DE2003538A1 - Medizinisches Atemgeraet mit geschlossenem Kreislauf - Google Patents

Medizinisches Atemgeraet mit geschlossenem Kreislauf

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DE2003538A1 DE19702003538 DE2003538A DE2003538A1 DE 2003538 A1 DE2003538 A1 DE 2003538A1 DE 19702003538 DE19702003538 DE 19702003538 DE 2003538 A DE2003538 A DE 2003538A DE 2003538 A1 DE2003538 A1 DE 2003538A1
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Description

Dipl.-tog. ERICH E. WALTHEi* v "■ ΣΣ^
Anmelder: j>ye ltd.
.Akte: PP 1021 AmmMmq-yomr 2-6. Jan.
Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf.
Die Erfindung betrifft medizinische Respiratoren mit Ringschlussbetrieb. ■ .
Medizinische Atemgeräte werden.1 oft mit einem geschlossenen Kreislauf verwendet, wobei das von einem Patienten ausgeatmete Gas gereinigt und dem Eingang des Gerätes zurückgeführt wird, worauf es wieder an den Patienten gelangt. Zum Ausgleichenetwaiger Verluste infolge Ableitungen und/oder Absorption vom Patienten während einer bestimmten Zeitspanne wird gewöhnlich eine kleine Menge Gas in den geschlossenen, durch den Patienten und das Atemgerät gebildeten Kreislauf eingeführt» welche Menge oft in die Rücklaufstrecke eingeführt wird, so dass das zusätzliche Gas den Gass.trom des. Patienten während einer
' 9S3S-/13 8-4 . .--. ■ . .-
PP. 1021.
-Z-
Ausatmungsperiode erhöht. Das Gas kann z.B. durch, die Volumenänderung eines angetriebenen Balgens oder durch andere, gleich artige Mittel dem Patienten zu- und von diesem abgeführt werden, wobei ein Behälter im Kreislauf vorgesehen ist, um
die Volumenunterschiöde des Kreislaufs während einer Atmungszeit auszugleichen· Bei diesen Kreisläufen ist es schwierig, einen negativen Druck zu erzielen, um alles Gas dem Patienten zu entnehmen, oder einen Widerstand in dem Gasstrom von dem Patienten während einer Ausatmungsperiode vorzusehen, welche beide Massnahmen unter bestimmten Umstanden erwünscht sein können.
Die Erfindung schafft ein Atemgerät, dessen Wirkung einer Strömung-Zeit-Kurve während der Ausatmungsperiode eines Atmungszyklus folgt, so dass das Atmen des Patienten . einen natürlicheren Rhythmus annimmt.
Die Erfindung schafft weiterhin einen Gaskreislauf für ein Atemgerät, das beim Ringschlussbetrieb ein minimales Behältervolumen erfordert und bei dem während der Ausatmungsperiode im Gasstrom ein negativer oder positiver Widerstand nach Wunsch erzeugt werden kann.
Nach sineia Merkmal der Erfindung enthält das
medizinische Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf einen Detektor mit veränderlicher Voreinstellung, der mit einem Durchgang verbunden ist, uxxrdh. den Gas von einem Patienten dem Gasbehälter des Gerät s unter der Wirkung eines Antriebemittela zufliesstp welcher Betektor einen Unterschied zwischen einem vom Patienten bestimmten Gasstrom und einem von dom
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Antriebsmittel bestimmten Gasstrom feststellen kann, wobei ein Ausgang des Detektors das Antriebsmittel derart steuern kann, dass die zwei Gasstrome einen nahezu, konstanten Unterschied aufweisen, der durch die gewählte Voreinstellung des Detektors bestimmt wird.
" Die Erfindung und ihre Vorteile werden an Hand einer in. der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausftihrungsform naher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Teiles des geschlossenen Kreislaufs eines Atemgeräts nach, der Erfindung und
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm der -Teile nach Fig. 1 der Kreisläufe des Patienten bzw. des Antriebsgases eines pneumatisch wirkenden Atemgerätes.
Na.ch Fig. 1 bildet eine Rohrleitung 6 eine Gasverbindung zwischen einem nicht dargestellten Patienten und einem Balg P, der über eine mechanische Verbindung von einem Antriebselement TJ/V angetrieben wird. Die Aiatriebsenergie des Elementes wird von der Leitung 7 über einen Regler 8 und von dort durch die Leitung 9 geliefert. Ein. Detektor 10, dessen Ausgang von der zugeführten Eingangsleistung abhängt und der eine veränderliche Voreins teil— oder Arbeitslage (d.h. einen Eingangspegel, bei dem ein Ausgangs signal auftritt) aufweist, ist mit der Leitung 6 verbunden und kann entsprechend der gestrichelten Linie 11 mit der Energieversorgung verbunden sein. Eine Leitung 12 filtert jedes Ausgangssignal des Detektors 1O einem Verstärker 13 zu, der über
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die Leitung 7A eingespeist wird, wobei die Ausgangsleistung des Verstärkers über die Leitung 14 dem Regler 8 zugeführt wird.
Im Betrieb lässt das Gas in der Leitung 6 den Detektor 10 ein Ausgangssignal liefern, das vom Verstärker 13 verstärkt und dem Regler 8 zugeführt wird, so dass von der Quelle Leistung an das Antriebselement U/V zugeführt wird, das die Wirkung des Balgs P derart steuert, dass die Balgbewegung entsprechend der Einstellung des !Detektors 10 zum Gasstrom durch die Leitung 6 beiträgt, diesem folgt oder Widerstand leistet. Wenn der Balg P durch die Leitung 6 Gas vom Patienten empfängt und der Detektor 10 derart voreingestellt ist, dass nicht unmittelbar eine Ausgangsleistung geliefert wird, erzeugt die Bewegung des Balgs P einen positiven Widerstand im Gasstrom vom Patienten. Wenn der Detektor 10 während einer Periode, in der kein Gas vom Patienten zugeführt wird, eine Ausgangsleistung liefert, wird der Balg P von dem Antriebselement U/V derart angetrieben, dass er Gas vom Patienten abführt, wobei im Gasstrom ein negativer Widerstand entsteht, d.h. es entsteht ein negativer Druck, der Gas vom Patienten abzieht. Die Voreinstellung kann auf Null gestellt werden, in welchem Falle die Bewegung des Balgs der natürlichen Gasaustreibkurve des Patienten folgt.
Nach Fig. 2 umfasst der geschlossene Gaskreislauf einen nicht dargestellten Patienten, der mit dem Durchgang S eines Ausatmungsventils R in Verbindung steht, das mit einer Gesichtsmaske FM verbunden ist, eine Leitung 6,
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■■-.■■■ - 5 -* ; . ■ . ■ die mit einem zweiten Durchgang des Ventils R in Verbindung steht, ein Rückschlagventil NR3,.ein Gasreinigüngsorgan 15» ein Rückschlagventil NRJ, einen Durchgang PI, einen Balg P, einen Durchgang P3, ein Rückschlagventil NR2, eine Leitung 3 Und einen dritten Durchgang des Ausatmungsventils R> Für den'Patienten geeignetes Gas zum Aufladen des Systems und zum Ausgleichen von Verlusten wird einem Durchgang N züge-·"1 rt führt, der bei nahezu atmosphärischem Gasdruck unmittelbar mit der Verbindungsstelle des Rückschlagventils NR1 und des Reinigungsorgans,t 15 verbunden sein kann. Wenn das Gas unter höherem als atmosphärischem Druck geliefert wird, kann das Einatmungsventil R2 auf die dargestellte Weise verwendet werden oder es kann durch ein federgesteuertes Ventil ersetäst werden* Die Rückschlagventile NR1, 2 und 3 dienen zum. Verhüten eines Gasumlaufs in der falschen Richtung, und das Ventil NR3 ist notwendig, wenn das Gas unter Drück zugeführt wird Und das Ausatmungsventil R des Typs ist, bei dem nicht stets ein Gas vom Balg zum Patienten geführt wird.
Erregergas für das pneumatisch ^wirkende, zeitlich eingestellte Atemgerät indder dargestellten Ausführungsform wird den Durchgängen C, L2/JI L3, 16 und 17 zugeführt, an denen das Gas nicht notwendigerweise den gleichen Druck aufweisen soll. Vorteilhäfterweise wird das Erregergas durch prucklüft gebildet. Das Erregergas votn Durchgang 16 strömt durch die Leitung 7A zum pneumatischen Verstärker 13 und vom Durchganfg 17 zu einem einstellbaren Druckregler iR'4 lind von dort**uurch die Leitung 11 zu einem Druckdeiektor "It)^^dfer. .
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durch ein Differentialdruckventil gebildet werden kann, dessen Eingang 1OA mit der Leitung 6 zwischen den Ventilen R und NR3 in Verbindung steht.
Ein pneumatischer Zeitkreis 18, vorzugsweise
des Fludmultivibratortyps, betätigt abwechselnd Umschaltventile C02 und C03 entsprechend den verlangten Atmungszyklus, wobei die Einspeisung zu den Durchgängen VI und V2 eines doppelwirkenden, den Balg antreibenden Zylinders V abwechselnd durch die Durchgänge E3 und D2 von den Einlassöffnungen L3 und L2 ab bewerkstelligt wird. Die Einspeisungen der S teuer zylinder Z und Z2 der Ventile R bzw. R2 werden gleichzeitig abwechselnd durch diese Umschaltventile gesperrt. Die Einspeisung des Durchgangs YZ erfolgt unmittelbar vom Durchgang D2 des Ventils C02, aber die Einspeisung des Durchgangs V1 vom Durchgang £3 des Ventils CO3 erfolgt durch die Leitung 7 zum Eingang des Reglers 8 und von dort durch die Leitung 9 zum Durchgang VI des Zylinders V.
Der Detektor IO dieser Ausführüngsform enthält ein Differentialdruckventil, das bei einer vorherbestimmten Beziehung zwischen dem Druck am Durchgang 1OA und dem durch den Regler PR4 eingestellten Druck, der Voreinstellregelung, in der Leitung 12 ein Ausgangs signal erzeugt, das dem Eingang des Verstärkers 13 zugeführt wird, der auch durch ein Differentialdruckventil gebildet werden kann. Die Ausgangsleistung des Verstärkers 13 wird durch die Leitung 14 den Regler 8, ebenfalls ein Druckregelventil, öffnen, wodurch Erregergas vom Durchgang L3 den Kolben U des Zylinders V in "■'■"" 009835/1384
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einer Richtung treibt, in der der Balg P sich ausdehnt, da der Kolben und der Balg durch die Kolbenstange T miteinander verbunden sind. --'■■" ..
Fig. 2 zeigt die Lage am Beginn des Ausatmungs-' schlags, wobei die vollen Linien den. dann in den Ventilen C02 und CO3 vorhandenen Gasstrom angeben. Die unterbrochenen Linien im Innern der Ventile zeigen, die vorhandenen Gas ströme in den abwechselnden Lagen der Ventile· Das Ventil R und der Kolben des Steuerzylinders Z verbinden in ihrer oberen Lage den Durchgang S mit der Leitung 6 (Durchgang Z steht durch die Durchgänge D3 und F3 mit der freien Luft in Verbindung). Das Ventil R2 und der Kolben des Zylinders Z2 sind in ihrer unteren Lage, da dem Zylinder Z2 Erregergas vom Eingang L2 durch den Durchgang E2 zugeführt wird, wodurch das Patientengas vom Durchgang N dem geschlossenen Kreislauf zugeführt wird. Der Kolben TJ des Zylinders V.kann sich frei abwärts bewegen, da der Durchgang V2 mit der Atmosphäre durch die Durchgänge D2 und F2 des Ventils CO2 in Verbindung steht. Erregergas vom Durchgang L3 wird dem Regler 8 durch den Durchgang E3 und die Leitung 7 zugeführt und der Antrieb des Kolbens U durch die Leitung 9 und den Durchgang VI- wird auf die vorstehend beschriebene Weise vom Detektor 10 gesteuert·
Da während des ersten Teiles der Ausatmungs-Periode der Gasstrom vom Patienten hoch ist, ist das Ausgangssignal des Detektors IO hoch, wodurch der Regler 8 voll geöffnet und der Balg schnell ausgedehnt wird. Während eines
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späteren Teiles der Ausatmungsperiode ist der Gasstrom vom Patienten geringer, wodurch das Signal des Detektors 10 schwächer ist, so dass der Regler 8 weniger weit geöffnet und der Balg langsamer ausgedehnt wird. Die natürliche zeitliche Änderung des abwechselnden Volumens (Menge Gas, die während einer Ausatmungsperiode dem Patienten zugeführt wird) wird dann vom Atemgerät vollführt, so dass der Rhythmus des Atmungszyklus natürlicher ist.
Gewünschtenfalls kann ein weiterer Detektor mit zugehörendem Druckregler, Verstärker und Regler auf gleiche Weise angebracht werden, um die Einatmungsperiode auf natürlichere Weise zu steuern, wobei der Eingang dieses weiteren Detektors mit der Leitung 3 verbunden wird und der weitere Regler in der Leitung zwischen den Durchgängen D2 und V2 liegt.
Der Detektor 10, der Verstärker 13 oder der Regler 8 können derart ausgebildet sein, dass eine nicht lineare Beziehung zwischen der dem Detektor zugeführten Eingangsleistung und der Balgbewegung vorliegt.
Der Detektor 10 braucht nicht des von Differentialdruck betätigten Typs zu sein? andere Betätigungsmittel wie Gasströmungsgeschwindigkeit sind anwendbar. In diesem Falle kann eine Hemmung in der Leitung 6 vorgesehen werden, wobei die zwei Einlassöffnungen eines Differentialdruckdetektors, der mit der Leitung 6 in Verbindung steht, auf je einer Seite der Hemmung angeordnet sind· Der Detektor oder der Regler können mechanisch oder pneumatisch vorgespannt
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werden, um das vorerwähnte Nacheilen oder Yoreilen der Bälgbewegung und Korrektur der Wirkung des Systems zu erzielen.·
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Claims (1)

  1. PP. 1O21.
    -1O-PATENTAMSPRUCHE .
    1. J Medizinisches Atemgerät mit geschlossene* Kreislauf mit einem Detektor,der eine veränderliche Voreinstellmöglichkeit aufweist und mit einem Durchgang verbunden, ist,
    *
    durch den Gas von einem Patienten zu einem Gasbehälter* des Gerätes unter der Wirkung von Antriebsmitteln flieset, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor einen Unterschied zwischen einem vom Patienten bestimmten Gasstrom und einem von den Antriebsmitteln bestimmten Gasstrom feststellen kann und dass eine Ausgangsleistung des Detektors die Antriebsmittel derart steuern kann, dass die zwei Gasströme einen nahezu konstanten Unterschied aufweisen, der durch die veränderliche Voreinstellung des Detektors bestimmt werden kann.
    2, Medizinisches Atemgerät mit geschlo- ~m. Kreislauf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass einstellung derart ist, dass der konstante Unterschied Ac. .1 ist und die zwei Gasstrome nahezu einander gleich sind.
    3* Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinstellung derart ist, dass der konstante Unterschied ein positives Vorzeichen aufweist und dass somit das Gerät einen positiven Widerstand dem Gasstrom des Patienten gegenüber stellt. ·.
    h» Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinstellung derart ist, dass der konstante Unterschied ein negatives Vorzeichen aufweist und dass somit das Gerat dem Gasstrom des Patienten einen negativen Widerstand gegenüber-
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    PP, 1021
    - 11 -
    stellt« trödureh. dem Patienten. Gas entnommen -wird. 5· Medizinisches Ateogerät mit geschlossenem Kreislauf nach einem der· vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet »" dass der Gasbehälter durch einen biegsamen Balg gebildet wird>
    6. Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreis-
    lauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel einen Kolben in einem Zylinder enthalten, welcher Kolben mechanisch mit dem Gasbehälter gekuppelt ist, wobei die Bewegung des Kolbens eine Volumenänderung des Gasbehälters hervorruft und auf diese Weise den Gasstrom vom Patienten zum Behälter steuert. 7· Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Kolbens im Zylinder durch Erregergas hervorgerufen wird, das durch einen geeigneten Durchgang in den Zylinder eingeführt wird.
    8. Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Erregergases im Zylinder vom Detektor gesteuert wird. °. Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass es einen Verstärker zum Verstärken der Ausgangsleistung des Detektors enthält, wobei die verstärkte Ausgangsleistung Mitteln zum Steuern des Drucks des Erregergases im Zylinder zugeführt wird· . ■
    10. Medizinisches Atemgerät, mit geschlossenem Kreis-
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    PP. 1021.
    - 12 -
    lauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Gasbehälters unter der Wirkung der Antriebsmittel vergrössert wird, wodurch ein Gasstrom vom Patienten in den Behälter fliesst während wenigstens eines Teiles jeder Ausatmungsperiode eines Atmungszyklus, welches Volumen unter der Wirkung der Antriebsmittel verringert wird, wodurch ein Gasstrom vom Behälter zum Patienten fliesst während wenigstens eines Teiles der Einatmungsperiode des Atmungszyklus.
    11. Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer jeder Periode des Atmungszyklus durch einen Fludmultivibrator bestimmt und gesteuert wird.
    12. Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch 11 und nach Anspruch 10 sofern von Ansprüchen 7» 8 und 9 abhängig, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistung des Multivibrators die Bewegung des Kolbens im Zylinder in abwechselnden Richtungen entsprechend der betreffenden Periode des Atmungszyklus steuert.
    13· Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistung des Multivibrators mindestens ein Umschaltventil betätigt, welche Ventile abwechselnd Erregergas geeigneten Durchgängen im Zylinder zuführen, um die Kolbenbewegung zu steuern.
    14. Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Erregergases an demjenigen Durchgang im Zylinder, durch
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    PP. 1031»
    - 13 -
    den der Kolben in einer Richtung bewegt wird, in der das Behält ervoluftien zunimmt, dUi? oh die Ausgangsleistung des Detektors gesteuert wird. , -...
    15» Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach Anspruch T^f, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistung des Detektors in' einem pneumatischen Verstärker verstärkt wird, dessen Ausgangsleistung einen Regler betätigt, der an sich den Druck des Erregergases steuert. 16. Medizinisches Atemgerät mit geschlossenem Kreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesichtsmaske mit einem AtmUngsumschaltventil vorgesehen ist, das vom Multivibrator gesteuert wird und das Gas vom Patient von dem. Behälter durch einen Teil des geschlossenen Kreislaufs während jeder Einatmungsperiode des Atmung szykl Us der Gesichtsmaske zu#liessBn lässt, wel- .... ches Ventil das Gas von der Gesichtsmaske zurück zum Behälter durch den anderen Teil des geschlossenen Kreislaufs während jeder Ausatmungsperiode flies,sen lässt.
    .ν-'.ϊύ ·-
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