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Lungenautomatisch gesteuertes Gerät zur künstlichen Beatmung Die zur
Zeit im Gebrauch befindlichen Beatmungsapparate werden von einer Automatik angetrieben,
die den physiologischen Gegebenheiten nicht entspricht.
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Wenn man auch die Druckabläufe in den Tanks durch Düsensteuerungen
bereits sehr weitestgehend den physiologischen Verhältnissen angepaßt hat, so werden
die Atemfrequenz und die Atemgröße pro Atemzug letzten Endes doch von der Apparatur
diktiert.
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Es liegt demnach die Aufgabe vor, einen Steuerungsvorgang ausfindig
zu machen, der dem apparativen Ablauf impulsmäßig vorgeschaltet ist und primär vom
Patienten selbst ausgelöst wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wurde bereits vorgeschlagen, einen Steuerkontakt
in die Magengrube des Patienten zu legen. Von diesem Kontakt wird ein elektromagnetisches
Ventil betätigt, das dem Patienten während der Einatmung einen Luftstrom unter erhöhtem
Druck zuleitet. Mit der Abnahme des Impulses aus der Gegend der Magengrube müssen
jedoch beträchtliche Unsicherheitsfaktoren in Kauf genommen werden, da z. B. bei
schwer atemmuskelgelähmten Patienten mit verbliebenen geringsten Atemhewegungen
zu wenig faßbare Größen vorhanden sind.
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Weiterhin wurde vorgeschlagen, mit Hilfe von Halbleiterwiderständen,
wie sie in Gasdruckmeßgeräten Verwendung finden, Temperaturmessungen vorzunehmen.
Bei diesen bekannten Geräten, in welchen im wesentlichen eine Brücke angeordnet
ist, befinden sich in einem ausgepumpten Raum zwei gegenüberliegende temperaturempfindliche
Widerstände, die vom gleichen Medium umgeben sind. Beide Widerstände verändern sich
demnach bei Temperaturänderungen des sie umgebenden Mediums gleichzeitig.
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Die Erfindung betrifft ein lungenautomatisch gesteuertes Gerät zur
künstlichen Beatmung und besteht darin, daß vor der Nase bzw. dem Mund des Patienten
ein als Steuerindikator dienender elektrischer Widerstand vorgesehen ist, dessen
Widerstandsgröße sich im Atmungsrhythmus des Patienten entsprechend der unterschiedlichen
Temperatur der Ein- und Ausatmungsluft verändert. Als Steuerindikator kann ein an
sich bekannter Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, ein sogenannter
Thermistor bzw.
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NTC-Widerstand, verwendet werden.
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Ferner kann der als Steuerindikator wirkende Widerstand mit einem
zweiten Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten in an sich bekannter Weise
in einer Brückenschaltung angeordnet sein.
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Die Brückenschaltung ist so angeordnet, daß ein Thermistor den Temperaturschwankungen
vor der Nase bzw. dem Mund ausgesetzt wird und der andere Thermistor der Zimmertemperatur
angeglichen bzw.
in deren Verhältnisse gesetzt wird mit dem Ziel, jede unabhängig
von dem zu beatmenden Patienten eintretende Veränderung der Raumtemperatur kompensieren
zu können.
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Der Brückenstrom betätigt nach Verstärkung durch einen Verstärker
über eine Thyratronröhre und ein elektromagnetisches Relais einen als Impulsgeber
bezeichneten Widerstandsverstärker mit Rückkopplung, der über ein elektromagnetisches
Relais die Luftzufuhr zur Beatmungsapparatur steuert.
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Mit der Erfindung können selbst bei schwersten Fällen von Atemmuskellähmungen
die unmittelbar vor den Lippen bzw. vor den Nasenöffnungen auftretenden Temperaturschwankungen
in der Ein- und Ausatmungspbase nutzbar gemacht werden. Dabei ist es von wesentlicher
Bedeutung, daß die erfindungsgemäße Steuerung weitgehend trägheitslos arbeitet.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt ein Beatmungsgerät (Eiserne Lunge) in Seitenansicht;
Fig. 2 stellt einen Schaltplan für die elektrische Steuerung dar.
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Der Patient liegt in einem Beatmungsgerät 1. Diesem wird Luft über
die Leitung 2 durch den Blasebalg 3 zugeführt. In dem Gerät ist noch ein Druckmesser
4 und ein Frequenzmesser 5 angeordnet. Vor der Nase bzw. dem Mund des Patienten
befindet sich ein NTC-Widerstand, welcher durch ein brillenartiges Gestell 6 gehaltert
ist.
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Der NTC-Widerstand hat einen Temperaturkoeffizienten von -3 bis -4,5Q/o
pro ° C bei 200 C des Widerstandswertes, d. h., bei Anstieg der Temperatur sinkt
der Widerstandswert beträchtlich ab. Die
im Handel befindlichen
NTC-Zwerg-Widerstände haben eine sehr geringe Trägheit. Sie sind daher für schnelle
Temperaturänderungen außerordentlich empfindlich. Sie haben die Gestalt eines Kügelchens
und sind mit zwei Platinkontakten ausgerüstet. Der NTC-Widerstand ist in einem gasgefüllten
Glasröhrchen angeordnet. Dieses ist luftdicht um die Platinanschlußdrähte geschmolzen.
Der Widerstand ist damit gegen atmosphärische Einflüsse geschützt.
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Die benutzten NTC-Widerstände dienen als elektrische Widerstandsthermometer.
Der Ohmsche Wert des Widerstandes wird mit einer geringen Stromstärke gemessen,
damit keine nennenswerte Wärmeentwicklung erfolgt und der Widerstandswert ausschließlich
von der Umgebungstemperatur bestimmt wird. Die Empfindlichkeit der NTC-Widerstände
ist etwa 8- bis 12mal größer als die der bei Widerstandsthermometern benutzten Metalle.
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Die NTC-Widerstände sind in einer Brückenschaltung B geschaltet.
Die Brücke besteht aus zwei NTC-Widerständen, ArTCl und ETC2, den Brückenwiderständen
R1 und R2 sowie dem PotentiometerP.
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Das Verhältnis zwischen Temperatur am NTC1-Widerstand und Brückenausgangsspannung
ist linear.
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Die Widerstände R1 und R2 werden entsprechend gewählt. Der Widerstandsänderung
des .VTCl-Widerstandes ist die Brückenausgangsspannung linear. Sie wird dem Steuergitter
der Röhre Rö1zugeführt. Der S\Tiderstand ETC2. der im anderen Brückenzweig liegt.
stabilisiert die Brücke, indem er die Temperaturschwankungen des Raumes eliminiert.
Mit dem Potentiometer P1 wird das Brückengleichgewicht bei normaler Temperatur einmalig
eingestellt und braucht trotz längeren Betriebes nicht wieder geändert zu werden.
Die Elektronenröhren Rö1 und Rö2 bilden rinnen zweistufigen Verstärker. Er bringt
die Lineirität für das einwandfreie Arbeiten der Steuerung. sleichzeitig ist die
Steilheit des V erstärkers von Vor-Leil. Die Steilheit des Verstärkers bedingt eine
präcise Einstellung des Arbeitspunktes. Die Brücke B reibt an den Verstärker eine
Eingangsspannung ab.
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Mit Regler', der mit Feineinstellung ausgerüstet ist. wird dem Verstärker
eine Vorspannung zugeführt und somit sein Arbeitspunkt in die Mitte der Kenninie
verlegt.
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Das im Anodenkreis der Röhre Rö liegende In-;trument J dient zur
tberwachung des Reglers. Daach liegt dann der Zeiger von J im Bereich der gesichten
Stellung, wenn der Regler in Bereitschaft ist, lso die Brücke sich im Gleichgewicht
befindet. Vollzieht sich nun am NTC Widerstand eine Temperaturinderung. so wird
die Brücke B entsprechend ver-;timmt. Die hierdurch auftretende Spannung wird lem
Gitter von Röhre zugeführt, verstärkt und tn Röhre Rö2 weitergeleitet.
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Im Anodenkreis der Röhre Rö2 fließt im gleichen rhythmus mit den
Temperaturschwankungen ein ent-;prechender Strom. Dieser wird vom Instrument 1 angezeigt.
Am Außenwiderstand Ra der Röhre Rö2 :ritt ein Spannungsabfall auf, durch den der
Konden-;ator C positive Ladungsstöße erhält. Das im Regler rerwendete Thyratron
Rö3 ist negativ vorgespannt.
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Die positiven Ladungsstöße vom Kondensator C bewirken die Zündung
der Röhre Rö3. Der Zündimpuls ist proportional der Ladungsverschiebung des Kondensators
C. Im Anodenkreis der Röhre Rö3 liegt das Relais Reli. Dieses schaltet im Rhythmus
der Brückenverstimmung den angeschlossenen elektronischen Impulsgeber, d. h., der
durch den Temperaturunterschied ausgelöste Impuls erregt den Impulsgeber. Dieser
gibt einen zeitlich einstellbaren Stromstoß unabhängig von der Zeit der Brückenverstimmung
ab. Es ist demnach völlig gleichgültig, ob von Seiten der Temperatursteuerung Unterschiede
bezüglich Frequenz, Intensität oder Dauer auftreten.
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Der elektronische Impulsgeber wird durch die Röhren Rö4 und Rö5 gebildet.
Röhre Rö4 ist ein Widerstandsverstärker mit Rückkopplung. Röhre Rö4 hat zwei Triodensysteme,
wobei im Ruhezustand das System 1 stromlos und das System 2 stromführend ist. Wird
nun im Relais Relt der Kontakt r1 geschlossen, so wird das System 1 stromführend
und System 2 stromlos. Am Anodenwiderstand des Systems 2 tritt kein Spannungsabfall
mehr auf, d. h., die gesperrte Röhre Rö5 wird freigegeben.
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Mit dem Regler R kann die Impulszeit kontinuierlich von 0,2 bis 5
Sekunden eingestellt werden.
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Im Anodenkreis der Röhre Rö5 liegt das Steuerrelais Rel2. Dieses
steuert über den Elektromagneten 7 den Blasebalg 3.
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PATNTANSPROCHE: 1. Lungenautomatisch gesteuertes Gerät zur künstlichen
Beatmung, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Nase bzw. dem Mund des Patienten ein
als Steuerindikator dienender elektrischer Widerstand vorgesehen ist, dessen Widerstandsgröße
sich im Atmungsrhythmus des Patienten entsprechend der unterschiedlichen Temperatur
der Ein- und Ausatmungsluft verändert.