DE10210878B4

DE10210878B4 - Vorrichtung zur Atemunterstützung

Info

Publication number: DE10210878B4
Application number: DE10210878.1A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ullrich Hansmann; Götz Kullik
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: FR2837108A1; FR2837108B1; US20030172930A1; DE10210878A1; US6895962B2

Abstract

Vorrichtung zur Atemunterstützung mit folgenden Teilvorrichtungen: a) ein Rotationsverdichter (3) mit einem elektrischen Antriebsmotor ist mit einem in Strömungsrichtung unmittelbar vorgeschalteten Filter (7) versehen, b) es ist eine Atemmaske (2) vorgesehen, c) eine Steuereinheit (6) für die Einstellung des Beatmungsdrucks über die Drehzahl ist mit dem Antriebsmotor des Verdichters (3) verbunden, d) in dem der Druckseite abgewandten Einströmbereich des Verdichters (3) ist mindestens eine Zuleitung (9) für ein Hilfsgas oder ein Aerosol parallel zur Umgebungsluft (8) vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, dass – der Verdichter (3) zur Erzeugung einer für eine Atemunterstützung erforderliche Druckerhöhung in der Atemmaske unmittelbar an der Atemmaske (2) angeordnet ist, – und dass der Rotationsverdichter (3) eine Durchatmung zur Umgebungsluft in beide Richtungen ermöglicht, so dass kein separates Ausatemventil an der Atemmaske vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Atemunterstützung.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 6,050,262 bekannt geworden. Diese bekannte Vorrichtung weist eine Gasmaske mit einem angeschlossenen Gasfilter auf, der mittels eines vorgeschalteten Gebläses mit Umgebungsluft beaufschlagt wird, um die Atmung des Maskenträgers zu erleichtern. Das Gebläse wird mittels eines Elektromotors angetrieben.
Aus dem Dokument EP 0 164 946 A2 ist eine Vorrichtung zur Atemunterstützung mit einem Rotationsverdichter und einem dem Verdichter vorgeschalteten Filter bekannt, wobei der Verdichter einer Atemmaske vorgeschaltet ist und wobei eine Steuereinheit für die Einstellung eines Beatmungsdrucks über der Drehzahl mit einem Antriebsmotor des Verdichters verbunden ist.
Aus dem Dokument DE 42 02 025 A1 ist ein gebläseunterstütztes Atemschutzgerät bekannt, bei welchem das Gebläse in seiner Förderleistung je nach Art eines verwendeten Filtereinsatzes automatisch einer erforderlichen Filtereigenschaft angepasst ist. Hierbei ist es vorgesehen, dass ein Filteranschluss und der Filtereinsatz mit einer Kennung versehen sind, die zum einen die Filtereigenschaft charakterisiert und andererseits elektrische Kontakte zur Einstellung der erforderlichen Gebläseleistung und ggf. zur Aktivierung eines Nachweissensors betätigt.
Aus der DE 41 33 235 C2 ist ein Atemschutzgerät mit einer Atemschutzmaske bekannt, an deren Atemgaseinlass ein Partikel- oder Atemgasfilter und eine die Atmung unterstützende Gebläseeinheit angeschlossen sind, wobei die Gebläseeinheit mit Leitungsdurchführungen für die elektrische Energieversorgung ausgestattet ist und wobei die Atemschutzmaske zumindest mit der Gebläseeinheit unmittelbar verbunden ist.
Aus dem Dokument EP 1 170 025 A1 ist eine Gasförderervorrichtung für Beatmungs- und Narkosegeräte bekannt, welche einen Radialverdichter sowie eine ein magnetisches Drehfeld erzeugende Antriebsvorrichtung umfasst, wobei der Radialverdichter ein Gehäuse umfasst, innerhalb welchem ein Verdichterrad und ein damit verbundener Rotor angeordnet ist. Hierbei ist die Antriebsvorrichtung außerhalb des Gehäuses angeordnet und ferner die Antriebsvorrichtung und der Rotor derart gegenseitig angepasst ausgestaltet und angeordnet, dass der Rotor durch die Antriebsvorrichtung antreibbar ist.
Aus der WO 96/11717 A1 ist eine Gebläsevorrichtung bekannt, welche einen Rotationsverdichter, ein Ausatemventil, einen Gasmischer, einen differenziellen Drucksensor sowie eine Steuereinheit aufweist, wobei die Vorrichtung portabel und von einer Batterie gespiesen ist.
Aus der US 4,590,951 A ist eine Atemschutzvorrichtung bekannt, welche einen Gesichtsschutz zum Abdecken wenigstens der Nase und des Mundes aufweist, welcher einen Atemausgang mit einem Einwegausatemventil aufweist. Eine Pumpvorrichtung fördert Luft in den Bereich zwischen das Gesicht und den Gesichtsschutz. Ein Filter ist hierbei mit einem Eingang der Pumpe zur Filterung von Luft, welche zum Gesichtsschutz gefördert wird, verbunden.
Aus dem Dokument US 4,905,686 A ist eine leichte Gesichtsmaske zum Erhitzen von Luft, welche durch einen Nutzer eingeatmet werden kann, offenbart.
Aus der US 6,595,212 B1 ist eine Atemunterstützungsvorrichtung bekannt, bei welcher eine expandierbare und kontrahierbare Kammer zur Aufnahme und Bereitstellung eines Bolus an Luft vorgesehen ist. Der Bolus an Luft wird durch ein Nasenstück an den Patienten bereitgestellt.
Aus der US 2001/0 052 343 A1 ist ein System zum Kontrollieren einer internen Temperatur eines Beatmungsgerätes bekannt. Das System weist einen Körper zum Anfügen an ein Gesicht eines Nutzers und zum Formen eines inneren Kammerbereiches zwischen dem Körper und dem Gesicht des Nutzers auf. Ein thermoelektrisches Modul mit zwei Temperaturmessflächen ist derart vorgesehen, dass die erste Temperaturmessfläche mit dem inneren Kammerbereich und die zweite Temperaturmessfläche mit der externen Umgebung in thermischer Verbindung steht. In Abhängigkeit einer Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturmessflächen wird dann eine Spannung einer Spannungsquelle an ein thermoelektrisches Modul bereitgestellt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung zur Atemunterstützung, die insbesondere auch im medizinischen Bereich die Beatmung mit unterschiedlichen Beatmungsdrücken direkt am oder im Lungenzugang ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der kompakten Ausführung der batteriebetriebenen, am Körper der zu beatmenden Person tragbaren Vorrichtung mit dem als Druckquelle für die Atemluft dienenden Rotationsverdichter, welcher mittels Impulsübertragung auf das geförderte Gas eine Druckerhöhung bewirkt. Der Rotationsverdichter („rotary compressor”) ist vorzugsweise als Radial-, Axial-, Trommel- oder Querstromverdichter ausgebildet in unmittelbarer Verschaltung mit einer Atemmaske oder mit einem Beatmungstubus und ohne Verbindungsleitungen oder -schläuche, so dass die Atemunterstützung oder Beatmung unmittelbar am oder im Zugang zur Lunge möglich ist. Hinzu kommt die schnelle Einstellbarkeit gegebenenfalls unterschiedlicher Beatmungsdrücke entweder nach vorgegebenen, wählbaren Druckstufen oder zeitabhängig entsprechend gespeicherten Beatmungsdruckverläufen, insbesondere also mit einem intermittierenden Beatmungsdruckverlauf, der allein über die Drehzahl des verwendeten Verdichters mit kleinen bewegten Massen hochdynamisch eingestellt wird.
Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausbildungen der Erfindung nach Anspruch 1 an.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist einen Atemstromsensor in der Atemmaske auf, der mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist, so dass in Abhängigkeit von den Messsignalen des Atemstromsensors die Steuereinheit betätigt und die Drehzahl des Verdichters und damit der resultierende Beatmungsdruck für den Patienten oder die atemunterstützte Person hochdynamisch, ohne Verzögerung durch Leitungsverluste, verändert wird. Der dem Verdichter unmittelbar vorgeschaltete und auf diesen lösbar aufgesetzte Filter besteht aus einem Vlies- oder Fasermaterial und ist insbesondere ein für die Partikelretention einschließlich Keime hochwirksamer Cellulosefilter, der zugleich der Schallabsorption aus dem Verdichter dient, so dass der patientennahe Einsatz ohne subjektive Beeinträchtigungen möglich ist. Für die Atemunterstützung wird Luft aus der Umgebung vom Verdichter durch den unmittelbar vorgeschalteten Filter gesaugt und mit Druck in die Atemmaske oder alternativ in einen Beatmungstubus gefördert.
Die kompakte und leichtgewichtige Bauweise der erfindungsgemäßen, batterie- oder akkubetriebenen Vorrichtung ermöglicht deren mobilen, autonomen Einsatz direkt am zu beatmenden Patienten für eine druckunterstützte Beatmung mit sehr geringen Totvolumina und Strömungswiderständen im Atemgasweg. Die Masse einer derartigen Vorrichtung für eine nasal angeordnete Atemmaske liegt bei etwa 100 Gramm mit Abmessungen von etwa 50 Millimeter Kantenlänge.
Das Atemgas kann im Bereich der Atemmaske optional durch eine Heizung und die parallele Zuführung von befeuchteter Luft und/oder einem anderen Hilfsgas wie beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoffmonoxid patientenspezifisch konditioniert werden. Erfindungsgemäß ist die Zuleitung eines Medikamentenaerosols oder eines Narkosemittels für die Patientenbehandlung vorgesehen.
Eine erzeugte Druckerhöhung ist insbesondere für einen Radialverdichter weitestgehend unabhängig von dem geförderten Gasvolumenstrom, so dass der beatmete Patient keine wesentliche Veränderung der Beatmungsparameter in Abhängigkeit von einer möglichen Undichtigkeit der Atemmaske und einem damit verbundenen, oft nicht vermeidbaren Leckfluss erfährt, was sich als weiterer Vorteil der Erfindung erweist.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der einzigen Figur erläutert, welche im linken Teil die am Körper zu tragende mobile Vorrichtung zur Atemunterstützung einer Person zeigt, beispielsweise an einem sich frei bewegenden Patienten 1, und rechts in einem vergrößerten Ausschnitt die einzelnen Komponenten der Vorrichtung. Als Druckquelle für die Beatmung wird ein sehr kompakter Rotationsverdichter 3 verwendet, der mit einer Atemmaske 2 in unmittelbarer Strömungsverbindung ohne Verbindungsleitungen oder -schläuche steht und mit dieser in Baueinheit lösbar verbunden ist. Der Rotationsverdichter 3 ist insbesondere ein Radialverdichter, er kann aber auch als Axial-, Trommel- oder Querstromverdichter ausgeführt sein. Alle vier genannten Verdichter 3 („rotary compressors”) gehören zu der Gruppe der Strömungsmaschinen, die den Druckaufbau in einem geförderten Gas mittels einer Impulsübertragung erreichen. Die Blätter oder Schaufeln des Verdichters 3 übertragen entsprechend der Drehzahl ihren Impuls der Rotation auf die durchströmenden Gasmoleküle, und die übertragene Energie wird konstruktionsbedingt in unterschiedlicher Weise in Gasgeschwindigkeit und Gasdruck umgesetzt.
Der Rotationsverdichter 3 ist mit einem Verdichterrad mit weniger als 40 Millimeter Durchmesser und mit einem elektrischen Antriebsmotor sehr kompakt als eine Baueinheit ausgeführt, welche mit der Atemmaske 2 verbunden ist. Als Energiespeicher 5 dienen Batterien oder wiederaufladbare Akkumulatoren. Die Energie- und gegebenenfalls Signalübertragung erfolgt mittels der elektrischen Verbindung 4. Der Rotationsverdichter 3 weist ausreichend große Gasströmungsquerschnitte von mindestens 75 mm² für die Atemgase auf und erzeugt die für die druckunterstützte Beatmung benötigten Gasdrücke von bis zu 5000 Pascal. Sowohl der elektrische Antrieb als auch das Verdichterrad besitzen eine sehr geringe Rotationsmassenträgheit von insgesamt maximal 2 Gramm × Quadratzentimeter. Die Atemgase werden durch einen dem Rotationsverdichter 3 unmittelbar vorgeschalteten Filter 7 aus Papierfasern für Partikel und Keime aus der Umgebungsluft 8 und wahlweise unter Zugabe von Hilfsgasen 9 wie Sauerstoff oder Stickstoffmonoxid in die Atemmaske 2 gefördert und stehen dem Patienten 1 somit unmittelbar am Lungenzugang zur Verfügung. Der Filter 7 dient gleichzeitig zur Schallabsorption für Schallemissionen aus dem Rotationsverdichter 3 und erhöht dadurch den Tragekomfort unmittelbar am Patienten 1.
Der Rotationsverdichter 3 erzeugt die für die Atemunterstützung erforderliche Druckerhöhung in der Atemmaske 2 durch die Impulsübertragung auf das Atemgas in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit des Verdichterrads des Rotationsverdichters 3. Durch die geringe Rotationsmassenträgheit des verwendeten Radialverdichters kann die Drehzahl und damit auch der Beatmungsdruck so schnell über die Steuereinheit 6 verändert werden, dass die Vorrichtung den spontanen Atembemühungen des Patienten 1 folgen kann. Durch die geringe Massenträgheit der bewegten Bauelemente ist der Energieeinsatz für die Beschleunigung so gering, dass ein mobiler, autonomer Einsatz am Patienten 1 mit einem kleinen Energiespeicher 5 und elektrischer Verbindung 4 zum Rotationsverdichter 3 für die druckunterstützte Patientenbeatmung erfolgen kann. Der Rotationsverdichter 3 ermöglicht die Durchatmung in beide Richtungen zur Umgebungsluft 8 entsprechend den gezeichneten Doppelpfeilen, so dass nicht notwendigerweise ein separates Ausatemventil in oder an der Atemmaske 2 vorhanden sein muss.
In der Atemmaske 2 befindet sich optional im Gasströmungsweg ein Atemstromsensor 10, der speziell als Drucksensor ausgebildet ist und an die Steuereinheit 6 über die elektrische Verbindung 4 Messsignale überträgt. Dadurch wird in Abhängigkeit von den Messsignalen des Atemstromsensors 10 die Steuereinheit 6 betätigt und die Drehzahl des Rotationsverdichters 3 und damit der resultierende Beatmungsdruck für den Patienten 1 hochdynamisch, ohne Verzögerung durch Leitungsverluste, verändert. Die kompakte und leichtgewichtige Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht deren mobilen, autonomen Einsatz direkt am zu beatmenden Patienten 1 für eine druckunterstützte Beatmung mit sehr geringen Totvolumina und Strömungswiderständen im Atemgasweg. Die Masse einer derartigen Vorrichtung liegt bei etwa 100 Gramm mit Abmessungen für die Antriebseinheit mit Verdichterrad von etwa 50 Millimeter Kantenlänge. Je nach konkreter Ausgestaltung der Vorrichtung werden unterschiedliche Beatmungsdrücke entweder nur nach vorgegebenen, festen Druckstufen eingestellt oder zeitabhängig veränderlich entsprechend in der Steuereinheit 6 gespeichterten Beatmungsdruckverläufen, insbesondere also mit einem intermittierenden Beatmungsdruckverlauf, der dem Patienten 1 die selbständige Ausatmung ermöglicht und allein über die veränderliche Drehzahl des verwendeten Rotationsverdichters 3 mit kleinen bewegten Massen hochdynamisch eingestellt wird in Abhängigkeit von den von der Steuereinheit 6 empfangenen Messsignalen des Atemstromsensors 10. Im einfachsten Fall dient die Steuereinheit 6 nur zur Einstellung eines fest vorgegebenen Beatmungsdrucks oder jeweils eines von mehreren wählbaren Beatmungsdrücken über die für einen bestimmten Beatmungsdruck jeweils konsante Drehzahl des Antriebsmotors und des angetriebenen Verdichterrads des Verdichters 3.

Claims

Vorrichtung zur Atemunterstützung mit folgenden Teilvorrichtungen: a) ein Rotationsverdichter (3) mit einem elektrischen Antriebsmotor ist mit einem in Strömungsrichtung unmittelbar vorgeschalteten Filter (7) versehen, b) es ist eine Atemmaske (2) vorgesehen, c) eine Steuereinheit (6) für die Einstellung des Beatmungsdrucks über die Drehzahl ist mit dem Antriebsmotor des Verdichters (3) verbunden, d) in dem der Druckseite abgewandten Einströmbereich des Verdichters (3) ist mindestens eine Zuleitung (9) für ein Hilfsgas oder ein Aerosol parallel zur Umgebungsluft (8) vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, dass – der Verdichter (3) zur Erzeugung einer für eine Atemunterstützung erforderliche Druckerhöhung in der Atemmaske unmittelbar an der Atemmaske (2) angeordnet ist, – und dass der Rotationsverdichter (3) eine Durchatmung zur Umgebungsluft in beide Richtungen ermöglicht, so dass kein separates Ausatemventil an der Atemmaske vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsverdichter (3) ein Radial-, Axial-, Trommel- oder Querstromverdichter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (6) ein drehzahl- und zeitabhängiger Beatmungsdruckverlauf gespeichert ist, welcher von der Steuereinheit (6) zur Einstellung der Drehzahl des Antriebsmotors des Verdichters (3) verwendet wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Atemmaske (2) ein Atemstromsensor (10) angeordnet ist, welcher mit der Steuereinheit (6) verbunden ist, so dass in Abhängigkeit von den Messsignalen des Atemstromsensors (10) die Steuereinheit (6) betätigt wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (7) aus einem Vließ- oder Fasermaterial besteht.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Atemstromsensor (10) ein Drucksensor ist mit einem vorzugsweise einen Piezokristall oder einen Dehnungsmessstreifen enthaltenden Messaufnehmer.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Atemmaske (2) mit einer Heizeinrichtung versehen ist.