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Technischer Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beatmen eines Patienten, insbesondere eine Beatmungsvorrichtung, umfassend eine Druckgasquelle, einen Lufttrichter mit einem Haupteinlass, einem Seiteneinlass und einem Auslass, einem Versorgungskanal zum Zuleiten des Druckgases zum Haupteinlass des Lufttrichters und einen Luftkanal zum Errichten einer Verbindung zwischen dem Auslass und einem Patientenanschluss.
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Eine Beatmung von Patienten ist in vielen medizinischen Situationen notwendig, z. B. in Verbindung mit Anästhesie während eines chirurgischen Eingriffs, bei der Intensivversorgung und Notfallversorgung. Für die verschiedenen Anwendungsgebiete wurden im Laufe der Zeit verschiedene Arten von Beatmungsgeräten entwickelt, insbesondere, unter anderen, eine Beatmungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art. Bei der Notbeatmung wird üblicherweise Umgebungsluft als zweite Gaskomponente über den Seiteneinlass des Lufttrichters angesaugt, durch den Druckgas geleitet wird, das als Treibgas dient. Wenn reiner Sauerstoff als Treibgas verwendet wird, was üblicherweise der Fall ist, entsteht eine durchschnittliche Sauerstoffkonzentration aus den Teilströmen des reinen Sauerstoffs als die erste Gaskomponente und der Umgebungsluft als die zweite Gaskomponente am Gasauslass des Lufttrichters. Da reiner Sauerstoff als Treibgas die erste Gaskomponente ist, wird er optimal genutzt und das Volumen des Sauerstoffzylinders, der typischerweise als Druckgasquelle verwendet wird, kann so gering wie möglich gehalten werden. Die Sauerstoffkonzentration in dem Gasgemisch kann jedoch nur bis zu einem begrenzten Ausmaß geändert werden. Bei kleinen Volumenströmen von Sauerstoff kann der Lufttrichter aus fluiddynamischen Gründen keinen ausreichenden Saugstrom erzeugen und ein Hochvolumenstrom kann nur durch einen erhöhten Zustrom von Sauerstoff aus dem Sauerstoffzylinder erzeugt werden. Daher ist ein gewisser Minimalstrom von Sauerstoff notwendig, der nicht nur einen geringeren Grenzwert an Sauerstoffkonzentration definiert, sondern in gewissen Situationen auch einen höheren Sauerstoffverbrauch als gewünscht bedeutet. Insbesondere, wenn ein Patient über einen längeren Zeitraum beatmet werden soll, kann der Sauerstoffverbrauch ein einschränkender Faktor werden.
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US 6,830,048 offenbart ein Beatmungsgerät mit mehreren unterschiedlich großen Lufttrichtern, die eine gewünschte Konzentration der ersten Gaskomponente ermöglichen, die als Druckgas bereitgestellt wird, die bei verschiedenen Volumenströme des erhaltenen Gasgemisches erreicht werden soll. Die grundlegende Einschränkung bleibt jedoch bestehen, dass der Verbrauch eines Druckgases (der ersten Komponente) nicht unter einen gewissen Minimalpegel in Bezug auf den erforderlichen Gesamtvolumenstrom verringert werden kann.
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In Verwendung ist der geringe Verbrauch von Druckgas für eine Transportbeatmung wichtig, wenn ein beatmeter Patient über einen längeren Zeitraum transportiert werden muss, da sowohl Raum wie auch Nutzlast in Fahrzeugen, Hubschraubern und Flugzeugen begrenzt sind, die typischerweise für einen Patiententransport verwendet werden. Es ist daher äußerst wünschenswert, die Notwendigkeit, zusätzliche Druckgaszylinder zu befördern, zu eliminieren.
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Ferner sollte nicht nur der Verbrauch an Druckgas im Bereich eines Langstreckentransports eines Patienten so gering wie möglich gehalten werden, sondern es ist auch wichtig, den Energieverbrauch des Beatmungsgeräts so gering wie möglich zu halten. Fahrzeuge, Hubschrauber und Flugzeuge nach dem Stand der Technik, die typischerweise für einen Patiententransport verwendet werden, sind üblicherweise mit einer Reihe anderer elektrisch betriebener Vorrichtungen ausgestattet, wie Patientenmonitoren, Klimaanlage, Kühlvorrichtungen usw. Dies macht es wünschenswert, Geräte an Bord, wie Beatmungsgeräte, mit energiesparender Technologie zu konstruieren.
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Die praktische Verwendung von herkömmlichen Beatmungsgeräten nach dem Stand der Technik zur Transportbeatmung ist typischerweise auf Spannen von etwa vier oder fünf Stunden begrenzt. Dies macht es schwierig oder sogar unmöglich, Patienten über längere Strecken in Regionen zu transportieren, wo ein Mangel an geeigneter Infrastruktur den Transport verlangsamt oder größere Umwege erfordert. Solche Probleme können insbesondere in Entwicklungsländern in Katastrophengebieten oder in Kriegsgebieten entstehen. Aber selbst wenn eine passende Infrastruktur zur Verfügung steht, könnte ein Langstreckentransport eines Patienten notwendig sein, z. B. um eine Einrichtung für eine Spezialbehandlung in einem schwach besiedelten Land zu erreichen oder um einen Patienten zu einem Spital zu bringen, das näher bei seiner Familie liegt, oder dergleichen. Interkontinentalflüge sind insbesondere eine Herausforderung für eine Transportbeatmung oder sogar mit einem angemessenen Aufwand unter Verwendung einer herkömmlichen Beatmungstechnologie unmöglich.
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Ähnliche Probleme können bei einer stationären Anwendung von Beatmungsgeräten entstehen, wo ein Verbrauch an Druckgas und Energie ein Thema sein kann, z. B. aufgrund einer Anwendung an einer abgeschiedenen Stelle, außergewöhnlicher Umstände, wie einer Situation nach einer Katastrophe, einer Verwendung in einer provisorischen Heeresspitaleinrichtung oder dergleichen. Im Allgemeinen erfordert eine regelmäßige Druckgasversorgung eine funktionierende Infrastruktur, wobei aber die Wahrscheinlichkeit schwieriger Bedingungen für Patienten, die eine Beatmung benötigen, in Situationen höher ist, wo die Infrastruktur beeinträchtigt ist.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beatmung eines Patienten zu ermöglichen, während der Verbrauch an Druckgas – insbesondere der Sauerstoffverbrauch, falls zutreffend – so gering wie möglich gehalten wird. Es ist ferner wünschenswert, den Energieverbrauch beim Beatmen eines Patienten gering zu halten.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Anwendungen einer Patientenbeatmung verwendet werden kann, liegt ihr Schwerpunkt auf der Verwendung in einer Notbeatmung und Transportbeatmung, insbesondere über lange Strecken und/oder in Situationen, wo eine Versorgung mit Energie und/oder Druckgas begrenzt ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art einen Rückführungskanal für rückgeführtes ausgeatmetes Gas aus dem Patientenanschluss (wie einer Endotrachealröhre oder Atemmaske) zum Seiteneinlass des Lufttrichters.
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Mit anderen Worten, gemäß der vorliegenden Erfindung wird ausgeatmete Luft zurückgeführt, indem der Lufttrichter Luft aus dem Rückführungskanal anstatt aus, oder zusätzlich zu, der Umgebungsluft entnimmt. Dies führt zu einer Verringerung der notwendigen Sauerstoffversorgung, da die Sauerstoffkonzentration in ausgeatmeter Luft noch beachtlich ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Druckgasquelle eine erste Druckgasquelle und die Vorrichtung umfasst ferner eine zweite Druckgasquelle. Vorzugsweise ist die Sauerstoffkonzentration von Gas aus der ersten Quelle geringer als die Sauerstoffkonzentration des Gases aus der zweiten Quelle. Insbesondere kann die erste Quelle vorteilhaft eine Quelle für Druckluft sein und die zweite Quelle eine Quelle für unter Druck stehenden Sauerstoff.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Versorgungskanal eine Mischventilvorrichtung zum Einstellen eines Verhältnisses zwischen Gas aus der ersten Quelle und Gas aus der zweiten Quelle, die in den Versorgungskanal eintreten. Somit kann ein Treibgas mit geringerem, vorzugsweise einstellbarem, Sauerstoffgehalt als nach dem Stand der Technik bekannt verwendet werden. Übrigens und gemäß einem weiteren Aspekt kann dieses Konzept der Bereitstellung eines Beatmungsgeräts der eingangs erwähnten Art, wobei der Versorgungskanal eine Mischventilvorrichtung zum Einstellen eines Verhältnisses zwischen Gas aus einer ersten Gasquelle und Gas aus einer zweiten Gasquelle mit einem höheren Sauerstoffgehalt als das Gas aus der ersten Quelle, das in den Versorgungskanal eintritt, umfasst, an sich äußerst vorteilhaft sein.
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Vorzugsweise umfasst die Mischventilvorrichtung ein Mischventil und ein Stellglied, z. B. einen Schrittmotor, zum Einstellen des Mischventils. Es ist daher möglich, die Gaszusammensetzung, insbesondere die Sauerstoffkonzentration, des Treibgases und folglich des Beatmungsgases am Auslass innerhalb vollkommen beliebiger Grenzwerte einzustellen. Verschiedene Mischventilarten, die an sich nach dem Stand der Technik bekannt sind, können vorteilhaft für die Mischventilvorrichtung verwendet werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Einspritzkanal zum Zuleiten von Druckgas aus der zweiten Quelle zum Patientenanschluss unter Umgehung des Lufttrichters bereitgestellt, wobei der Einspritzkanal ein gesteuertes Einspritzventil umfasst, das eine periodische Einspritzung des Druckgases, üblicherweise Sauerstoff, aus der zweiten Quelle ermöglicht. Vorzugsweise, umfasst die Vorrichtung ferner Mittel zum Bestimmen einer definierten Phase eines Einatmungszyklus des Patienten und eine Steuerung zum Steuern des Einspritzventils, so dass ein Einspritzen des Druckgases aus der zweiten Quelle nur während der definierten Phase möglich ist. Dadurch kann verhindert werden, dass ein anreicherndes Einatmungsgas ein Totvolumen (wie den Schlauch des Beatmungsgeräts, die Atemmaske, den Mund, die Luftröhre und Bronchien) mit Sauerstoff füllt, sondern vielmehr das Einatmungsgas, das tatsächlich die Alveolen erreicht, mit Sauerstoff anreichert. In den meisten Fällen ist die definierte Phase die anfängliche Phase der Einatmungsphase. Auf diese Weise kann die aus der zweiten Quelle zugeleitete Sauerstoffmenge deutlich verringert werden.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung Mittel zum vorübergehenden Erhöhen des Drucks von Druckgas zum Patientenanschluss zur Ausführung eines Rekrutierungsmanövers. Rekrutierungstechniken in Verbindung mit Beatmungsvorrichtungen, auf deren Basis der Fachmann eine geeignete Rekrutierungsprozedur ausführen kann, sind in
WO 2005/102432 A1 angegeben und beschrieben, d. h., Rekrutierungstechniken als solche können im Wesentlichen so ausgeführt werden, wie nach dem Stand der Technik bekannt ist.
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Beatmungs-Rekrutierungsmanöver dienen dem Zweck, sogenannte ”kollabierte” Lungenbereiche ”wieder zu öffnen”, d. h., Alveolen, die inaktiv geworden sind (z. B. als Reaktion auf eine hohe Sauerstoffversorgung), für einen Sauerstoffaustausch bereit zu machen. Rekrutierungsmanöver enthalten eine gesteuerte Erhöhung des Luftwegdrucks, bis der Luftwegöffnungsdruck erreicht ist, d. h. der Luftwegdruck, bei dem die geschlossenen (oder ”kollabierten”) Bereiche der Lunge sich zu öffnen beginnen. Anschließend nimmt die mechanische Beatmung wieder die Grundlinienbeatmung auf, mit einem Wert an positivem endexpiratorischem Druck (PEEP), der höher als der Verschlussdruck der Lunge ist (d. h. der Luftwegdruck, bei dem sich geöffnete Bereiche wieder zu schließen beginnen).
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Vorzugsweise ist in der Ausführungsform, die zur Ausführung eines Rekrutierungsmanövers geeignet ist, ein Umleitungskanal zum vorübergehenden Zuleiten des Druckgases zum Patienten unter Umgehung des Lufttrichters als ein Mittel zum Steuern der Versorgung durch den Umleitungskanal zur Ausführung des Rekrutierungsmanövers bereitgestellt. Dabei ist es nicht notwendig (aber möglich), den Umleitungskanal in einer Weise zu konstruieren, dass das gesamte Gasvolumen, das für das Rekrutierungsmanöver notwendig ist, durch den Umleitungskanal geleitet wird. Stattdessen ist es üblicherweise bevorzugt, einen Hauptanteil des für das Rekrutierungsmanöver erforderlichen Gasvolumens durch den Versorgungskanal zu leiten, einschließlich des Lufttrichters, und nur einen verbleibenden Anteil des erforderlichen Gases durch den Umleitungskanal zu leiten.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit zwei Druckgasquellen und einem Einspritzkanal wie oben beschrieben, die zur Durchführung eines Rekrutierungsmanövers geeignet ist (wie ebenso oben beschrieben), teilen sich der Umleitungskanal und der Einspritzkanal einen gemeinsamen Kanal, wodurch die Konstruktion der Vorrichtung vereinfacht wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Versorgungskanal einstellbare Ventilmittel zum Einstellen eines Volumenstroms durch den Versorgungskanal. Es können verschiedene Ventiltypen, die an sich nach dem Stand der Technik bekannt sind, vorteilhaft für das einstellbare Ventilmittel verwendet werden. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, ein Ventilmittel bereitzustellen, das eine Ventilbank mit mehreren binären Ventilen, vorzugsweise Sperrventilen umfasst. Ein Hauptvorteil von Sperrventilen ist, dass sie nur zum Schalten Leistung brachen, aber ihren jeweiligen aktuellen Zustand ohne Leistungsverbrauch beibehalten.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst der Versorgungskanal ein Gatekeeper-Ventil für eine periodische Zuleitung des Druckgases zum Haupteinlass des Lufttrichters. Abhängig von den spezifischen Anwendungsbedingungen kann das Gatekeeper-Ventil vorteilhaft unter Verwendung proportionaler Ventilmittel, binärer Ventilmittel oder einer Kombination von beiden ausgeführt werden.
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Gemäß einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Lufttrichter einstellbar, wobei vorzugsweise ein Stellglied wie ein Schrittmotor zum Einstellen des Lufttrichters vorgesehen ist. Es sind verschiedene Mittel zum Einstellen eines Lufttrichters nach dem Stand der Technik bekannt, aus welchen der Fachmann leicht eine Variante wählen kann, die für die besondere beabsichtigte Anwendung geeignet ist.
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Gemäß einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, selektiv den Druckgasstrom zum Patienten unter Verwendung eines zeitlich variierenden Strömungsprofils bereitzustellen, d. h. eines Strömungsprofils mit einem nicht konstanten Strom während der Einatmungsphase. Vorzugsweise ist das Strömungsprofil aus einem verlangsamenden Strömungsprofil oder einem nicht verlangsamenden Strömungsprofil wählbar. Im Allgemeinen kann die Vorrichtung vorteilhaft angepasst werden, um mehrere wählbare Strömungsprofile zu bieten.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rückführungskanal Mittel zur Verringerung der Konzentration einer gasförmigen Komponente im ausgeatmeten Gas, vorzugsweise Mittel zum Entnehmen von Kohlendioxid, z. B. ein Absorptionsmittel, eine Waschflasche oder dergleichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rückführungskanal ein passives Beschickungsventil zum Zuleiten von Umgebungsluft zum Rückführungskanal, je nach Bedarf. Optional kann ein gesteuertes Ventil bereitgestellt sein.
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Vorzugsweise umfasst der Rückführungskanal ein Überdruckentlastungsventil.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner ein einstellbares PEEP (positiver endexpiratorischer Druck) Ventil zum Einstellen eines maximalen positiven endexpiratorischen Drucks.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung in einem angetriebenen Patiententransportmittel installiert, wie einem Fahrzeug, Flugzeug oder Hubschrauber.
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Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung allgemein ein Verfahren zum Beatmen eines Patienten bereit, wobei ausgeatmetes Gas für die Beatmung rückgeführt wird und Gas mit einer Sauerstoffkonzentration, die höher als die Sauerstoffkonzentration in Umgebungsluft ist, in das Beatmungsgas während einer definierten Phase eines Einatmungszyklus des Patienten eingespritzt wird.
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Vorzugsweise wird dem ausgeatmeten Gas Kohlendioxid entnommen.
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In einer besonders vorteilhaften Anwendung wird das Verfahren während des Transports des Patienten ausgeführt.
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In einer besonders vorteilhaften Anwendung wird das Verfahren über eine Periode von mehr als vier, sechs oder sogar acht Stunden ausgeführt, wodurch z. B. eine Patientenbeatmung selbst bei Interkontinentalflügen möglich ist.
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Im Allgemeinen kann jede der hierin beschriebenen Ausführungsformen oder erwähnten Optionen besonders vorteilhaft sein, abhängig von den tatsächlichen Anwendungsbedingungen. Ferner können Merkmale einer Ausführungsform mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform wie auch Merkmalen, die an sich nach dem Stand der Technik bekannt sind, kombiniert werden, insofern dies technisch möglich ist und falls nicht anderes angegeben ist.
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In der Folge ist die Erfindung ausführlicher beschrieben. Die beiliegenden Zeichnungen, die rein schematischer Natur sind, dienen für ein besseres Verständnis der Merkmale der vorliegenden Erfindung. Entsprechende Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Von den beiliegenden Zeichnungen ist
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1 ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
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2 ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen
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In 1 ist ein Sauerstoffzylinder 1 als erste Druckgasquelle bereitgestellt und ein Druckluftzylinder 2 ist als zweite Druckgasquelle bereitgestellt. Der Sauerstoff und Druckluft werden über entsprechende Druckregler 3, 4 der Mischventilvorrichtung 5 zugeleitet, die einstellbar ist, so dass der gewünschte Sauerstoffgehalt im Versorgungskanal 6 innerhalb des Bereichs von zum Beispiel 21% bis 100% eingestellt werden kann. Ein Sauerstoffsensor 7 ist zum Messen der Konzentration von Sauerstoff im Versorgungskanal 6 bereitgestellt.
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Der Volumenstrom im Versorgungskanal 6 wird mit einer einstellbaren Ventilvorrichtung 8 gesteuert. In dem dargestellten Beispiel dient eine Ventilbank, die fünf binäre Ventile 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f mit einem Durchsatz von zwei, vier, acht, 16, 32 bzw. 18 Litern pro Minute umfasst, als einstellbare Ventilvorrichtung 8. In diesem Beispiel sind binäre Ventile 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f als Sperrventile bereitgestellt, die keine Energieversorgung brauchen, um den aktuellen Zustand ”offen” bzw. ”geschlossen” zu halten, sondern nur zum Schalten eine Energiezufuhr benötigen.
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Das binäre Gatekeeper-Ventil 10a wird für eine periodische Zuleitung von Druckgas vom Versorgungskanal 6 zum Haupteinlass 12 des Lufttrichters 11 gesteuert. Die Zuleitung kann somit beim Ausatmen unterbrochen und beim Einatmen wieder aufgenommen werden. Vorzugsweise ist das Gatekeeper-Ventil 10 auch von der Sperrventilart, um Energie zu sparen.
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Für eine zusätzliche Einstellung des Stroms durch den Lufttrichter wird ein proportionales Ventil 10b verwendet. Ein Steuerkanal 32, der ein (proportionales) Piezoventil 33 umfasst, wird zum Einstellen des proportionalen Ventils 10b verwendet. In dem in 1 dargestellten Beispiel dient der Sauerstoffzylinder 1 als Druckquelle für den Steuerkanal 32. Stromabwärts vom Piezoventil 33 ist der Steuerkanal 32 in eine erste Abzweigung 32a zum Einstellen des proportionalen Ventils 10b und eine zweite Abzweigung 32b zum Steuern des in der Folge hierin beschriebenen PEEP-Ventils 21 verzweigt. Die erste Abzweigung 32a umfasst eine Kombination aus einer einstellbaren Drossel 34 und einer Leckdrossel 35, die zur Umgebungsluft ausbläst. Der Leckstrom durch die Leckdrossel 35 kann in einem Bereich von nur einigen Millimetern pro Minute sehr gering gehalten werden.
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Zusätzlich oder als Alternative zur Steuerung des Stroms durch den Haupteinlass 12 in der oben beschriebenen Weise kann eine Einstellung des Lufttrichters 11 zum Beispiel durch Verwendung einer einstellbaren Einlassöffnung am Haupteinlass 12 und/oder Seiteneinlass 13 und/oder durch Verwendung eines beweglichen Verschiebungselements im Lufttrichter und/oder in mehreren binären schaltbaren Seiteneinlässen erreicht werden, die anstelle eines einzelnen Seiteneinlasses 13 bereitgestellt sind. Zum Einstellen eines Lufttrichters 11, der selbst auf diese Weise einstellbar ist, kann ein elektrischer Schrittmotor als Stellglied verwendet werden.
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Aus dem Auslass 14 wird das Einatmungsgas durch die flexible Schlauchleitung 15a zum Patientenanschluss 16 geleitet. Ein selbstgesteuertes Überdruckentlastungsventil 17 vermeidet, dass ein Systemüberdruck einen vorgegebenen Schwellenwert, z. B. 100 mbar, überschreitet.
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Der Patientenanschluss 16 kann unter Verwendung einer Atemmaske, einer Endotrachealröhre oder dergleichen ausgeführt werden. Nahe dem Patientenanschluss 16 oder darin integriert befindet sich eine Sensoreinheit 18, die Druck- und Strömungsmessungen bereitstellt.
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Ein Einspritzkanal 19, der den Lufttrichter 11 umgeht, ist für ein periodisches Einspritzen von Sauerstoff aus dem Zylinder 1 zum Patientenanschluss 16 bereitgestellt. Das Einspritzventil 20 ist so gestaltet, dass es ein gesteuertes Einspritzen von Sauerstoff während einer definierten Phase ermöglicht, typischerweise einer Anfangsphase der Einatmungsphase. Das Einspritzventil 20 kann zeitgesteuert oder volumengesteuert oder beides sein, d. h. während einer Zeitspanne oder bis ein bestimmter ganzheitlicher Durchsatz in der vorliegenden Einatmungsphase erreicht ist, offen sein. Vorzugsweise ist das Einspritzventil 20, um Energie zu sparen, auch von der Sperrventilart und kann (wie das Gatekeeper-Ventil 10a) durch Druck des Luftzylinders 2 (wie für das Gatekeeper-Ventil 10 dargestellt) oder des Sauerstoffzylinders 1 angetrieben werden.
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Vorzugsweise wird der Sauerstoff über den gesamten Weg zum Patientenanschluss getrennt vom Gas geleitet, das vom Auslass 14 des Lufttrichters 11 kommt. Es kann aber möglich sein (und in einigen Fällen sogar vorteilhaft, z. B. um die Verwendung einer herkömmlichen Schlauchleitung zu ermöglichen), einen gemeinsamen Kanal zu bilden, der die Gasströme vom Auslass 14 und Einspritzkanal 19 vereint. Besonders vorteilhaft ist eine Schlauch-in-Schlauch-Anordnung, bei der ein Sauerstoffeinspritzschlauch 15b, der zum Einspritzkanal gehört, innerhalb eines Versorgungsschlauchs 15c angeordnet ist. Der Ausatmungsschlauch 15d kann auch in einer gemeinsamen Schlauchleitung 15a integriert oder separat bereitgestellt sein.
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Ein gesteuertes Ventil dient als PEEP-Ventil 21. Vorzugsweise ist der PEEP (positive endexpiratorische Druck) auf einen hohen PEEP für Rekrutierungsmanöver und auf einen geringeren PEEP für einen Standardbetrieb einstellbar. Wie oben angegeben, kann das PEEP-Ventil 21 unter Verwendung der zweiten Abzweigung 32b des Steuerkanals 32 gesteuert werden. Somit dient das Piezoventil 33 als Steuerventil sowohl für den Lufttrichter 11 wie auch das PEEP-Ventil 21. Dies ist möglich, da eine Steuerung des Lufttrichters 11 nur während der Einatmung notwendig ist und eine Steuerung des PEEP-Ventils 21 nur während der Ausatmung notwendig ist.
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Durch den Rückführungskanal 22 wird ausgeatmetes Gas vom Patientenanschluss 16 zum Seiteneinlass 13 des Lufttrichters 11 zur Rückführung geleitet. Eine Absorptionseinheit 23 verringert die Konzentration von Kohlendioxid im rückgeführten Ausatmungsgas. Die Absorptionseinheit 23 umfasst eine wegwerfbare Absorptionspatrone 24, die mit einem geeigneten trockenen oder nassen CO2-Absorptionsmedium gefüllt ist, das an sich nach dem Stand der Technik bekannt ist. Rückschlagventile 26 und 27 mit einem Gegendruck von, in dem dargestellten Beispiel, 2 mbar bzw. 4 mbar können im Rückführungskanal 22 bereitgestellt sein, um die gewünschte Strömungsrichtung zu garantieren und einen Überdruck bzw. Unterdruck zu vermeiden. Ein passives Beschickungsventil 28 (das z. B. auf einen Beschickungsdruck von –2 mbar eingestellt ist) ist zum Zuleiten von Umgebungsluft zum Rückführungskanal 22 bereitgestellt, um Volumenverluste aufgrund der Entnahme von Kohlendioxid auszugleichen und auf Volumen-Strömungsänderungen von Treibgas im Lufttrichter 11 zu reagieren. Eine einstellbare Drossel 25 kann zum Steuern des rückgeführten Volumenstroms durch den Seiteneinlass 13 des Lufttrichters 11 verwendet werden. Ein Schrittmotor 36 kann als Stellglied zum Steuern der einstellbaren Drossel 25 verwendet werden.
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Ein optionaler Umleitungskanal 29a, 29b kann bereitgestellt sein, um vorübergehend ein zusätzliches Gasvolumen zum Patientenanschluss zur Ausführung eines Rekrutierungsmanövers zu leiten.
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In einer Ausführungsform können sich der Umleitungskanal 29a und der Einspritzkanal 19 teilweise einen gemeinsamen Kanal 30 teilen, wodurch das Einspritzventil 20 zur Steuerung eines Rekrutierungsmanövers verwendet werden kann. Ein Dreiwege-Ventil 31a wird in dieser Ausführungsform für einen Anschluss des gemeinsamen Kanals 30 entweder an den Sauerstoffzylinder 1 (für eine Sauerstoffeinspritzung) oder an den Druckluftzylinder 2 verwendet. Wenn das Dreiwege-Ventil 31a so gestaltet ist, dass es eine periodische Unterbrechung sowohl des Stroms vom Sauerstoffzylinder 1 wie auch vom Druckluftzylinder 2 ermöglicht, kann es auch als Einspritzventil dienen, wodurch ein separates Einspritzventil 20 hinfällig wird.
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In einer alternativen Ausführungsform kann der Umleitungskanal 29b vom Versorgungskanal 6 stromabwärts der Mischventilvorrichtung 5 und stromaufwärts der einstellbaren Ventilvorrichtung 8 abzweigen. Eine steuerbare Dreiwege-Ventilvorrichtung 31b ist so gestaltet, dass sie eine periodische Beschickung des Umleitungskanals 29b ermöglicht, während gleichzeitig der Versorgungskanal 6 offen bleibt. Zur Begrenzung des Drucks, dem die Lungen des Patienten ausgesetzt sind, wenn der Umleitungskanal 29b offen ist, kann ein geeignetes Druckbegrenzungsmittel 37 entweder in der Dreiwege-Ventilvorrichtung 31b integriert oder auf andere Weise im Umleitungskanal 29b bereitgestellt sein, z. B. aus zusätzlichen proportionalen Ventilmitteln bestehen.
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Wie in 1 ist in 2 auch ein Sauerstoffzylinder 1 als erste Druckgasquelle und ein Druckluftzylinder 2 als zweite Druckgasquelle bereitgestellt. Sauerstoff und Druckluft werden über entsprechende Druckregler 3, 4 zur Mischventilvorrichtung 5 geleitet, die einstellbar ist, um eine Einstellung des gewünschten Sauerstoffgehalts im Versorgungskanal 6 im Bereich von zum Beispiel 21% bis 100% zu ermöglichen. Ein Sauerstoffsensor 7 ist zum Messen der Sauerstoffkonzentration im Versorgungskanal 6 bereitgestellt.
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Der Volumenstrom im Versorgungskanal 6 wird mit einer einstellbaren Ventilvorrichtung 8 gesteuert. In dem dargestellten Beispiel dient eine Ventilbank, die fünf binäre Ventile 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f mit einem Durchsatz von zwei, vier, acht 16, 32 bzw. 18 Litern pro Minute umfasst, als einstellbare Ventilvorrichtung B. In diesem Beispiel sind binäre Ventile 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f als Sperrventile bereitgestellt, die keine Energieversorgung benötigen, um den aktuellen Zustand ”offen” bzw. ”geschlossen” beizubehalten, sondern nur zum Schalten eine Energiezufuhr benötigen.
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Das binäre Gatekeeper-Ventil 10a wird für eine periodische Zuleitung von Druckgas vom Versorgungskanal 6 zum Haupteinlass 12 des Lufttrichters 11 gesteuert. Die Versorgung kann somit beim Ausatmen und unterbrochen werden und beim Einatmen wieder aufgenommen werden. Vorzugsweise ist das Gatekeeper-Ventil 10a auch von der Sperrventilart, um Energie zu sparen. Durch den Betrieb des binären Gatekeeper-Ventils 10a kann ein quadratisches Strömungsprofil der Druckgasversorgung zum Patienten erreicht werden.
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Für eine zusätzliche Einstellung des Stroms durch den Lufttrichter, insbesondere zum Erreichen verlangsamender Strömungsprofile der Druckgasversorgung zum Patienten, wird ein proportionales Ventil 10b verwendet.
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Durch selektive Verwendung entweder des binären Ventils 10a oder proportionalen Ventils 10b können zwei Grundbetriebsmodi gewählt werden, d. h. ein erstes Modus mit einem im Wesentlichen zeitinvarianten Strom in der Einatmungsphase (quadratisches Strömungsprofil, steuerbar durch das binäre Ventil 10a) und ein zweiter Modus mit einem Strom, der über die Einatmungsphase variiert (insbesondere ein verlangsamendes Strömungsprofil). In Betrieb können zum Beispiel der erste Modus vorteilhaft zur Notbeatmung und der zweite Modus zur Transportbeatmung verwendet werden.
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Ein Steuerkanal 32, der ein (proportionales) Piezoventil 33 umfasst, wird zum Einstellen des proportionalen Ventils 10b verwendet. Das Piezoventil 33 wirkt somit als Steuerventil des aktiven Zustandes. In dem in 2 dargestellten Beispiel dient der Sauerstoffzylinder 1 als Druckquelle für den Steuerkanal 32. Der Steuerkanal 32 ist am ersten Selektorventil 38 in eine erste Abzweigung 32a zum Einstellen des proportionalen Ventils 10b und eine zweite Abzweigung 32b zum Steuern des PEEP-Ventils 21, das hierin in der Folge beschrieben ist, verzweigt. Das zweite Selektorventil 39 ermöglicht eine selektive Belüftung der ersten Abzweigung 32a oder der zweiten Abzweigung 32b.
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Der Steuerkanal 32 umfasst ferner eine Kombination einer einstellbaren Drossel 34 und einer Leckdrossel 35, die zur Umgebungsluft ausbläst. Der Leckstrom durch die Leckdrossel 35 kann in einem Bereich von nur einigen Millilitern pro Minute gering gehalten werden.
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Zusätzlich oder als Alternative zur Steuerung des Stroms durch den Haupteinlass 12 in der oben beschriebenen Weise kann die Einstellung des Lufttrichters 11 zum Beispiel mit einer einstellbaren Einlassöffnung am Haupteinlass 12 und/oder Seiteneinlass 13 und/oder mit einem beweglichen Verschiebungselement im Lufttrichter und/oder in mehreren binären schaltbaren Seiteneinlässen erreicht werden, die anstelle eines einzelnen Seiteneinlasses 13 bereitgestellt sind. Zum Einstellen eines Lufttrichters 11, der selbst derart einstellbar ist, kann ein elektrischer Schrittmotor als Stellglied verwendet werden.
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Aus dem Auslass 14 wird das Einatmungsgas dem Patientenanschluss 16 durch die flexible Schlauchleitung 15a zugeleitet. Ein selbstgesteuertes Überdruckentlastungsventil 17 vermeidet, dass ein Systemüberdruck einen vorbestimmten Schwellenwert, z. B. 100 mbar, überschreitet.
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Der Patientenanschluss 16 kann unter Verwendung einer Atemmaske, einer Endotrachealröhre oder dergleichen ausgeführt werden. Nahe dem Patientenanschluss 16 oder darin integriert befindet sich eine Sensoreinheit 18, die Druck- und Strömungsmessungen bereitstellt.
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Ein Einspritzkanal 19, der den Lufttrichter 11 umgeht, ist für ein periodisches Einspritzen von Sauerstoff aus dem Zylinder 1 zum Patientenanschluss 16 bereitgestellt. Das Einspritzventil 20 ist so gestaltet, dass es ein gesteuertes Einspritzen von Sauerstoff während einer definierten Phase ermöglicht, typischerweise einer Anfangsphase der Einatmungsphase. Das Einspritzventil 20 kann zeitgesteuert oder volumengesteuert oder beides sein, d. h. während einer Zeitspanne oder bis ein bestimmter ganzheitlicher Durchsatz in der vorliegenden Einatmungsphase erreicht ist, offen sein. Vorzugsweise ist das Einspritzventil 20, um Energie zu sparen, auch von der Sperrventilart und kann (wie das Gatekeeper-Ventil 10a) durch Druck des Luftzylinders 2 (wie für das Gatekeeper-Ventil 10 dargestellt) oder des Sauerstoffzylinders 1 angetrieben werden.
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Vorzugsweise wird der Sauerstoff über den gesamten Weg zum Patientenanschluss getrennt vom Gas geleitet, das vom Auslass 14 des Lufttrichters 11 kommt. Es kann aber möglich sein (und in einigen Fällen sogar vorteilhaft, z. B. um die Verwendung einer herkömmlichen Schlauchleitung zu ermöglichen), einen gemeinsamen Kanal zu bilden, der die Gasströme vom Auslass 14 und Einspritzkanal 19 vereint. Besonders vorteilhaft ist eine Schlauch-in-Schlauch-Anordnung, bei der ein Sauerstoffeinspritzschlauch 15b, der zum Einspritzkanal gehört, innerhalb eines Versorgungsschlauchs 15c angeordnet ist. Der Ausatmungsschlauch 15d kann auch in einer gemeinsamen Schlauchleitung 15a integriert oder separat bereitgestellt sein.
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Ein gesteuertes Ventil dient als PEEP-Ventil 21. Vorzugsweise ist der PEEP (positive endexpiratorische Druck) auf einen hohen PEEP für Rekrutierungsmanöver und auf einen geringeren PEEP für einen Standardbetrieb einstellbar. Wie oben angegeben, kann das PEEP-Ventil 21 unter Verwendung der zweiten Abzweigung 32b des Steuerkanals 32 gesteuert werden. Somit dient das Piezoventil 33 als Steuerventil sowohl für den Lufttrichter 11 wie auch das PEEP-Ventil 21. Dies ist möglich, da eine Steuerung des Lufttrichters 11 nur während der Einatmung notwendig ist und eine Steuerung des PEEP-Ventils 21 nur während der Ausatmung notwendig ist.
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Durch den Rückführungskanal 22 wird ausgeatmetes Gas vom Patientenanschluss 16 zum Seiteneinlass 13 des Lufttrichters 11 zur Rückführung geleitet. Eine Absorptionseinheit 23 verringert die Konzentration von Kohlendioxid im rückgeführten Ausatmungsgas. Die Absorptionseinheit 23 umfasst eine wegwerfbare Absorptionspatrone 24, die mit einem geeigneten trockenen oder nassen CO2-Absorptionsmedium gefüllt ist, das an sich nach dem Stand der Technik bekannt ist. Rückschlagventile 26 und 27 mit einem Gegendruck von, in dem dargestellten Beispiel, 2 mbar bzw. 4 mbar können im Rückführungskanal 22 bereitgestellt sein, um die gewünschte Strömungsrichtung zu garantieren und einen Überdruck bzw. Unterdruck zu vermeiden. Ein passives Beschickungsventil 28 (das z. B. auf einen Beschickungsdruck von –2 mbar eingestellt ist) ist zum Zuleiten von Umgebungsluft zum Rückführungskanal 22 bereitgestellt, um Volumenverluste aufgrund der Entnahme von Kohlendioxid auszugleichen und auf Volumen-Strömungsänderungen von Treibgas im Lufttrichter 11 zu reagieren. Eine einstellbare Drossel 25 kann zum Steuern des rückgeführten Volumenstroms durch den Seiteneinlass 13 des Lufttrichters 11 verwendet werden. Ein Schrittmotor 36 kann als Stellglied zum Steuern der einstellbaren Drossel 25 verwendet werden.
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Das gesamte System, wie in 1 oder 2 dargestellt, kann in einen Rettungswagen, ein Patiententransportflugzeug, einen Rettungshubschrauber oder ein Rettungsboot integriert sein.
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Wie oben angegeben, können auch andere vorteilhafte Konfigurationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Zum Beispiel kann eine gemeinsame Ventileinheit, die die Funktionen sowohl der Mischventilvorrichtung 5 wie auch der einstellbaren Ventilvorrichtung 8 enthält, bereitgestellt werden. Wenn eine solche gemeinsame Ventileinheit mit zwei einstellbaren Einlassventilen (die mit dem Sauerstoffzylinder 1 bzw. dem Druckluftzylinder 2 verbunden sind) und zwei einstellbaren Auslassventilen (die mit dem Einlass 12 des Lufttrichters 11 bzw. dem Umleitungskanal 29b verbunden sind) gestaltet wird, könnte eine solche gemeinsame Ventileinheit zusätzlich die Funktion des Dreiwege-Ventils 31b in 1 enthalten.
