ventilanordnung 14 wird in jedem Fall sichergestellt, dass der Druck, mit dem das Gas von der Gasquelle 12 gefördert wird, ggf. weiter herabgesetzt wird, um die Bildung eines Barotraumas zu verhindern. Wahlweise kann die Ventilanordnung 14 den Durchfluss des Antriebs- bzw. Patientengases zur Leitungsanordnung 22 auch vollständig sperren, zur Erzeugung einer vorbestimmten Beatmungsfrequenz. Mittels der Steuereinrichtung 32 ist es ebenfalls möglich, das Auslassventil 30 in der Exspirationsleitung 28 anzusteuern, um dadurch z.B. einen positiven endexspiratorischen Druck (PEEP) in der Lunge des Patienten P zu bilden. Mittels der ersten Messeinrichtung 34 und der zweiten Messeinrichtung 44 erhält die Steuereinrichtung 32 Informationen bezüglich Volumenstrom und/oder Druck des Gases in der Inspirationsleitung 26 bzw. der Exspirationsleitung 28. Entsprechend können auf Grundlage einer geeigneten Auswertung der Messsignale der ersten und zweiten Messeinrichtung 34, 44 die veränderlichen Komponenten des Systems 10, nämlich die Antriebseinheit 13, die Ventilanordnung 14, das Auslassventil 30 und/ oder die Dosiereinrichtung 52 mittels der Steuereinrichtung 32 geeignet angesteuert werden, um ein jeweils gewünschtes Beatmungsmuster für den Patienten P zu erzeugen.

Bei dem System 10 gemäß 2 wird durch die Gasquelle 12 Antriebsgas erzeugt, das durch die nachgeschaltete Ventilanordnung 14 in Richtung der Gastrennungsvorrichtung 36 gefördert wird. Mittels der pneumatischen Kopplung in Form des Balgs 37 werden die physikalischen Größen des Antriebsgases (Volumenstrom, Druck, Frequenz) geeignet auf das in dem Patientengas-Kreissystem 38 enthaltene Patientengas übertragen, um dadurch in der Inspirationsleitung 26 das gewünschte Beatmungsmuster für den Patienten P zu erzeugen. Auch hierbei wird durch die Ventilanordnung 14 zur Verhinderung eines Barotraumas sichergestellt, dass der Druck, mit dem das Gas von der Gasquelle 12 gefördert wird, ggf. weiter vermindert wird. Die Einrichtungen 40, 42 zur Einspeisung der volatilen Narkotika („VN“) bzw. des Frischgases („FGD“) in den Patientengas-Kreissystem 38 können mit der Steuereinrichtung 32 steuerungstechnisch verbunden sein, was in 2 durch die gestrichelt gezeigte Steuerungsleitung 41s angedeutet ist. Entsprechend können die Einrichtungen 40, 42 nach Vorgabe von vorbestimmten Soll-Größen angesteuert werden.
Es darf nochmals darauf hingewiesen werden, dass die vorstehend genannte Ansteuerung der jeweiligen Komponenten des Systems 10 im Wege einer Steuerung oder Regelung erfolgen kann, um ein gewünschtes Beatmungsmuster zu erzeugen.
Die Steuereinrichtung 32 ist mit Eingabemitteln 33 ausgestattet, die in den 1 und 2 nur symbolisch gezeigt sind. Mittels dieser Eingabemittel 33 (z. B. Tastatur oder Schnittstellen zum Einlesen von Datenträgern, oder dergleichen) können Daten für vorbestimmte Beatmungsmuster in die Steuereinrichtung 32 eingegeben oder eingelesen werden, so dass auf Grundlage dieser Dateneingabe die obigen Komponenten des Systems 10 geeignet angesteuert werden, um ein gewünschtes Beatmungsmuster für den Patienten P zu erzeugen.
Das System 10 eignet sich sowohl für eine vollständig kontrollierte Beatmung als auch für eine assistierte Beatmung eines Patienten P. Bei einer assistierten Beatmung sind für den Patienten P Spontanatmungen möglich, wobei die einzelnen Hübe durch den Patienten getriggert werden können. Hierbei werden die Spontanatmungen des Patienten durch die ersten und zweiten Messeinrichtungen 34, 44 erfasst und entsprechende Messsignale der Steuereinrichtung 32 zugeführt, so dass die Ansteuerung der Antriebseinheit 13, der Ventilanordnung 14 und/oder des Auslassventils 30 an die Spontanatmung des Patienten P geeignet angepasst wird.

Claims

System (10) zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten (P), umfassend eine Gasquelle (12) zur Lieferung eines Gases mit Niederdruck, eine an die Gasquelle (12) angeschlossene Ventilanordnung (14) mit zumindest zwei Proportionalventilen (16, 17, 18), wobei ein Proportionalventil (16) longitudinal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung (14) geleiteten Gases und zumindest ein anderes Proportionalventil (17, 18) transversal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung (14) geleiteten Gases angeordnet sind, wobei die zumindest zwei Proportionalventile (16, 17, 18) in einem gleichen Ventilblock der Ventilanordnung (14) angeordnet sind, wobei ein Auslass (20) der Ventilanordnung (14) mit einer Leitungsanordnung (22) einer Beatmungsvorrichtung (24), die eine Inspirationsleitung (26) und eine Exspirationsleitung (28) aufweist, zumindest pneumatisch koppelbar ist, ein Auslassventil (30), durch das eine Exspirationsströmung beeinflussbar ist, eine mit der Ventilanordnung (14) steuerungstechnisch verbundene Steuereinrichtung (32), durch die die jeweilige Schaltstellung der Proportionalventile (16, 17, 18) in der Ventilanordnung (14) einstellbar ist, und eine erste Messeinrichtung (34), die stromabwärts der Ventilanordnung (14) vorgesehen ist, um zumindest den Druck und/oder den Volumenstrom des aus dem Auslass (20) der Ventilanordnung (14) in Richtung der Leitungsanordnung (22) austretenden Gases zu messen, wobei die erste Messeinrichtung (34) zur Auswertung ihrer Messsignale mit der Steuereinrichtung (32) verbunden ist, wobei die Ventilanordnung (14) durch die Steuereinrichtung (32) derart ansteuerbar ist, dass Einatemluft an den Patienten (P) durch die Inspirationsleitung (26) mit einem vorbestimmten Volumenstrom und/oder mit einem vorbestimmten Druck und/oder mit einer vorbestimmten Beatmungsfrequenz gefördert wird, wobei die Proportionalventile (16, 17, 18) in der Ventilanordnung (14) jeweils zumindest zwischen zwei Endstellungen verstellbar sind und ein Durchfluss des von der Gasquelle (12) gelieferten Gases durch die Ventilanordnung (14) in Richtung der Leitungsanordnung (22) mittels einer Schaltstellung der Proportionalventile (16, 17, 18) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Proportionalventile (16, 17, 18) mit Mitteln zur Positionserkennung eines zugehörigen Ventilkörpers an oder zwischen den jeweiligen beiden Endstellungen ausgestattet sind, wobei diese Mittel in Form von Sensoren ausgebildet sind.
System (10) nach Anspruch 1, bei dem ein vorbestimmter Druck der Einatemluft durch die Schaltstellung des zumindest einen Proportionalventils (17, 18), das transversal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung (14) geleiteten Gases angeordnet ist, einstellbar ist.
System (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Proportionalventil (17, 18), das transversal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung (14) geleiteten Gases angeordnet ist, zur Umgebung (U) hin geöffnet werden kann.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Auslass des Proportionalventils (17, 18), das transversal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung (14) geleiteten Gases angeordnet ist, mit der Gasquelle (12) verbindbar ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Auslass (20) der Ventilanordnung (14) mit der Inspirationsleitung (26) der Beatmungsvorrichtung (24) fluidisch verbunden ist, wobei Patientengas, das durch die Inspirationsleitung an den Patienten (P) gefördert wird, durch die Gasquelle (12) geliefertes Gas enthält.
System (10) nach Anspruch 5, bei dem eine Zusatzgasquelle (50), das ein Zusatzgas insbesondere in Form von Sauerstoff (O₂) enthält, über eine Dosiereinrichtung (52) an die Leitungsanordnung (22) angeschlossen ist, wobei das Zusatzgas mittels der Dosiereinrichtung (52) in die Leitungsanordnung (22) hinein zumischbar ist, wobei mittels der ersten Messeinrichtung (34) in dem aus dem Auslass (20) der Ventilanordnung (14) austretenden Gas eine Konzentration des Zusatzgases messbar ist, vorzugsweise, dass die Dosiereinrichtung (52) und/oder die Ventilanordnung durch die Steuereinrichtung (32) in Abhängigkeit der durch die zweite Messeinrichtung (34) bestimmten Konzentration des Zusatzgases ansteuerbar sind.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zwischen dem Auslass (20) der Ventilanordnung (14) und der Leitungsanordnung der Beatmungsvorrichtung (24) eine Gastrennungsvorrichtung (36) angeordnet ist, mittels der in der Leitungsanordnung (22) enthaltenes Patientengas in Bezug auf durch die Gasquelle (12) geliefertes und durch die Ventilanordnung (14) geleitetes Antriebsgas fluidisch getrennt und pneumatisch gekoppelt ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Auslassventil (30) durch die Steuereinrichtung (32) ansteuerbar und dadurch innerhalb eines Atemzyklus des Patienten mit einer Schaltstellung der Ventilanordnung (14) synchronisierbar ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem stromaufwärts des Auslassventils (30) eine zweite Messeinrichtung (44) zur Messung des Drucks und/oder des Volumenstroms und/oder der Frequenz der Ausatemluft des Patienten (P) vorgesehen ist, wobei die zweite Messeinrichtung (44) zur Auswertung ihrer Messsignale mit der Steuereinrichtung (32) verbunden ist, vorzugsweise, dass mittels der zweiten Messeinrichtung (44) auch ein CO₂-Gehalt in der Ausatemluft des Patienten (P) messbar ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Gasquelle (12) eine Antriebseinheit (13) insbesondere in Form eines Verdichters, eines Kompressors oder einer Pumpe aufweist, wobei die Antriebseinheit (13) eine Förderung des Gases zur Ventilanordnung (14) sicherstellt, vorzugsweise, dass die Gasquelle (12) mit Umgebungsluft gespeist wird.
System (10) nach Anspruch 10, bei dem die Antriebseinheit (13) der Gasquelle (12) entweder in einem konstanten Betriebspunkt betreibbar ist oder mit der Steuereinrichtung (32) steuerungstechnisch derart verbunden ist, dass der Betriebspunkt der Antriebseinheit (13) variabel und in Abhängigkeit der Messsignale der ersten Messeinrichtung (34) und/oder der zweiten Messeinrichtung (44) einstellbar ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Auslassventil (30) zumindest zwischen zwei Endstellungen verstellbar ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das zumindest eine Proportionalventil (16, 17, 18) und/oder das Auslassventil (30) ein Schalten zwischen ihren jeweiligen Endstellungen elektromagnetisch, elektrisch oder pneumatisch antreibbar sind, vorzugsweise, dass das Proportionalventil (16, 17, 18) und/oder das Auslassventil (30) zwischen den jeweiligen Endstellungen translatorisch oder rotatorisch bewegbar sind.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das Auslassventil (30) mit Mitteln (19; 31) zur Positionserkennung eines zugehörigen Ventilkörpers an oder zwischen den jeweiligen beiden Endstellungen ausgestattet ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem ein Proportionalventil der Ventilanordnung (14) die Funktion des Auslassventils (30) übernimmt.
Verfahren zur Bereitstellung eines Gases für die Beatmung eines Patienten (P), bei dem eine Ventilanordnung (14) an eine Gasquelle (12), die ein Gas mit Niederdruck liefert, angeschlossen ist und ein Auslass (20) der Ventilanordnung (14) mit einer Leitungsanordnung (22) einer Beatmungsvorrichtung (24), die eine Inspirationsleitung (26) aufweist, zumindest pneumatisch gekoppelt ist, wobei die Ventilanordnung (14) zur Förderung eines Gases von der Gasquelle (12) in Richtung der Leitungsanordnung (24) derart angesteuert wird, dass in der Inspirationsleitung (26) eine Einatemluft für den Patienten (P) mit einem vorbestimmten Volumenstrom, einem vorbestimmten Druck und/ oder einer vorbestimmten Beatmungsfrequenz erzeugt wird, wobei stromabwärts der Ventilanordnung (14) der Volumenstrom und/oder der Druck des in Richtung der Leitungsanordnung (22) geförderten Gases gemessen werden und die Ventilanordnung (14) in Abhängigkeit dieser Messgrößen angesteuert wird, wobei ein schaltbares Auslassventil (30) vorgesehen ist, das eine Exspirationsströmung beeinflusst und in Abhängigkeit des in der Exspirationsleitung (28) gemessenen Drucks der Ausatemluft und/oder in Abhängigkeit des Drucks und/oder des Volumenstroms, der stromabwärts der Ventilanordnung (14) gemessen wird, angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (14) zumindest zwei Proportionalventile (16, 17, 18) umfasst, die in einem gleichen Ventilblock der Ventilanordnung (14) angeordnet sind und jeweils mit Mitteln zur Positionserkennung eines zugehörigen Ventilkörpers an oder zwischen den jeweiligen beiden Endstellungen ausgestattet sind, wobei ein Proportionalventil (16) longitudinal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung (14) geleiteten Gases und zumindest ein anderes Proportionalventil (17, 18) transversal zur Durchströmungsrichtung des durch die Ventilanordnung (14) geleiteten Gases angeordnet sind und diese Proportionalventile (16,17, 18) unabhängig voneinander von einer Steuereinrichtung 32 angesteuert werden, um ein gewünschtes Beatmungsmuster zu erzeugen, wobei das andere Proportionalventil (17, 18) entweder zur Umgebung hin geöffnet oder dessen Auslass mit der Gasquelle (12) verbunden werden kann, wobei die Ventilanordnung (14) derart angesteuert wird, dass in der Inspirationsleitung (26) eine Einatemluft für den Patienten (P) mit einem vorbestimmten Volumenstrom und einem vorbestimmten Druck erzeugt wird.