DE102016001140A1 - Exspirationsventil, Inspirationsventil, Beatmungsgerät und Verfahren zur Steuerung einer Beatmung - Google Patents

Exspirationsventil, Inspirationsventil, Beatmungsgerät und Verfahren zur Steuerung einer Beatmung Download PDF

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Abstract

Ausführungsbeispiele schaffen ein Exspirationsventil, ein Inspirationsventil, ein Beatmungsgerät und Verfahren zur Steuerung einer Beatmung. Ein Exspirations- oder Inspirationsventil (10) für ein medizinisches Beatmungsgerät (30) zur Steuerung eines Durchflusses eines Fluids, insbesondere eines Atemgases, mit einem Eintritt (12) und einem Austritt (14) für das Fluid weist zwischen dem Eintritt (12) und dem Austritt (14) ferner einen Krater (16) und eine relativ zu dem Krater bewegliche Membran (18) zur Beeinflussung des Durchflusses durch den Krater (16) auf. Der Krater (16) und die Membran (18) sind derart angeordnet, dass der Krater (16) mittels der Membran (18) teilweise abdichtbar ist, wobei die Membran (18) und der Krater (16) bei Initialkontakt nicht vollflächig abschließen.

Description

  • Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Exspirationsventil, ein Inspirationsventil, ein Beatmungsgerät und ein Verfahren zur Steuerung einer Beatmung, insbesondere aber nicht ausschließlich, auf ein Konzept zur verbesserten Kontrolle eines Ventils für ein Beatmungsgerät.
  • Im medizinischen Bereich und insbesondere bei der automatisierten Patientenversorgung kommen Ventile und Ventilsysteme zum Einsatz. Beispielsweise bei der maschinellen Beatmung kommen Membranen vor und sind dort oftmals unverzichtbare Elemente. Eine Membran ist ein elastisches oder teilelastisches Element, welches mit einer Kraft bzw. einem Weg beaufschlagt werden kann, durch die oder den sich eine Verformung der Geometrie einstellt. Durch die Verformung der Membran wird beispielsweise eine Öffnung verschlossen bzw. geöffnet.
  • Membranen kommen beispielsweise bei Exspirationsventilen zum Einsatz mit deren Hilfe die Atemphasen von Patienten bei aktiver, maschineller Beatmung gesteuert werden. Während der Exspiration erfährt die Membran eine große, dynamische Änderung. Durch die steuernde Kraft und die Gegenkraft des Gasgemisches (auch Durchfluss oder engl. „Flow”) wird die Membran nicht selten zum Schwingen angeregt. Diese Schwingungen können sich negativ auf die Flow- und Druckmessung durch das Beatmungsgerät auswirken. Weiterhin kann der Komfort des Patienten durch Schwingungen während der Beatmung beeinträchtigt werden, bzw. können die Schwingungen so ausgeprägt sein, dass sie sich im hörbaren Bereich befinden und als akustische Belästigung für Anwender und Patient empfunden werden.
  • Bei großem positivem endexspiratorischem Druck (auch engl. Positive End-Expiratory Pressure (PEEP), positiver, verbleibender Druck am Ende der Exspiration) und kleinem Flow (Volumenstrom am Ende der Exspiration) werden bei bestehenden Systemen oft Schwingungen beobachtet, die sich ungünstig auswirken können.
  • Es besteht daher ein Bedarf daran, ein verbessertes Konzept für die Beatmung von Patienten zu schaffen.
  • Diesem Bedarf werden Ausführungsbeispiele eines Exspirations- oder Inspirationsventils gemäß Anspruch 1, eines Beatmungsgerätes gemäß Anspruch 14 und eines Verfahrens gemäß Anspruch 15 gerecht.
  • Dies wird dadurch gelöst, dass Exspirations- oder Inspirationsventile (im Folgenden auch kurz Ventile genannt) eingesetzt werden, die eine verbesserte Kontrolle über den Durchfluss durch ein kontrollierteres Öffnungs- bzw. Schließverhalten ermöglichen. Es werden daher an den Ventilen Maßnahmen ergriffen, die ein vollständiges Öffnen, ein kontrollierbares oder definiertes teilweises Schließen und ein vollständiges Verschließen erlauben. Ausführungsbeispiele können so Schwingen der Membran reduzieren, die beispielsweise bedingt durch ein undefiniertes Schließen des „Null-Spaltes” (z. B. Anliegen von einem Krater und einer Membran) auf der einen Seite und große lokale strömungsinduzierte Kräfte auf der anderen Seite entstehen.
  • Ausführungsbeispiele schaffen daher ein Exspirations- oder Inspirationsventil für ein medizinisches Beatmungsgerät zur Steuerung eines Durchflusses eines Fluids. Das Fluid ist insbesondere ein Atemgas. Das Ventil umfasst dabei einen Eintritt und einen Austritt für das Fluid. Das Ventil weist zwischen dem Eintritt und dem Austritt ferner einen Krater und eine relativ zu dem Krater bewegliche Membran zur Beeinflussung des Durchflusses durch den Krater auf. Der Kater und die Membran sind derart angeordnet, dass der Krater mittels der Membran teilweise abdichtbar ist, wobei die Membran und der Krater bei Initialkontakt nicht vollflächig abschließen. Der nicht vollflächige Abschluss und die damit einhergehende teilweise Abdichtbarkeit kann zur Stabilisierung der Membranposition bzw. Schwingungsreduktion genutzt werden. In Ausführungsbeispielen kann. der Krater mittels der Membran teilweise und vollständig kontrolliert abdichtbar sein. Ausführungsbeispiele können so einen vollständigen Steuerbereich, kontrolliertes Öffnen, kontrolliertes teilweises Öffnen oder Schließen und kontrolliertes vollständiges Schließen ermöglichen. Dies kann insbesondere beim Einsatz in Beatmungsgeräten zu einem erhöhten Komfort führen.
  • In Ausführungsbeispielen kann die Membran ein elastisches Material und zumindest ein Dämpfungselement aufweisen. Das Dämpfungselement kann eine einfache bauliche Maßnahme darstellen, um die oben beschriebene Kontrollierbarkeit bzw. teilweise Verschließbarkeit zu erreichen. Beispielsweise kann das Dämpfungselement eine einseitige Versteifung der Membran umfassen. Die einseitige Versteifung kann ein ungleichmäßiges Nachgeben der Membran und damit ein kontrollierbares teilweises Verschließen bzw. Öffnen ermöglichen. In manchen Ausführungsbeispielen können die Membran und der Krater einen definierten Auflagepunkt oder eine definierte begrenzte Auflagefläche aufweisen, an dem oder an der sich die Membran und der Krater bei einem Verschließen des Ventils zuerst berühren. Insofern kann durch den definierten Auflagepunkt, bzw. die Auflagefläche, ein Öffnungs- und/oder Schließverhalten mechanischer Art vordefiniert werden, über dessen Geometrie wiederum ein Durchflussverhalten bei gegebenen Druckdifferenzen kontrollierbar wird.
  • In einigen weiteren Ausführungsbeispielen kann der Krater eine Dichtkontur zur Abdichtung mit einer Dichtfläche der Membran aufweisen. Der Krater und die Membran können ausgebildet sein, um zwischen der Dichtkontur und der Dichtfläche einen Dichtspalt zu bilden. Der Dichtspalt kann dann derart gebildet sein, dass im Zuge eines Schließens des Dichtspaltes die Dichtkontur die Dichtfläche an einem definierten ersten Punkt berührt und dass der Dichtspalt an einem definierten zweiten Punkt, an welchem sich Dichtkontur und Dichtfläche nicht berühren, ein definiertes Ausmaß annimmt. Eine solche Anordnung kann über die entsprechenden geometrischen Verhältnisse ebenfalls ein kontrollierbares Verhalten des Ventils ermöglichen. Der Durchfluss des Fluids durch den Dichtspalt kann dann entsprechend steuerbar sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Membran eine laterale Ausdehnung aufweisen, beispielsweise einen Durchmesser bei einer Membran mit einem runden Querschnitt, eine Halbachse bei elliptischem Querschnitt, Länge oder Breite bei anderen Formen. Bei Berühren der Dichtkontur und der Dichtfläche an dem definierten ersten Punkt kann das Ausmaß des Dichtspaltes an dem definierten zweiten Punkt dann beispielsweise ein Prozent der lateralen Ausdehnung der Membran übersteigen. Durch solche definierten geometrischen Verhältnisse können Ausführungsbeispiele erlauben von einem Öffnungs- oder Schließungsgrad des Ventils auf andere Größen zu schließen, beispielsweise Durchfluss, Flow, Volumenstrom, Druck, Druckdifferenz, Schwingungsintensität, Schwingungsdämpfumg, usw.
  • Das Dämpfungselement kann in weiteren Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um die Membran bei einer Kraftbeaufschlagung unsymmetrisch oder asymmetrisch auszulenken. Die Dichtfläche kann die Dichtkontur teilweise berühren, wenn die Membran den Krater teilweise abdichtet. Ergänzend oder alternativ kann die Membran derart ausgebildet sein, dass sich unter Kraftbeaufschlagung der Membran eine asymmetrische Kraftverteilung zwischen der Dichtfläche und der Dichtkontur einstellt. Insofern kann die Membran durch entsprechende Mittel, wie z. B. pneumatisch und/oder per Stößel, gesteuert werden und die asymmetrische Auslenkung und/oder Kraftverteilung erlaubt dann eine entsprechende Kontrolle und/oder Schwingungsdämpfung.
  • In einigen Ausführungsbeispielen können die Membran und das Dämpfungselement einstückig ausgebildet sein. Das Dämpfungselement kann dabei innerhalb oder außerhalb der Membran angeordnet sein, wobei bei hierdurch vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und Implementierungen ermöglicht werden und Ausführungsbeispiele so diesbezüglich an die jeweilige Anwendung angepasst werden können. Beispielsweise kann das Dämpfungselement eine elastische Struktur und/oder eine verdichtete Struktur umfassen. Die kontrollierbare teilweise Verschließbarkeit kann so durch entsprechende Strukturen erreicht werden. Die Dichtfläche und die Dichtkontur können zueinander einen Winkel einschließen. Ein so ermöglichtes schräges Verschließen kann eine einfache Implementierung der teilweisen Verschließbarkeit oder Öffnung des Ventils darstellen. Die Dichtfläche und/oder die Dichtkontur können gegenüber einer Längsachse des Kraters angeschrägt sein, was zu einem ähnlichen Effekt und einer einfachen Implementierung führen kann.
  • Die Dichtfläche und/oder die Dichtkontur können in einigen Ausführungsbeispielen ein oder mehrere definierte Unebenheiten aufweisen, die bei Kraftbeaufschlagung der Membran mit einer vordefinierten Kraft ein oder mehrere definierte Restöffnungen zwischen der Dichtfläche und der Dichtkontur bilden. Die Restöffnungen können dann einen definierten Durchfluss bedingen, sodass ein kontrollierbarer oder definierter Zustand des Ventils erreicht wird. Die ein oder mehreren Restöffnungen können dann in einigen weiteren Ausführungsbeispielen durch Beaufschlagung der Membran mit einer weiteren, größeren Kraft verschließbar sein, so dass das Ventil dann auch vollständig geschlossen werden kann.
  • Ausführungsbeispiele schaffen darüber hinaus ein Beatmungsgerät mit einem Exspirations- oder Inspirationsventil gemäß obiger Beschreibung.
  • Ausführungsbeispiele schaffen auch ein Verfahren zur Steuerung einer Beatmung mittels eines Durchflusses eines Fluids, insbesondere eines Atemgases, durch ein Exspirations- oder Inspirationsventil mit einem Eintritt und einem Austritt für das Fluid. Das Ventil weist zwischen dem Eintritt und dem Austritt ferner einen Krater und eine relativ zu dem Krater bewegliche Membran zur Beeinflussung des Durchflusses durch den Krater auf. Das Verfahren zur Steuerung des Durchflusses umfasst ein teilweises Abdichten des Kraters mit der Membran und ein nicht vollflächiges Abschließen von Membran und Krater bei Initialkontakt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welche Ausführungsbeispiele generell jedoch nicht insgesamt beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils;
  • 2 eine Schnittansicht eines Ventils in einem Beatmungsgerät;
  • 3 einen zeitlichen Druckverlauf sowie einen zeitlichen Volumenstromverlauf im Zuge einer Inspiration und einer Exspiration;
  • 4 einen zeitlichen Druckverlauf sowie ein zeitlichen Volumenstromverlauf im Rahmen einer druckunterstützenden Beatmung, welche im Rahmen von Spontanatemversuchen eines Patienten erfolgt;
  • 5 ein Ausführungsbeispiel eines schematisch dargestellten Beatmungsgerätes;
  • 6 ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils mit einer Versteifung innerhalb der Membran;
  • 7 ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils mit einer Versteifung außerhalb der Membran;
  • 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils mit einer Versteifung außerhalb der Membran;
  • 9 ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils mit einer einseitigen Verdichtung oder Beschwerung der Membran;
  • 10 eine Darstellung eines Scharnierprinzips in manchen Ausführungsbeispielen;
  • 11 ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils mit einem Winkel zwischen Membran und Krater;
  • 12 ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils mit einem angeschrägten Krater;
  • 13 ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils mit einer angeschrägten Membran;
  • 14 ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils mit einer definierten Unebenheit in dem Krater;
  • 15 ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils mit einer definierten Unebenheit in der Membran; und
  • 16 ein Blockschaltbild eines Ablaufdiagramms eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Steuerung einer Beatmung.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Optionale Komponenten sind in den Figuren mit gestrichelten Linien oder Pfeilen dargestellt.
  • Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.
  • Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden” oder „verkoppelt” bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden” oder „direkt verkoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z. B., „zwischen” gegenüber „direkt dazwischen”, „angrenzend” gegenüber „direkt angrenzend” usw.).
  • Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer,” „eine”, „eines” und „der, die, das” auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z. B. „beinhaltet”, „beinhaltend”, „aufweist”, „umfasst”, „umfassend” und/oder „aufweisend”, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
  • Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z. B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hierin nicht ausdrücklich definiert ist.
  • 1 illustriert ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10. Das in der 1 gezeigte Exspirations- oder Inspirationsventil 10 eignet sich beispielsweise für ein medizinisches Beatmungsgerät zur Steuerung eines Durchflusses eines Fluids, insbesondere eines Atemgases, das anhand der folgenden Figuren noch näher erläutert wird. Wie die 1 zeigt, umfasst das Ventil 10 einen Eintritt 12 und einen Austritt 14 für das Fluid. In Ausführungsbeispielen kann die Durchflussrichtung unter Umständen auch anders herum verlaufen und dann Eintritt 12 und Austritt 14 vertauscht sein. Die in der 1 gezeigte Durchflussrichtung wird in den folgenden Figuren beibehalten, wobei jeweils auch eine andere Durchflussrichtung bzw. eine Vertauschung von Eintritt und Austritt möglich sind.
  • Das Ventil 10 weist zwischen dem Eintritt 12 und dem Austritt 14 ferner einen Krater 16 und eine relativ zu dem Krater bewegliche Membran 18 zur Beeinflussung des Durchflusses durch den Krater 16 auf. Der Krater 16 und die Membran 18 sind derart angeordnet, dass der Krater 16 mittels der Membran 18 teilweise abdichtbar ist, wobei die Membran 18 und der Krater 16 bei Initialkontakt nicht vollflächig abschließen. Dieses nicht vollständige Abschließen kann anhand der im Folgenden weiter erläuterten verschiedenen Maßnahmen erreicht werden. Beispielsweise kann in dem Bereich 20, der in der 1 gekennzeichnet ist, eine Maßnahme ergriffen werden und/oder ein Dichtspalt 22, der sich zwischen Membran 18 und Krater 16 befindet, kann entsprechend modifiziert werden. Eine Auswahl an konkreten Maßnahmen wird im Folgenden im Detail erläutert.
  • Die 1 zeigt schematisch das Ventil 10, bei dem der Spalt 22 zwischen Membran 18 und Krater 16 noch geöffnet ist. Wirkt die eingezeichnete Kraft 24 auf die Membran, vergrößert oder verringert sich der Spalt 22. Somit kann der eingezeichnete Flow (Volumenfluss des Atemgases angedeutet durch den gebogenen Pfeil) erst geringer dosiert und schließlich gänzlich eingestellt werden. Mit Membranen 18 werden so Zeitpunkt und Geschwindigkeit von Atemphasen bei maschineller Beatmung, sowie durch Variation der Spaltbreite die Größe der Druckniveaus während der Atemphasen gesteuert. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10, wie es beispielsweise in einem Beatmungsgerät eingesetzt werden kann. Die 2 zeigt dabei drei Ansichten, eine perspektivische Ansicht einer Membran 18 auf der linken Seite, eine Schnittansicht des Ventils 10 in der Mitte und eine perspektivische Ansicht des zugehörigen Kraters 16 auf der rechten Seite. In der linken Ansicht ist die Dichtfläche 26 zu erkennen, die mit einer Dichtkontur 28 des Kraters 16 abdichtet, sofern eine ausreichende Kraft 24 auf die Membran 18 ausgeübt wird. Die Membran 18 ist hier scheibenförmig ausgebildet, wobei sich die Dichtfläche 26 in der Mitte der Membran 18 befindet und über eine elastische Wulst oder einen Falz mit einem diese konzentrisch umgebenden Befestigungsring gekoppelt ist. Die Membran 18 kann dabei einstückig aus einem elastischen Material gebildet sein. In der Mitte der 2 sind diese Komponenten ebenfalls dargestellt, wobei der Dichtspalt 22 hier geöffnet ist. Der Durchfluss (Flow) ist anhand eines gestrichelten Pfeiles dargestellt und verläuft in der Darstellung von rechts nach links und dann nach unten, demnach ist in diesem Ausführungsbeispiel der Eintritt 12 für das Fluid rechts und der Austritt 14 links angeordnet. In der mittigen und rechten Darstellung sind darüber hinaus Befestigungskomponenten des Kraters 16 zu erkennen, die zur Befestigung in einem Beatmungsgerät dienen, das im Weiteren noch erläutert wird. In der 2 rechts ist der Krater 16 zu sehen, der für die Membran 18 eine Fixierung 29 aufweist, die hier als ringförmige Nut ausgebildet ist. Der Krater 16 ist hülsenförmig oder zylinderförmig ausgebildet, sodass sich eine kreisförmige Dichtkontur 28 ergibt.
  • Anhand der folgenden 3 bis 5 soll der Ablauf einer Beatmung sowie ein Beatmungsgerät unter Einsatz eines Ausführungsbeispiels eines Ventil näher beschrieben werden. 3 zeigt einen zeitlichen Druckverlauf sowie einen zeitlichen Volumenstromverlauf im Zuge einer Inspiration und einer Exspiration. 4 illustriert einen zeitlichen Druckverlauf sowie ein zeitlichen Volumenstromverlauf im Rahmen einer druckunterstützenden Beatmung, welche im Rahmen von Spontanatemversuchen eines Patienten erfolgt. 3 und 4 zeigen Kurvenverläufe, anhand derer beispielhaft eine druckgesteuerte Beatmung erläutert wird.
  • Die 3 zeigt zur Illustration einer Beatmung mit Triggersteuerung einen Druckverlauf eines Druckwertes P über der Zeit, wobei ferner ein zeitlicher Verlauf eines Volumenstroms V . zu sehen ist. Wird ein Patient durch eine Beatmungsvorrichtung beatmet, so erfolgt die Drucksteuerung derart, dass vor einer inspiratorischen Phase INP der Druck auf einen mindesten endexspiratorischen Druck PEEP (engl. „Positive and Exspiratory Pressure”) geregelt wird. Macht ein Patient einen Spontanatemversuch, so führt dies zum Überschreiten des Volumenstroms V . über eine sogenannte Triggerschwelle bzw. Flow-Triggerschwelle FT zum Zeitpunkt ZP. Es wird dann bei Schwellenüberschreitung der Druck P derart geregelt, dass der Druck P auf einen Maximaldruck Pmax geregelt wird, wobei dieser Maximaldruck Pmax um einen Differenzdruck ΔP über dem Mindestdruck PEEP liegt. Üblicherweise wird eine Zeitdauer T_IP für eine inspiratorische Phase vorgegeben, sodass dann nach Ablauf der Zeitdauer T_IP mit der exspiratorischen Phase EXP begonnen wird, während welcher wiederum der Druck P auf den Minimaldruck PEEP abgesenkt wird. Somit ergibt sich während der exspiratorischen Phase aufgrund des Ausströmens des Volumenstromes V . aus dem Patienten heraus ein negativer Volumenstrom V ..
  • Eine derartige, triggergesteuerte Beatmung wird beispielsweise im Rahmen einer druckunterstützenden Beatmung durchgeführt, wie sie auch noch einmal in der 4 gezeigt ist.
  • Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Beatmungsgerätes 30 oder einer Beatmungsvorrichtung BV zur automatisierten Beatmung eines Patienten PT. Die Beatmungsvorrichtung BV weist einen inspiratorischen Port IP und einen exspiratorischen Port EP auf, an welche ein Beatmungsschlauch BS angeschlossen werden kann, welcher dem Patienten PT zugewandt ist. Über diesen Beatmungsschlauch BS wird ein Atemgas dem Patienten zugeführt und auch wieder von dem Patienten hin zur Vorrichtung BV abgeführt. Die Zuführung erfolgt über den inspiratorischen Port IP, die Abführung erfolgt über den exspiratorischen Port EP. Der Beatmungsschlauch BS führt die Anschlösse der Ports EP, IP an einem sogenannten Y-Stück YS zusammen, welches dann üblicherweise an einem Tubus endet, der dem Patienten PT eingeführt wird, um ihn über seine Lunge LU zu beatmen.
  • Die Beatmungsvorrichtung BV weist ferner eine Atemgasfördereinheit AGF auf. Vorzugsweise ist die Atemgasfördereinheit AGF eine Kolbeneinheit KE, in welcher ein Kolben KO durch einen Motor M vor- bzw. zurückgeführt werden kann.
  • Die Beatmungsvorrichtung BV weist wenigstens einen Volumenstromsensor VS zum Erfassen eines Volumenstroms des Atemgases auf. Der Volumenstromsensor VS kann ein Volumenstromsensorsignal VSS an eine Recheneinheit R bereitstellen. Bei der Recheneinheit R handelt es sich um wenigstens eine Recheneinheit, welche auch durch einen Verbund mehrerer Recheneinheiten verwirklicht werden kann. Ferner weist die Beatmungsvorrichtung BV einen Drucksensor DS zum Erfassen eines Drucks des Atemgases auf. Der Drucksensor DS stellt ein Drucksensorsignal DSS an die Recheneinheit R bereit. Die Recheneinheit R ist dazu ausgebildet, über ein Ansteuersignal ANS die Atemgasfördereinheit AGF anzusteuern. Die Recheneinheit R greift vorzugsweise auf eine Speichereinheit MEM zurück, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Ein Mindestdruck PEEP wird vorzugsweise durch ein exspiratorisches Ventil PV, welches einem Ausführungsbeispiel des beschriebenen Ventils 10 entspricht und welches vorzugsweise in dem Bereich des exspiratorischen Ports EP liegt, realisiert.
  • Ferner ist ein inspiratorisches Ventil IV gegeben, das ebenfalls dem beschriebenen Ventil 10 entspricht, welches eine Atemluftzufuhr von der Beatmungsvorrichtung hin zu dem Patienten PT kontrolliert. Für den Fall, dass die Beatmungsvorrichtung BV eine Anästhesiebeatmungsvorrichtung ist, weist die Beatmungsvorrichtung BV vorzugsweise einen Kohlendioxidabsorber CA sowie eine Narkosegasmischeinheit NG auf. Über die Narkosegasmischeinheit NG kann dann ein für die Narkose erforderliches Gasgemisch in den Atemkreislauf eingebracht werden. Ferner weist die Beatmungsvorrichtung BV als Anästhesiebeatmungsvorrichtung eine Anästhesiegasfortleitung ANF bzw. einen Anschluss an eine Anästhesiegasfortleitung ANF auf. Der Gasfluss innerhalb der Beatmungsvorrichtung BV ist durch Rückschlagventile RV kontrolliert. Die Recheneinheit R steuert vorzugsweise die Narkosegasmischeinheit NG mittels eines Steuersignals NGAS.
  • Wie die 35 verdeutlichen, gibt es für die maschinelle Beatmung eines Patienten Inspirations- und Exspirationsphasen. Beide Phasen können durch Inspirations- bzw. Exspirationsventile 10 gesteuert werden. Ausführungsbeispiele der Ventile 10 vermindern Schwingungen, die in verschieden Situationen auftreten können, und können damit den Beatmungskomfort des Patienten positiv beeinflussen. Schwingungen können beispielsweise bei der Atemluftzufuhr (Inspiration) beim Erreichen des inspiratorischen Druckplateaus oder bei der Atemluftabfuhr (Exspiration) beim Erreichen des endexspiratorischen Druckplateaus (PEEP) auftreten. Ausführungsbeispiele der Ventile 10 können generell bei Beatmungsgeräten eingesetzt werden; beispielsweise also im Bereich der Anästhesie-, Intensiv,- und Notfallbeatmung. Beispielsweise können die auftretenden Schwingungen nach Frequenzbereichen f unterschieden werden, zum Beispiel, 0 < f < 20 Hz, 20 Hz < f < 50 Hz, 50 Hz < f < 200 Hz, 200 Hz < f < 2 kHz, 2 Hz < f < 20 kHz, wobei auch mehrere Frequenzen zeitgleich auftreten können.
  • Im Folgenden werden einige weitere Ausführungsbeispiele von Ventilen beschrieben, insbesondere verschiedene Ausgestaltungen der Membran 18 und des Kraters 16, die auf ein oder mehrere, ggf. auch auf alle, Frequenzbereiche abgestimmt sein können. Beispielsweise kann das Schließverhalten der Membran 18 im Hinblick auf einen ersten Auflagepunkt am Krater 16 bis hin zum kompletten Verschließen definiert gestaltet werden und so Schwingungen direkt vermindert oder ganz eingestellt werden. Der Krater 16 kann dann mittels der Membran 18 teilweise und vollständig kontrolliert abdichtbar sein. Um einen ersten Auflagepunkt zu definieren, sind mehrere Optionen denkbar wie es schematisch in den nachfolgenden Fign. dargestellt wird.
  • 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10 mit einer Versteifung innerhalb der Membran 18. Das Ventil 10 kann demnach ein Dämpfungselement 32 umfassen und die Membran 18 kann aus einem elastischen Material gebildet sein. Das Dämpfungselement 32 kann, wie beispielsweise in der 6 gezeigt, eine einseitige Versteifung der Membran 18 umfassen. Die 6 zeigt ferner die Dichtkontur 28 des Kraters 16, die der Dichtfläche 26 der Membran 18 zugewandt ist.
  • In Ausführungsbeispielen können als Material für die Membran 18 generell Membran-Elastomere eingesetzt werden. Beispiele sind hyperelastische Werkstoffe meist mit medizinischer Zulassung (Biokompatibilität), z. B. Silikon, thermoplastische Elastomere (TPE). Für das Dämpfungselement 32 bzw. die Membran-Versteifung können beispielsweise medizinische Metalle oder medizinische Kunststoffe eingesetzt werden, z. B. Titan, Messing, Polyprophylen (PP), Polyethylen (PE), Poly(aryl)sulfon (PSU), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polystyrol (PS), usw. Bezüglich des Krater 16 können beispielsweise medizinische Kunststoffe oder medizinische Metalle zum Einsatz kommen, z. B. PP, PE, PSU, ABS, PS, Titan, Messing, usw. In der 6 ist das Dämpfungselement innerhalb der Membran 18 gezeigt, die 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10 mit einer Versteifung bzw. einem Dämpfungselement 32 außerhalb der Membran 18. Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10 mit einer Versteifung oder einem Dämpfungselement 32 außerhalb der Membran 18 ist in der 8 dargestellt.
  • Das Dämpfungselement 32 ist in den 68 vereinfacht mittels eines Federsymbols dargestellt, was in Ausführungsbeispielen wiederum unterschiedlichen Implementierungen entsprechen kann. Beispiele sind Rippen, Stege, Laschen, Flansche, Verdichtungen, Verdickungen, die jeweils aus dem gleichen oder einem anderen Material als die Membran 18 gebildet sein können. 9 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10 mit einer einseitigen Verdichtung oder Beschwerung 34 der Membran dar. In den Ausführungsbeispielen der 69 führen die Dämpfungselemente 32 oder die Beschwerung 34 zu einer statischen/dynamischen Veränderung des Winkels der Rotationsachsen von Krater 16 und Membran 18 im Betrieb. Es entsteht eine Art Scharnier. Dieses Scharnierprinzip für manche Ausführungsbeispiele soll anhand der 10 näher erläutert werden. 10 illustriert einen Schließvorgang des Ventils 10 in einem Ausführungsbeispiel in einer charakteristischen Abfolge: offen – teilweise geschlossen – komplett geschlossen. Der Übersichtlichkeit halber wurden nicht alle Bezugszeichen in der 10 nochmals wiederholt, die gezeigten Komponenten entsprechen denen in den anderen Figuren.
  • In der 10 oben ist das Ventil 10 dargestellt in geöffnetem Zustand. Die 10 zeigt in der Mitte, dass beim Schließvorgang die Membran 18 und der Krater 16 einen definierten Auflagepunkt oder eine definierte begrenzte Auflagefläche bilden, an dem oder an der sich die Membran 18 und der Krater 16 bei einem Verschließen des Ventils 10 zuerst berühren. Die Darstellung in der 10 unten zeigt dann das Ventil 10 in vollständig geschlossenen Zustand. Die in der Mitte der 10 gezeigt Asymmetrie kann beispielsweise durch die oben beschriebenen Dämpfungselemente 32 oder die Beschwerung 34 erreicht werden.
  • Wie schon anhand der oben beschriebenen Darstellungen erläutert, weist der Krater 16 eine Dichtkontur 28 zur Abdichtung mit einer Dichtfläche 26 der Membran 18 auf. Der Krater 16 und die Membran 18 sind hier ausgebildet, um zwischen der Dichtkontur 28 und der Dichtfläche 26 einen Dichtspalt 22 zu bilden. Der Dichtspalt 22 ist wiederum derart gebildet, dass bei Berühren der Dichtkontur 28 und der Dichtfläche 26 und damit Schließen des Dichtspaltes 22 an einem definierten ersten Punkt (in der mittleren Darstellung der 10 links), der Dichtspalt 22 an einem definierten zweiten Punkt (in der mittleren Darstellung der 10 rechts), an dem sich Dichtkontur 28 und Dichtfläche 26 nicht berühren, ein definiertes Ausmaß annimmt. In einigen weiteren Ausführungsbeispielen wird der Durchfluss des Fluids durch den Dichtspalt 22 so steuerbar. In anderen Worten ist der Dichtspalt 22 derart gebildet, dass im Zuge eines Schließens des Dichtspaltes 22 die Dichtkontur 28 die Dichtfläche 26 an einem definierten ersten Punkt berührt und dass der Dichtspalt 22 an einem definierten zweiten Punkt, an welchem sich Dichtkontur 28 und Dichtfläche 26 nicht berühren, ein definiertes Ausmaß annimmt.
  • Die Steuerbarkeit bzw. Kontrollierbarkeit hängt insofern mit der Geometrie der Membran 18 zusammen. Die Membran 18 kann eine laterale Ausdehnung aufweisen und bei Berühren der Dichtkontur 28 und der Dichtfläche 26 an dem definierten ersten Punkt kann das Ausmaß des Dichtspaltes 22 an dem definierten zweiten Punkt ein Prozent der lateralen Ausdehnung der Membran 18 übersteigen. In der 10 wird von einem runden Querschnitt der Membran 18 ausgegangen, sodass die Höhe des Dichtspaltes an dem zweiten Punkt in der mittleren Darstellung größer als ein Prozent des Durchmessers der Membran 18 ist. Der Restspalt beträgt in weiteren Ausführungsbeispielen zum Beispiel mindestens 1% des Krater-Durchmessers. Größere initiale Spaltmaße sind jedoch ebenfalls denkbar, z. B. 2%, 3%, 5%, 10%, 20%, usw. Auch ein absoluter Wert ist in weiteren Ausführungsbeispielen möglich, z. B. 0,1 mm, 0,2 mm, 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 5 mm, 10 mm, usw.
  • Zurückkommend auf die in den 69 gezeigten Ausführungsbeispiele sind als Dämpfungselement 32 beispielsweise eine Versteifung der internen Membrangeometrie (6), Versteifung der externen Membrangeometrie (7 und 8), externe Dämpfung des Membranhubweges (8) sowie asymmetrische Veränderung des Membrangewichts (9) möglich. Dies führt dann zu einer Veränderung des Winkels der Rotationsachsen von Krater 16 und Membran 18 bei Betätigung. Die Membran 18 kann dann einseitig oder punktuell schwerer sein, beispielsweise durch Materialanhäufung und externes Aufbringen von Material. Insofern illustriert die 10 ein Ausführungsbeispiel bei dem das Dämpfungselement 32 ausgebildet ist, um die Membran 18 bei einer Kraftbeaufschlagung unsymmetrisch auszulenken. Die Dichtfläche 26 berührt die Dichtkontur 28 teilweise, wenn die Membran 18 den Krater 16 teilweise abdichtet. Die Membran 18 ist derart ausgebildet, dass sich unter Kraftbeaufschlagung der Membran 18 eine asymmetrische Kraftverteilung zwischen der Dichtfläche 26 und der Dichtkontur 28 einstellt. In Ausführungsbeispielen kann die Kraft über verschiedene Mittel oder Mechanismen aufgebracht werden, Beispiele sind pneumatisch, elektromechanisch, mechanisch (z. B. Stößel), fluidmechanisch-pneumatisch, fluidmechanisch-(elektro)mechanisch, usw.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Membran 18 und das Dämpfungselement 32 einstückig ausgebildet, beispielsweise durch Materialverdichtung an einer Seite der Membran 18. Das Dämpfungselement 32 ist innerhalb oder außerhalb der Membran angeordnet. Generell kann das Dämpfungselement 32 eine elastische Struktur und/oder eine verdichtete Struktur umfassen. Als weiteres Ausführungsbeispiel kann die Möglichkeit der einseitigen Versteifung der externen Membrangeometrie durch ein oder mehrere Rippen 36 im Hubweg umgesetzt werden. Dazu sind beispielsweise im Bereich 20, vgl. 1, Rippen 36 vorgesehen, wie dies in der 10 gestrichelt dargestellt ist. Dabei ist es denkbar nur eine Rippe 36 vorzusehen, die dann den oben beschriebenen zweiten Punkt definiert. Es sind aber auch mehrere Rippen denkbar, die beispielsweise entlang des Umfangs der Membran 18 angeordnet sind und sich so im Zusammenspiel der Rippen das in der 10 gezeigte Verhalten ergibt. Alternativ sind zu den Rippen auch Stege, Bügel oder Laschen denkbar, die einstückig oder auch mehrstückig ausgebildet sein können.
  • Vom Prinzip ähnelt das daraus resultierende Verhalten dem eines Deckels mit einem Scharnier, welcher sich beim Öffnen und Schließen nur noch um die Scharnierachse bewegen kann. Wie in der 10 in der Mitte dargestellt, wirkt die Versteifung 36 wie eine Art Fixpunkt, die in X-Richtung die Bewegung unterdrückt und in Z-Richtung deutlich einschränkt. Am Fixpunkt selbst ist in Y-Richtung noch leichte Bewegung möglich (rechte Seite der Darstellung der 10), wohingegen auf der gegenüberliegenden Seite (linke Seite der Darstellung der 10) die größten und schnellsten Hübe möglich sind.
  • Soll die gesamte Membran 18 nun auf dem Krater 16 abdichten, so berühren sich zum Beginn des Schließvorgang die Membran 18 und der Krater 16 zuerst an den Flächen, bei denen die Membran 18 am meisten Freiheitsgrade besitzt: Gegenüber des Fixpunkts oder am ersten Punkt in der Fig. 10. Der Rest der Membran 18 folgt zeitlich leicht versetzt. Somit wird ein konkreter Auflagepunkt (erster Punkt) mit definiertem Schließverhalten am Krater 16 erreicht und das Schwingen unterdrückt oder vermindert. 10 veranschaulicht insofern einen verbesserten oder optimierten Schließvorgang. In der oberen Darstellung ist die geöffnete Membran 18 beispielsweise im Ruhezustand dargestellt. In der mittleren Darstellung berührt die Membran 18 den Krater 16 definiert. Sie schließt sich dann weiter, bis sie komplett am Krater 16 anliegt, wie dies in der 10 unten dargestellt ist. Die angedeutete Rippe kann ebenfalls elastisch ausgebildet sein.
  • Der in der 10 dargestellte Effekt kann in weiteren Ausführungsbeispielen auch durch andere Maßnahmen erreicht werden. Zum Beispiel kann eine Veränderung des Winkels der Rotationsachsen von Krater 16 und Membran 18 im statischen Zustand durch Variation des Kraters 16 genutzt werden. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10 mit einem von Null verschiedenen Winkel α zwischen Membran 18 und Krater 16. Membran 18 und Krater 16 stehen einander in einem Winkel > 0° gegenüber, sodass ein Schließverhalten ähnlich dem der 10 erreicht wird. Die Dichtfläche 26 und die Dichtkontur 28 schließen zueinander einen Winkel ein. 12 illustriert ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10 mit einem angeschrägten Krater 16. Der Krater 16 ist der Membran 18 gegenüber abgeschrägt. Die Neigung muss dabei nicht linear erfolgen. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10 mit einer angeschrägten oder verkürzten Membran 18. In Ausführungsbeispielen lassen sich demnach Variationen der Membrangeometrie und/oder der Kratergeometrie realisieren. Die Membran 18 ist beispielsweise einseitig verkürzt. Durch die Elastizität der Membran 18 ist der Hubweg bis zum Schließen weiterhin ermöglicht, vgl. 13. Die Dichtfläche 26 und/oder die Dichtkontur 28 ist/sind dabei gegenüber der Längsachse des Kraters 16 angeschrägt. Eine Anschrägung beider Komponenten ist dabei ebenfalls denkbar.
  • 14 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10 mit einer definierten Unebenheit in dem Krater 16 dar. Diese definierte Unebenheit kann einer definierten oder auch asymmetrischen Ausnehmung, Verformung, Ausformung, Struktur in der Membran- und/oder Krateroberfläche entsprechen, so dass sich der Dichtspalt, bei initialem Berühren von Membran 18 und Krater 16 nicht vollständig schließt, sondern ein definierter Restspalt oder eine Restöffnung verbleibt. Die Größe der Restöffnung kann beispielsweise mehr als 1%, 2%, 3%, 5%, 10%, 20%, 30%, 50% der Membran- oder Kraterfläche entsprechen. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Exspirations- oder Inspirationsventils 10 mit einer definierten Unebenheit in der Membran 18. Solche Unebenheiten oder Ausnehmungen können in weiteren Ausführungsbeispielen ergänzend oder alternativ verwendet werden. Der Krater 16 kann einseitig mit einer Aussparung versehen sein, 14, um bei plan geschlossenem Ventil 10 eine definierte Restöffnung zu gewährleisten. Mit weiter steigender/m Schließkraft/Schließweg kann dieser Restspalt gezielt geschlossen werden. Die Dichtfläche 26 der Membran 18 kann einseitig mit einer Aussparung versehen sein, um bei plan geschlossenem Ventil 10 eine definierte Restöffnung zu gewährleisten. Mit weiter steigender/m Schließkraft/Schließweg kann dieser Restspalt gezielt geschlossen werden. Die Dichtfläche 26 und/oder die Dichtkontur 28 können demnach in weiteren Ausführungsbeispielen ein oder mehrere definierte Unebenheiten aufweisen, die bei Kraftbeaufschlagung der Membran 18 mit einer vordefinierten Kraft ein oder mehrere definierte Restöffnungen zwischen der Dichtfläche 26 und der Dichtkontur 28 bilden. Die ein oder mehreren Restöffnungen können dann durch Beaufschlagung der Membran 18 mit einer weiteren, größeren Kraft verschließbar sein.
  • 16 zeigt ein Blockschaltbild eines Ablaufdiagramms eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Steuerung einer Beatmung. Die Steuerung erfolgt mittels eines Durchflusses durch ein Exspirations- oder Inspirationsventil 10 mit einem Eintritt 12 und einem Austritt 14 für das Fluid, insbesondere eines Atemgases, gemäß obiger Beschreibung, insbesondere 1. Das Ventil 10 umfasst zwischen dem Eintritt 12 und dem Austritt 14 ferner einen Krater 16 und eine relativ zu dem Krater bewegliche Membran 18 zur Beeinflussung des Durchflusses durch den Krater 16. Das Verfahren zur Steuerung des Durchflusses umfasst ein teilweises Abdichten 42 des Kraters 16 mit der Membran 18 und ein nicht vollflächiges Abschließen 44 von Membran 18 und Krater 16 bei Initialkontakt. Wie die 16 zeigt beginnt der hier gezeigte Ablauf mit einem offenen Ventil 10 im Schritt 41. Das teilweise Abdichten 42 ist hier in drei Unterschritte unterteilt, nämlich der Beginn des Schließvorgangs durch Kraft-/Wegbeaufschlagung 42a, die sich anschließende Verringerung der Spaltgröße 42b und den initialen Kontakt zwischen Membran 18 und Krater 16 an einem definierten Punkt. Es folgt dann ein kontrolliertes nicht vollflächiges Abdichten 44 des Spaltes. In einem folgenden Schritt 46 wird dann ein vollständiges Anliegen der Membran 18 auf dem Krater 16 erreicht, was zum kompletten Abdichten des Ventils 10 führt. Ein Öffnen des Ventils 10 kann dann analog in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
  • Zusammenfassend wird zumindest in manchen Ausführungsbeispielen durch eine asymmetrische Verteilung der Materialhärte und/oder der Materialelastizität an, der Membran 18 oder durch das asymmetrische Verändern der Hubwege der Membran 18 die Schwingungsanfälligkeit reduziert bzw. das Frequenzband der Schwingungen verschoben. Die Ausführung mit definierter Aussparung der Baugruppe Krater-Ventil gewährleistet auch bei hohem REEP-Druck beim Schließen der Membran eine immer definiert steuer- und regelbare Öffnung des Ventils (Richtung „Null-Spalt”).
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung von Ausführungsbeispielen in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und – soweit sich nicht aus der Beschreibung etwas anderes ergibt – beliebig miteinander kombiniert werden.
  • Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Ventil
    12
    Eintritt
    14
    Austritt
    16
    Krater
    18
    Membran
    20
    Bereich
    20
    Bereich
    22
    Dichtspalt
    24
    Kraft
    26
    Dichtfläche
    28
    Dichtkontur
    29
    Fixierung
    30
    Beatmungsgerät
    32
    Dämpfungselement
    34
    Beschwerung
    36
    Versteifung
    41, 42, 42a, 42b, 42c, 44, 46
    Schritte
    AGF
    Atemgasfördereinheit
    ANF
    Anästhesiegasfortleitung
    ANS
    Ansteuersignal
    BS
    Beatmungsschlauch
    BV
    Beatmungsvorrichtung
    CA
    Kohlendioxidabsorber
    DS
    Drucksensor
    DSS
    Drucksensorsignal
    EP
    Exspiratorischer Port
    EXP
    Exspiratorische Phase
    FT
    Triggerschwelle
    INP
    Inspiratorische Phase
    IP
    Inspiratorischer Port
    IV
    Inspiratorisches Ventil
    KE
    Kolbeneinheit
    KO
    Kolben
    LU
    Lunge
    M
    Motor
    MEM
    Speichereinheit
    NG
    Narkosegasmischeinheit
    NGAS
    Steuersignals
    P
    Druck
    PEEP
    Mindestdruck
    Pmax
    Maximaldruck
    PT
    Patient
    PV
    Exspiratorisches Ventil
    R
    Recheneinheit
    RV
    Rückschlagventil
    T_IP
    Zeitdauer
    V .
    Volumenstroms
    VS
    Volumenstromsensor
    VSS
    Volumenstromsensorsignal
    YS
    Y-Stück
    ZP
    Zeitpunkt
    ΔP
    Differenzdruck

Claims (15)

  1. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) für ein medizinisches Beatmungsgerät (30) zur Steuerung eines Durchflusses eines Fluids, insbesondere eines Atemgases, mit einem Eintritt (12) und einem Austritt (14) für das Fluid, wobei das Ventil (10) zwischen dem Eintritt (12) und dem Austritt (14) ferner einen Krater (16) und eine relativ zu dem Krater bewegliche Membran (18) zur Beeinflussung des Durchflusses durch den Krater (16) aufweist, wobei der Krater (16) und die Membran (18) derart angeordnet sind, dass der Krater (16) mittels der Membran (18) teilweise abdichtbar ist, wobei die Membran (18) und der Krater (16) bei Initialkontakt nicht vollflächig abschließen.
  2. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß Anspruch 1, wobei der Krater (16) mittels der Membran (18) teilweise und vollständig kontrolliert abdichtbar ist.
  3. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Membran (18) ein elastisches Material und zumindest ein Dämpfungselement (32) aufweist.
  4. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß Anspruch 3, wobei das Dämpfungselement (32) eine einseitige Versteifung der Membran (18) umfasst.
  5. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Membran (18) und der Krater (16) einen definierten Auflagepunkt oder eine definierte begrenzte Auflagefläche aufweisen, an dem oder an der sich die Membran (18) und der Krater (16) bei einem Verschließen des Ventils (10) zuerst berühren.
  6. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Krater (16) eine Dichtkontur (28) zur Abdichtung mit einer Dichtfläche (26) der Membran (18) aufweist und wobei der Krater (16) und die Membran (18) ausgebildet sind, um zwischen der Dichtkontur (28) und der Dichtfläche (26) einen Dichtspalt (22) zu bilden, wobei der Dichtspalt (22) derart gebildet ist, dass im Zuge eines Schließens des Dichtspaltes (22) die Dichtkontur (28) die Dichtfläche (26) an einem definierten ersten Punkt berührt und dass der Dichtspalt (22) an einem definierten zweiten Punkt, an welchem sich Dichtkontur (28) und Dichtfläche (26) nicht berühren, ein definiertes Ausmaß annimmt.
  7. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß Anspruch 6, wobei der Durchfluss des Fluids durch den Dichtspalt (22) steuerbar ist.
  8. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Membran (10) eine laterale Ausdehnung aufweist und wobei bei Berühren der Dichtkontur (28) und der Dichtfläche (26) an dem definierten ersten Punkt das Ausmaß des Dichtspaltes (22) an dem definierten zweiten Punkt ein Prozent der lateralen Ausdehnung der Membran (18) übersteigt.
  9. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß einem der Ansprüche 3 und 6 bis 8, wobei das Dämpfungselement (32) ausgebildet ist, um die Membran (18) bei einer Kraftbeaufschlagung unsymmetrisch auszulenken, wobei die Dichtfläche (26) die Dichtkontur (28) teilweise berührt, wenn die Membran (18) den Krater (16) teilweise abdichtet, und/oder wobei die Membran (18) derart ausgebildet ist, dass sich unter Kraftbeaufschlagung der Membran (18) eine asymmetrische Kraftverteilung zwischen der Dichtfläche (26) und der Dichtkontur (28) einstellt.
  10. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Membran (18) und das Dämpfungselement (32) einstückig ausgebildet sind, wobei das Dämpfungselement (32) innerhalb oder außerhalb der Membran (18) angeordnet ist, wobei das Dämpfungselement (32) eine elastische Struktur und/oder wobei das Dämpfungselement (32) eine verdichtete Struktur umfasst.
  11. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Dichtfläche (26) und die Dichtkontur (28) zueinander einen Winkel einschließen, und/oder wobei die Dichtfläche (26) und/oder die Dichtkontur (28) gegenüber einer Längsachse des Kraters (16) angeschrägt sind/ist.
  12. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Dichtfläche (26) und/oder die Dichtkontur (28) ein oder mehrere definierte Unebenheiten aufweisen, die bei Kraftbeaufschlagung der Membran (18) mit einer vordefinierten Kraft ein oder mehrere definierte Restöffnungen zwischen der Dichtfläche (26) und der Dichtkontur (28) bilden.
  13. Exspirations- oder Inspirationsventil (10) gemäß Anspruch 12, wobei die ein oder mehreren Restöffnungen durch Beaufschlagung der Membran (18) mit einer weiteren, größeren Kraft verschließbar sind.
  14. Beatmungsgerät (30) mit einem Exspirations- und/oder Inspirationsventil (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
  15. Verfahren zur Steuerung einer Beatmung mittels eines Durchflusses eines Fluids, insbesondere eines Atemgases, durch ein Exspirations- und/oder Inspirationsventil (10) mit einem Eintritt (12) und einem Austritt (14) für das Fluid, wobei das Ventil (10) zwischen dem Eintritt (12) und dem Austritt (14) ferner einen Krater (16) und eine relativ zu dem Krater bewegliche Membran (18) zur Beeinflussung des Durchflusses durch den Krater (16) aufweist, wobei das Verfahren zur Steuerung des Durchflusses ein teilweises Abdichten (42) des Kraters (16) mit der Membran (18) und ein nicht vollflächiges Abschließen (44) von Membran (18) und Krater (16) bei Initialkontakt umfasst.
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