DE19643749A1 - Pneumatische Steueranordnung für ein Beatmungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatisch betriebene Steueranordnung für ein Beatmungsgerät.

Eine Warnvorrichtung für ein Beatmungsgerät ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift 22 03 453 bekanntgeworden. Mit Hilfe dieser Vorrichtung werden Störungen bei der Beatmung mittels der gemessenen Veränderung des Drucks in einem sogenannten Windkessel erfaßt und über Hebel und eine Elektroschalteinheit akustisch oder optisch gemeldet.

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für Beatmungsgeräte, die nur mit Druckluft und/oder Drucksauerstoff aus einem Reservoir betrieben werden, so daß auch die Steuerung rein pneumatisch mit Hilfe des für die Beatmung verwendeten Druckgases erfolgt. Derartige Beatmungsgeräte werden beispielsweise als mobile Notfallrespiratoren, in explosionsgefährdeten Bereichen, wie beispielsweise im Bergbau, oder auch in abgelegenen Gegenden verwendet, wo auf elektrische Energie verzichtet werden muß und die entsprechende Infrastruktur nicht vorhanden ist.

Die derzeit bekannten, pneumatisch gesteuerten Ventilatoren verfügen nicht über optische und akustische Warneinrichtungen, die in allen folgenden Fällen ansprechen, die in der Praxis hochrelevant sein können, um die Beatmung und das Leben des Patienten nicht zu gefährden.

Folgende Forderungen sollten mit einer Einrichtung gleichzeitig erfüllt werden:

• 1. Eine Unterbrechung der Gasversorgung (Disconnection) zum Patientenkann so definiert werden, daß bei einem Beatmungsdruck < 10 ± 2 mbar eine Warnung erfolgen soll. Allerdings dürfen bei Überschreiten der 10 mbar während der Inspiration die Alarme nicht aktiviert werden, ebensowenig wie bei Unterschreiten des Druckes gegen Ende der Exspiration.
• 2. Eine Behinderung der Gasversorgung des Patienten durch Einschnürung bzw. Verengung (Stenose) des Inspirationsschlauches oder Tubus kann so definiert werden, daß bei einer Erhöhung des Beatmungsdrucks auf 60 ± 5 mbar eine Warnung erfolgen soll.
• 3. Schließlich sollte eine Warnung abgegeben werden, wenn der Versorgungs- bzw. Vordruck von üblicherweise etwa 5 bis 6 bar auf etwa 2 bar abfällt. Unabhängig hiervon soll zusätzlich eine Warnung für Stenose- oder Disconnect-Alarm in Verbindung mit einem gleichzeitig zu geringen Vordruck möglich sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für ein Beatmungsgerät eine pneumatisch betriebene Steueranordnung vorzuschlagen, die es mit Hilfe einfacher Bauelemente ermöglicht, verschiedene Störfälle bei der Beatmung eindeutig und reproduzierbar anzuzeigen.

Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Einrichtung nach Anspruch 1.

Durch Druckluft und/oder Drucksauerstoff, im folgenden als Druckgas bezeichnet, betriebene Beatmungsgeräte werden in der Regel mit einem höheren Druck versorgt als sie für die eigentliche Funktion benötigen, in Deutschland beispielsweise mit 5 bar. Dieser Versorgungs- oder Vordruck wird durch einen Druckminderer auf den sogenannten Arbeitsdruck reduziert, der vorzugsweise bei 1,4 bar liegt. Der Arbeitsdruck wird für die Steuerung der pneumatischen Elemente, wie Ventile, Mikroschalter etc., benötigt. Der Beatmungsdruck ist der Druck, der dem Patienten für die Beatmung zur Verfügung gestellt wird. Um den Disconnect- und Stenosealarm zu detektieren, muß zunächst ein entsprechendes Signal vorliegen. Dies geschieht erfindungsgemäß durch einen Druckaufnehmer mit zwei Drucksensorelementen, die vorzugsweise als Doppelmembranschalter ausgebildet sind. Dieser Doppelmembranschalter besitzt zwei Kammern, in denen der aktuelle Beatmungsdruck über entsprechende Zuleitungen auf je eine Membran wirkt und dabei je eine düsenartige Öffnung verschließt. Jede Membran steht unter Vordruck einer entsprechend dem gewünschten Druckschwellenwert angepaßten Feder. Steigt nun in der einen Kammer der Druck über beispielsweise 10 mbar, wird durch die unter entsprechendem Federdruck stehende Membran eine düsenartige Öffnung geöffnet, die eine Druckänderung in der entsprechenden Versorgungsleitung bewirkt, so daß ein entsprechender Mikroschalter betätigt wird. Steigt der Beatmungsdruck über 60 mbar, wird entsprechend die zweite düsenförmige Öffnung auch noch verschlossen, so daß der erfaßbare Druck in der Versorgungsleitung sich abermals ändert und ein Schalter zusätzlich aktiviert werden kann. Die Membranen werden durch entsprechend ausgelegte Federn so vorgespannt, daß der Schließdruck bei den zu messenden 10 bzw. 60 mbar liegt.

Mit Hilfe eines Schwellenwertschalters wird außerdem der Vordruck mit dem Arbeitsdruck verglichen. Sinkt der Vordruck nun unter 2 bar, werden entsprechende Schalter umgeschaltet und durch eine geeignete Anordnung erfolgt dann die optische Warnung allein oder in Kombination mit einer akustischen Warnung im Falle der Exspiration.

Der akustische und die optischen Signalgeber werden pneumatisch betrieben. Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß in einer kompakten, rein pneumatisch betriebenen Steueranordnung der zuverlässige Betrieb mit Warnfunktionen für verschiedene mögliche Betriebsstörungen eines Beatmungsgerätes realisiert wird. Besonders vorteilhaft ist dabei die Ausführung eines Druckaufnehmers mit zwei Sensorelementen in der Bauform eines Doppelmembranventils mit zwei ungekoppelten Membranen, die unter unterschiedlicher Vorspannung stehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden genauer beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Steueranordnung gemäß Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Druckaufnehmers mit zwei Sensorelementen.

Über die Leitung 1 wird der etwa 2 bis 6 bar betragende Vordruck aus dem Druckgasreservoir dem Druckschalter 3 und dem Druckregler 2 zugeführt. Der Druckschalter 3 dient zur Überwachung des Vordrucks. Als Referenzdruck wird der von der pneumatischen Steuerungseinheit 4 des Beatmungsgerätes kommende Arbeitsdruck verwendet, der in der Regel etwa 1,4 bar beträgt und nahezu unabhängig vom Vordruck durch den Druckregler 2 konstant gehalten wird. Die pneumatische Steuerung der gewünschten Beatmungsparameter erfolgt durch die Steuerungseinheit 4. Diese stellt auch folgende Signale zur Verfügung:

• - aktueller Beatmungsdruck durch die Leitung 5,
• - Inspirationssignal über die Leitung 6, d. h. Druck < 1 bar, der nur während der Inspirationszeit vorliegt,
• - Exspirationssignal über die Leitung 7, d. h. Druck < 1 bar, der nur während der Exspirationszeit vorliegt,
• - Arbeitsdruck über die Leitung 8, d. h. Druck ca. 1,4 bar, der ständig bei Anschluß am Druckgasreservoir vorliegt,
• - vom Druckschalter 3 ein Signal über die Leitung 9, das aktiviert wird, wenn der Vordruck unter 2 bar fällt.

Der Druckaufnehmer 10 wird einerseits mit dem vom Inspirationsdruck abhängigen Inspirationssignal über die Leitung 6 und andererseits über die Leitung mit dem während der Inspiration herrschenden aktuellen Beatmungsdruck beaufschlagt sowie mit dem nicht explizit dargestellten Arbeitsdruck. Dies hat zur Folge, daß der Druckaufnehmer 10 nur während der Inspiration aktiviert ist. Wird während der Inspirationszeit der Druck von 10 mbar nicht überschritten, d. h. liegt eine Disconnect-Störung vor, erhält die Warnlogik 13 ein entsprechendes Signal über die Leitung 11, das während der Exspiration zur optischen Warnung über den Signalgeber 14 und zur akustischen über den Signalgeber 17 führt.

Wird bei der Inspiration der Druck von 60 mbar überschritten, liegt also ein Stenosezwischenfall vor, wird durch die Leitung 12 die Aktivierung des optischen Signalgebers 15 und akustischen Signalgebers 17 ausgelöst. Die Warnung erfolgt auch hier während der gesamten Exspirationszeit. Während der Beatmungsdruck nur in der Inspirationszeit gemessen wird, wird der Vordruck nur in der Exspirationszeit überwacht. Fällt dieser unter 2 bar, wird der optische 16 und akustische Signalgeber 17 während der Exspiration aktiviert.

Fig. 2 zeigt einen Druckaufnehmer 10 mit zwei Sensorelementen, der als Doppelmembranventil ausgebildet ist:
Die Membranen 21, 22, beispielsweise aus Silikon, sind parallel zueinander in einem geeigneten Gehäuse befestigt und durch je eine Feder 23, 24 unterschiedlicher Vorspannung in Kammern 28, 29 beweglich angeordnet. In der dargestellten Position dichten die Membranen 21, 22 die zentral angeordneten, krater- und düsenförmigen Öffnungen ab, die mit der Bohrung 27 in Strömungsverbindung stehen. Die Bohrung 27 wird mit dem vom Inspirationsdruck abhängigen Inspirationssignal beaufschlagt. Da die Federn 23, 24 unterschiedlich ausgelegt sind, öffnet beispielsweise bei einem Beatmungsdruck von mehr als 10 mbar zuerst die untere Membran 22 die untere mittlere Öffnung, so daß eine erfaßbare Druckänderung als Signal in der zur Bohrung 25 zugeordneten Versorgungsleitung erfaßt werden kann. Bei Überschreiten von 60 mbar Beatmungsdruck (Stenosezwischenfall) öffnet zusätzlich die obere Membran 21 die mittlere obere Öffnung, so daß ebenfalls eine zweite Druckänderung in der der Bohrung 26 zugeordneten Versorgungsleitung erfaßt werden kann, die in der Warnlogik 13 weiterverarbeitet wird.

Claims (3)

1. Pneumatisch betriebene Steueranordnung für ein Beatmungsgerät, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Elemente:

• - Die pneumatische Steuerungseinheit (4) des Beatmungsgeräts ist mit dem Druckschalter (3) zur Überwachung des Vordrucks in der Leitung (1) und mit dem parallel zum Druckschalter (3) angeordneten Druckregler (2), mit dem Druckaufnehmer (10) über Leitungen (5, 6) für den aktuellen Beatmungsdruck und für das vom Inspirationsdruck abhängige Inspirationssignal sowie mit der Warnlogik (13) über Leitungen (7, 8) verbunden,
• - der Druckschalter (3) ist mit der Warnlogik (13) über die Leitung (9) verbunden,
• - der Druckaufnehmer (10) enthält zwei Sensorelemente und ist über Leitungen (11, 12) mit der Warnlogik (13) verbunden und
• - an die Warnlogik (13) sind ausgangsseitig mindestens ein optischer Signalgeber (14, 15, 16) und/oder ein akustischer Signalgeber (17) angeschlossen.

2. Pneumatisch betriebene Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (10) als Doppelmembranventil ausgebildet ist.

3. Pneumatisch betriebene Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelmembranventil zwei parallel zueinander angeordnete Membranen (21, 22) in je einer Kammer (28, 29) aufweist, wobei die Membranen (21, 22) jeweils mit einer verschieden starken Feder (23, 24) in Verbindung stehen und im Ruhezustand jeweils eine mit einer gemeinsamen zentralen, mit dem Inspirationssignal beaufschlagten Bohrung (27) verbundene düsenförmige Öffnung verschließen und wobei der spaltförmige Teil (30, 31) jeder Kammer (28, 29) parallel zur Membran und auf der der jeweils zugehörigen Feder (23, 24) abgewendeten Seite angeordnet ist, mit je einer weiteren Bohrung (25, 26) verbunden und mit dem aktuellen Beatmungsdruck beaufschlagt ist.