DE19640113C1 - Beatmungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein Beatmungsgerät mit einer Dosier- und Mischvorrichtung für Atemgase und mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden Volumenverschiebevorrichtungen zur Beatmung eines Patienten ist aus der DE-OS 25 52 148 bekanntgeworden. Die Volumenverschiebevorrichtungen, welche als Balgpumpen ausgeführt sind, sind so bemessen, daß eine erste Balgpumpe vom Hubvolumen her zur Beatmung von Erwachsenen und die zweite Balgpumpe zur Beatmung von Kleinkindern geeignet ist. Entsprechend der durchzuführenden Beatmung ist entweder nur die erste Balgpumpe oder die zweite Balgpumpe in Betrieb. Dieses bekannte Beatmungsgerät stellt den nächstkommenden Stand der Technik dar. Aus der DE-AS 23 21 574 ist ein Beatmungsgerät bekannt, bei welchem einem Patienten mittels zweier, durch jeweils ein Antriebsaggregat betätigter Kolbenpumpen das Atemgas zugeführt wird. Hierbei arbeitet eine der Kolbenpumpen als Ausgleichssystem, welches ein Teil des Atemvolumens aufnimmt, um einen erhöhten Druckaufbau in der Patientenlunge während des Einatemhubes zu unterbinden. Das in dem Ausgleichskolben aufgenommene Gasvolumen wird während eines späteren Teils des Einatemhubes der Patientenlunge zugeführt. Am Ende des Einatemhubes ist das Ausgleichsvolumen vollständig entleert, und es kann mit der anderen Kolbenpumpe aus der Versorgungsleitung Atemgas für einen neuen Atemhub angesaugt werden.

Ein Beatmungsgerät mit zwei Volumenverschiebevorrichtungen ist aus der DE-OS 21 60 763 bekannt, bei welchem eine der Volumenverschiebevorrichtungen für die Beatmung des Patienten benutzt wird, während die andere zur Erfassung des vom Patienten ausgeatmeten Gases dient. Es ist nur eine aktive Volumenverschiebevorrichtung zur Durchführung der maschinellen Beatmung vorhanden.

Nachteilig bei den bekannten Beatmungsgeräten ist, daß bestimmte Beatmungsformen, wie z. B. Spontanatmung und IRV (Inverse Ratio Ventilation) nicht oder nur unzureichend ausführbar sind. Bei der Spontanatemtätigkeit kann nämlich ein Gasmangelzustand am Patienten dann eintreten, wenn Atemgas während des Rücklaufes der Volumenverschiebevorrichtung benötigt wird. Im IRV-Betrieb, bei dem die Einatemphase deutlich länger als die Ausatemphase ist, liegt häufig das Problem vor, daß die Volumenverschiebevorrichtung während der Ausatemphase nicht vollständig in die Ausgangsposition zurückgekehrt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein universell einsetzbares Beatmungsgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine Vielzahl von Beatmungsformen auf einfache Weise ausführbar ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Der Vorteil der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß mittels der zwei getrennt ansteuerbaren Volumenverschiebevorrichtungen ein besonders großer Beatmungsdruck- und Beatmungsflußbereich abgedeckt werden kann, indem sich beide Volumenverschiebevorrichtungen beliebig seriell und parallel ergänzen können. Somit lassen sich besonders gut die Grenzbereiche der Beatmung abdecken. Das Doppel- Volumenverschiebesystem hat darüber hinaus den Vorteil, daß eine der Vorrichtungen immer noch einen Beatmungsbetrieb ausführen kann, wenn die andere Vorrichtung ausgefallen ist. Mit dem erfindungsgemäßen Beatmungsgerät sind nicht nur reine Spontanatemtätigkeiten, sondern auch unterstützende Beatmungsformen, wie z. B. SIMV und Pressure-Support realisierbar. Die Volumenverschiebevorrichtungen sind mit Antriebssystemen versehen, welche von einer Steuereinheit unabhängig voneinander betätigt sind. Besonders zweckmäßig ist es, die Antriebssysteme elektromotorisch auszuführen, da diese besonders einfach ansteuerbar sind und einen hohen Dynamikbereich besitzen. In vorteilhafter Weise werden die Volumina, welche zweckmäßigerweise als Faltenbälge ausgeführt sind, durch die Antriebssysteme entweder gleichphasig oder im Gegenphasenbetrieb betätigt. Die gleichphasige Ansteuerung der Antriebssysteme ist besonders dann zweckmäßig, wenn große Hubvolumina zu applizieren sind, und die gegenphasige Ansteuerung eignet sich für Spontanatemtätigkeiten und für Beatmungsformen, bei denen die Einatemzeit deutlich länger als die Ausatemzeit ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In vorteilhafter Weise ist die Gasmischvorrichtung als ein dritter Gasmischer für Sauerstoff und Umgebungsluft ausgeführt, und besteht aus einem Dosierventil für Drucksauerstoff und einem dem Dosierventil nachgeschalteten Reservoir, mit einer Ansaugöffnung für Umgebungsluft. Um eine besonders gute Durchmischung der Gase innerhalb des Reservoirs zu erreichen, sind in diesem labyrinthartig angeordnete Umlenkbleche vorgesehen. Das Volumen des Reservoirs ist derart bemessen, daß es etwa dem Produkt aus maximaler Einatemzeit und maximalem Atemminutenvolumen entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Beatmungsgerät mit zwei Volumenverschiebevorrichtungen,

Fig. 2 einen Gasmischer für Sauerstoff und Umgebungsluft.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Beatmungsgerät 1 zur Beatmung eines Patienten 2, bei welchem das für die Beatmung notwendige Atemgas, je nach Erfordernis, von einem ersten Gasmischer 3, einem zweiten Gasmischer 4 oder einem dritten Gasmischer 5 geliefert wird. Der erste Gasmischer 3 hat einen Sauerstoff-Anschluß 6, einen Druckluft-Anschluß 7 und einen Lachgas-Anschluß 8, der zweite Gasmischer 4 den Sauerstoff- Anschluß 6 und den Druckluft-Anschluß 7, und der dritte Gasmischer hat neben dem Sauerstoff-Anschluß 6 noch eine Umgebungsluft-Ansaugöffnung 91 mit einem Filter 9.

Die von einem der Gasmischer 3, 4, 5 gelieferten Atemgase gelangen über eine Verbindungsleitung 10 und zwei von der Verbindungsleitung 10 abzweigende Zufuhrleitungen 11 mit je einem ersten Richtungsventil 12 in einen ersten Faltenbalg 13 einer ersten Volumenverschiebevorrichtung 14 und einen zweiten Faltenbalg 15 einer zweiten Volumenverschiebevorrichtung 16. Die Richtungsventile 12 sind so geschaltet, daß das Atemgas über die Leitungen 10, 11 in die Faltenbälge 13, 15 gesaugt werden kann. Die Faltenbälge 13, 15 der Volumenverschiebevorrichtungen 14, 16 werden durch ein erstes Antriebssystem 17 und ein zweites Antriebssystem 18 unabhängig voneinander betätigt. Die Antriebssysteme 17, 18 sind an eine Steuereinrichtung 19 angeschlossen. Das von den Bälgen 13, 15 angesaugte Atemgas gelangt über zwei Abgabeleitungen 20 mit je einem zweiten Rückschlagventil 21 und einer Verbraucherleitung 22 zu dem Patienten 2. Die zweiten Rückschlagventile 21 verhindern, daß ein ausdrückender Balg sein Volumen in den jeweils anderen Balg drückt anstatt zum Patienten 2, und daß Atemgas aus der Verbraucherleitung 22 zurück in die Bälge 13, 15 gesaugt wird. Im Leitungszug der Verbraucherleitung 22 sind ein Flowmeßgerät 23 und ein Druckmeßgerät 24 angeordnet, um das dem Patienten 2 zugeführte Atemvolumen und den Beatmungsdruck für Steuerungszwecke zu ermitteln. Dazu sind die Meßgeräte 23, 24 an die Steuereinheit 19 angeschlossen. Von einem Y-Stück 25 in der Verbraucherleitung 22, in der Nähe des Patienten 2, zweigt eine Ausatemleitung 26 mit einem von der Steuereinheit betätigten Exspirationsventil 27 ab, durch welche das ausgeatmete Gas über ein Ablaßventil 28, welches strömungsmäßig hinter dem Exspirationsventil 27 angeordnet ist, in die Umgebung entweichen kann. Soll die Beatmung des Patienten 2 mit teilweiser oder vollständiger Rückatmung erfolgen, wird das Atemgas über eine in der Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Rückführleitung 29 der Verbindungsleitung 10 wieder zugeführt. Im Falle einer Rückatmung der Atemgase ist innerhalb der Verbraucherleitung 22 ein Kohlendioxid-Absorber 30 anzuordnen, der in der Fig. 1 ebenfalls gestrichelt dargestellt ist.

An einer an die Steuereinrichtung 19 angeschlossenen Eingabeeinheit 31 werden mittels einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Tastatur und einzelner Stellknöpfe die Parameter für die Beatmung eingestellt, z. B. das Hubvolumen, die Frequenz, die Inspirationszeit, die Exspirationszeit, die Beatmungsform und der endexspiratorische Druck. Die Steuereinrichtung 19 setzt diese Einstelldaten in Steuerbefehle für die Antriebssysteme 17, 18 und das Exspirationsventil 27 um. Die von den Meßgeräten 23, 24 gelieferten Werte werden in der Steuereinrichtung 19 ausgewertet und in die zu ermittelnden Steuerbefehle mit einbezogen. Entsprechend der eingestellten Beatmungsparameter können die Volumenverschiebevorrichtungen 14, 16 gleichphasig arbeiten, d . h. die Faltenbälge 13, 15 werden parallel mit Atemgas gefüllt und dann gleichsinnig ausgedrückt, oder sie arbeiten gegenphasig, indem z. B. der vollständig entleerte Faltenbalg 15 bereits wieder Atemgas aus der Verbindungsleitung 10 ansaugt, während der mit Atemgas bereits gefüllte Faltenbalg 13 einen Inspirationshub ausführt. Diese Betriebsart ist besonders dann zweckmäßig, wenn mit einem inversen Atemzeitverhältnis beatmet wird, d. h. einer verlängerten Inspirationszeit und einer verkürzten Exspirationszeit. Durch den sich bei einem vorangegangenen Inspirationshub wieder mit Atemgas füllenden Faltenbalg 15 steht bereits am Beginn der Exspiration, wenn der Faltenbalg 13 noch vollständig ausgedrückt ist, das im Faltenbalg 15 befindliche Gas für einen neuen Einatemhub zur Verfügung. Auch bei der Spontanatmung ist diese Art der Balgansteuerung besonders zweckmäßig, da ohne Flowpausen kontinuierlich Atemgas angeboten werden kann.

Durch die drei unterschiedlich konfigurierten Gasmischer 3, 4, 5 ist das erfindungsgemäße Beatmungsgerät 1 besonders universell einsetzbar. So gestattet der erste Gasmischer 3 den Einsatz des Beatmungsgerätes in der Anästhesie, indem Sauerstoff-Luft- und Sauerstoff-Lachgas-Gasgemische erzeugt werden können. Der zweite Gasmischer 4 für Sauerstoff-Luft- Gasgemische ist für die Langzeitbeatmung konzipiert, und der dritte Gasmischer erzeugt ein Gemisch aus Sauerstoff und Umgebungsluft. Der dritte Gasmischer 5 eignet sich besonders überall da, wo Druckluft nicht verfügbar ist, z. B. für die Beatmung während des Transportes oder im Homecare-Bereich.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des dritten Gasmischers 5. Der über den Anschluß 6 eingespeiste Drucksauerstoff wird mittels eines Druckminderers 32 auf einen konstanten Arbeitsdruck entspannt und mit einem Dosierventil 33 auf den gewünschten Sauerstofffluß eingestellt. Der Sauerstoff-Zufluß ins Reservoir erfolgt quasi drucklos, um gleiche Druckverhältnisse zur Umgebungsluft herzustellen. Sofern der Druck im Reservoir höher als der Umgebungsdruck ist, würde sich ein Vorrang für den zuströmenden Sauerstoff einstellen. Ein labyrinthartig ausgebildetes Reservoir 34, welches dem Dosierventil 33 nachgeschaltet ist, besitzt eine Ansaugöffnung 91, mit einem Filter 9, über welche Umgebungsluft längs des Pfeils 35 angesaugt werden kann. Durch innerhalb des Reservoirs 34 befindliche Umlenkbleche 36 erfolgt eine intensive Durchmischung des Sauerstoffs mit der Umgebungsluft. Das Dosierventil 33 wird über eine Signalleitung 37 von der Steuereinheit 19 so angesteuert, daß der kontinuierliche Sauerstofffluß bei dem applizierten Atemminutenvolumen die gewünschte O₂-Konzentration im Reservoir 34 ergibt. Das Volumen des Reservoirs 34 muß so bemessen sein, daß der maximal mögliche Sauerstoffzufluß aufgenommen werden kann, ohne daß es zu einer Sauerstoffausspülung kommt, die zu einer ungewollten Veränderung der Sauerstoffkonzentration führen würde. Für die Reservoirauslegung muß deshalb vom Extrem-Fall, nämlich einer Sauerstoffkonzentration im Atemgasgemisch von nahe 100% und eines größtmöglichen Atemminutenvolumens, ausgegangen werden. Das berechnete maximale Reservoirvolumen ergibt sich dann aus dem Produkt aus maximaler Inspirationszeit und maximalem Atemminutenvolumen.

Claims (4)

1. Beatmungsgerät mit einer Gasmischvorrichtung und/oder Dosiervorrichtung für Atemgase, einer ersten Volumenverschiebevorrichtung (14) und einer zweiten Volumenverschiebevorrichtung (16), welche das Atemgas der Gasmisch­ und/oder Dosiervorrichtung über eine Verbindungsleitung (10) empfangen und durch eine Verbraucherleitung (22) zu einem Patienten fördern, sowie mit Zufuhr- und Abgabeleitungen (11, 20), dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitungen (11) von der Verbindungsleitung (10) und die Abgabeleitungen (20) von der Verbraucherleitung (22) abzweigen und jeweils in Volumina (13, 15) der Volumenverschiebevorrichtungen (14, 16) münden, daß Richtungsventile (12, 21) innerhalb der Zufuhrleitungen (11) und der Abgabeleitungen (20) angeordnet sind, durch welche das Atemgas nur über die Zufuhrleitungen (11) in die Volumina (13, 15) der Volumenverschiebevorrichtungen (14, 16) hinein- und über die Abgabeleitungen (20) aus den Volumenverschiebevorrichtungen (14, 16) herausgelenkt ist, und daß an den Volumenverschiebevorrichtungen (14, 16) Antriebssysteme (17, 18), welche von einer Steuereinheit gleichphasig oder gegenphasig betätigt sind, vorgesehen sind.

2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmischvorrichtung einen dritten Gasmischer (5) für Sauerstoff und Umgebungsluft aufweist, welcher aus einem Dosierventil (33) für Drucksauerstoff und einem dem Dosierventil (33) nachgeschalteten Reservoir (34) mit einer Ansaugöffnung (91) für Umgebungsluft besteht.

3 Beatmungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reservoirs (34) labyrinthartig Umlenkbleche (36) für die zu vermischenden Gase angeordnet sind.

4. Beatmungsgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß das Volumen des Reservoirs (34) derart bemessen ist, daß es etwa dem Produkt aus maximaler Einatemzeit und maximalem Atemminutenvolumen entspricht.