DE202020004578U1 - Device for ventilation - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur künstlichen Beatmung eines Patienten mittels einem variierenden Unterdruck mit einer den Körper mindestens teilweise umschließende Manschette (1) und einem Antrieb, dadurch gekennzeichnet dass die Manschette (1) elastisch ist und den Körper (2) unmittelbar und luftdicht mindestens teilweise umschließt. Device for artificial respiration of a patient by means of a varying negative pressure with a cuff (1) at least partially enclosing the body and a drive, characterized in that the cuff (1) is elastic and at least partially encloses the body (2) directly and airtight.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beatmung.The invention relates to a ventilation device.
Setzt die Atmung eines Patienten aus, oder ist diese zu schwach, kann sie durch künstliche Beatmung unterstützt werden. Heute geschieht dieses mittels Überdruck über abgedichtete Gesichtsmasken, oder durch Einführen eines Schlauches in die Luftröhre (Intubieren). Diese Form der Beatmung mit Überdruck ist speziell bei Entzündungen der Lunge problematisch und verursacht über längere Zeiträume angewendet Schäden an der Lunge.If a patient's breathing stops or is too weak, it can be supported by artificial respiration. Today this is done by means of positive pressure via sealed face masks, or by inserting a tube into the trachea (intubation). This form of ventilation with positive pressure is particularly problematic in the case of inflammation of the lungs and causes damage to the lungs when used over long periods of time.
Eine Alternative besteht darin, durch Variation des äußeren Drucks auf den Brust- und Bauchraum die Atmung zu unterstützen. Die Literatur nennt hierzu zahlreiche Lösungsansätze, die aber überwiegend nicht in der klinischen Praxis Eingang gefunden haben, oder nicht mehr angewendet werden.An alternative is to support breathing by varying the external pressure on the chest and abdomen. The literature mentions numerous approaches to solving this problem, but most of them have not found their way into clinical practice or are no longer used.
In der
Die
Die
Die
Die
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Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass Lösungen, die es erlauben mit Unterdruck auf den Körper einzuwirken, bislang mit einer starre Bauform einhergingen, um das Kollabieren der Unterdruckkammer unter Unterdruck zu vermeiden. Damit verbunden sind Einschränkungen in der Handhabung und für den Komfort des Patienten.In summary, it can be stated that solutions that allow negative pressure to act on the body have hitherto been associated with a rigid design in order to prevent the negative pressure chamber from collapsing under negative pressure. This is associated with limitations in handling and for the comfort of the patient.
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Beatmung mittels Unterdruck zu realisieren, die Apparativ weniger aufwändig, in der klinischen Praxis leicht handhabbar und für den Patienten wenig einschränkend ist. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The present invention is therefore based on the object of realizing ventilation by means of negative pressure that is less expensive in terms of apparatus, is easy to handle in clinical practice and is not very restrictive for the patient. The object is solved with the features of
Die Lösung sieht eine den Körper mindestens teilweise umschließende Manschette vor, wobei die Manschette elastisch ist und den Körper unmittelbar und luftdicht umschließt. Die am Körper anschließende Unterdruckkammer hat somit kein nennenswertes Volumen. Die Manschette ist mit einem Antrieb versehen, welcher diese elastisch weitet. Da der Körper luftdicht umschlossen ist, wird dieser ebenfalls geweitet und damit künstlich beatmet. Das Ausatmen erfolgt wie bei der natürlichen Atmung passiv aufgrund des Umgebungsdrucks und kann zusätzlich durch eine aktive Kontraktion der Manschette unterstützt werden.The solution provides a cuff that at least partially encloses the body, the cuff being elastic and directly and airtightly enclosing the body. The vacuum chamber attached to the body therefore has no volume worth mentioning. The cuff is provided with a drive which expands it elastically. Since the body is enclosed airtight, it is also expanded and thus artificially ventilated. As with natural breathing, exhalation takes place passively due to the ambient pressure and can also be supported by an active contraction of the cuff.
Die Manschette umschließt vorzugsweise den Abdominalbereich des Patienten, und wirkt folglich auf die Zwerchfellatmung. Ein Einwirken auf den Brustraum ist auch möglich, erfordert aber aufgrund der Steifigkeit des Brustkorbs höhere Kräfte und ist bei weiblichen Patienten aufgrund der Anatomie kaum anwendbar.The cuff preferably encloses the patient's abdominal region, and thus acts on diaphragmatic breathing. It is also possible to act on the thoracic cavity, but this requires higher forces due to the rigidity of the thorax and is hardly applicable to female patients due to the anatomy.
Ein Kollabieren oder Einbeulen der Manschette unter Unterdruck wird durch das stetige Aufliegen der Manschette auf dem Körper verhindert.Collapsing or buckling of the cuff under negative pressure is prevented by the constant contact of the cuff on the body.
Als Antrieb für die elastische Verformung der Manschette mittels Fluiddruck ist das Wirkprinzip der bereits genannten
Ein weiterer möglicher Antrieb ist ein elektrostriktiver Antrieb. Er besteht aus dehnfähigen, flächigen Elektroden mit dazwischenliegendem elastischen Dielektrikum. Bei Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung entstehen anziehende Kräfte zwischen den Elektroden, die zu einer Kompression des Dielektrikums führt. Durch seinen Elastizität vergrößert sich hierbei die Fläche des Dielektrikums. Um wirksame Kräfte und Dehnungen zu erreichen, ist eine geringe Dicke des Dielektrikums sowie hohe Spannungen erforderlich. Für die technische Nutzung in der vorliegenden Erfindung ist die Stapelung mehrerer Lagen des Dielektrikums mit jeweils wechselnder Polung der dazwischenliegenden Elektroden sinnvoll, um hinreichende Kräfte zu erzeugen. Die Verwendung von Hochspannung bedeutet eine potentielle Gefährdung des Patienten, die mit geeigneten Schutzmaßnahmen einzugrenzen ist.Another possible drive is an electrostrictive drive. It consists of expandable, flat electrodes with an elastic dielectric in between. When an electrical voltage is applied, attractive forces arise between the electrodes, which leads to compression of the dielectric. Due to its elasticity, the area of the dielectric increases. In order to achieve effective forces and strains, a small thickness of the dielectric and high voltages are required. For the technical use in the present invention, the stacking of several layers of the dielectric, each with alternating polarity of the electrodes lying in between, makes sense in order to generate sufficient forces. The use of high voltage represents a potential hazard for the patient, which must be limited with suitable protective measures.
Ferner kommen mechanische Antriebe in Betracht. Eine Lösung hierfür bietet eine flächige auxetischen Struktur, also eine Struktur, die sich bei Zug auch quer zur Zugrichtung ausdehnt. Die auxetische Struktur kann auf eine elastische Membran aufgebracht sein, die wiederum Teil der am Körper aufliegenden Manschette ist.Mechanical drives are also possible. A solution for this is offered by a flat auxetic structure, i.e. a structure that also expands transversely to the direction of tension when it is pulled. The auxetic structure can be applied to an elastic membrane, which in turn is part of the cuff placed on the body.
Die Aktivierung kann für die vorliegende Erfindung erfolgen, indem Zug in Umfangsrichtung der Manschette erfolgt, woraufhin eine Expansion quer zur Zugrichtung erfolgt. Durch die gewölbte Form erzeugt dieses eine zusätzliche Aufwölbung der Manschette.Activation can occur for the present invention by pulling in the circumferential direction of the cuff, followed by expansion transverse to the direction of pull. Due to the curved shape, this creates an additional bulge in the cuff.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert.The invention is explained below with reference to the figures.
Der durch die Stützstruktur (5) entstehende Hohlraum in der Manschette (1) wird zur Betätigung über den Anschluss (8) mit einem Druck (P) beaufschlagt.The cavity created by the support structure (5) in the cuff (1) is subjected to a pressure (P) via the connection (8) for actuation.
Der erforderliche Unterdruck für die Beatmung kann aus der Praxis er Beatmung über die Atemwege abgeleitet werden. Nach https://www.amboss.com/de/wissen/Maschinelle_Beatmung ist der Überdruck bei maschineller Beatmung im Bereich 15 - 20 mBar einzustellen. Es ist davon auszugehen, dass ein Unterdruck in dieser Größenordnung über die Manschette (1) aufzubringen ist, um eine künstliche Beatmung herbeizuführen.The negative pressure required for ventilation can be derived from the practice of ventilation via the airways. According to https://www.amboss.com/de/wissen/Maschinelle_Beventilator, the overpressure for mechanical ventilation should be set to between 15 and 20 mbar. It can be assumed that a negative pressure of this magnitude must be applied via the cuff (1) in order to bring about artificial respiration.
Da der Innendruck (P) der Manschette (1) gleichermaßen auf die Membranen (4) und (4') wirkt, ergibt sich der resultierende Unterdruck an der körperzugewandten Membran (4) aus der Differenz der Membranflächen. Demnach hängt der am Körper (2) wirksame Unterdruck vom Innendruck (P), der Krümmung der Manschette (1) und dem Abstand der Membranen (4) und (4') ab. Hohe Drücke im Patientenumfeld stellen eine potentielle Gefährdung dar, die es zu minimieren gilt. Um den erforderlichen Druck (P) gering zu halten, ist bei durch den Körper vorgegebener Krümmung der Abstand zwischen den Membranen (4, 4') nicht zu klein zu wählen. Als praxisgerecht haben sich Abstände von ca. 10mm erwiesen.Since the internal pressure (P) of the cuff (1) acts equally on the membranes (4) and (4'), the resulting negative pressure on the body-facing membrane (4) results from the difference in the membrane surfaces. Accordingly, the negative pressure acting on the body (2) depends on the internal pressure (P), the curvature of the cuff (1) and the distance between the membranes (4) and (4'). High pressures in the patient environment represent a potential hazard that must be minimized. In order to keep the required pressure (P) low, the distance between the membranes (4, 4') should not be selected too small given the curvature defined by the body. Distances of approx. 10mm have proven to be practical.
Der Steuerung des Beatmungsdrucks kommt für die klinische Praxis eine wichtige Bedeutung zu. Wie bereits aufgeführt, kann der Beatmungsdruck bei Kenntnis der Krümmung und des Drucks, der zur Überwindung der Elastizität der Manschette (1) erforderlich ist, über den Druck P eingestellt werden.The control of ventilation pressure is of great importance in clinical practice. As already mentioned, the ventilation pressure can be set via the pressure P if the curvature and the pressure required to overcome the elasticity of the cuff (1) are known.
Soll die Atmung des Patienten nur unterstützt werden, kann die Manschette (1) gleichzeitig als Sensor für die Atemfrequenz verwendet werden. In Umkehrpunkten der Atmung arbeitet die Atmungsmuskulatur gegen die künstliche Beatmung und erzeugt dadurch Abweichungen im stetigen Druckverlauf. Beim Einatmen, etwa, steigt der Druck in der Manschette stetig an. Beginnt der Patient auszuatmen, muss die Manschette (1) gegen die Atemmuskulatur arbeiten, was zu einer Überhöhung des Drucks führt. Wir also das zeitliche Differential des Drucks (P) gemessen, kann dieser Messwert verwendet werden, um den Druckverlauf des Drucks (P) mit der Atmung des Patienten zu synchronisieren.If the patient's breathing is only to be supported, the cuff (1) can also be used as a sensor for the respiratory rate. At reversal points in breathing, the respiratory musculature works against the artificial respiration and thus creates deviations in the constant pressure profile. When inhaling, for example, the pressure in the cuff increases steadily. If the patient begins to breathe out, the cuff (1) has to work against the breathing muscles, which leads to an excessive pressure. So if the time differential of the pressure (P) is measured, this measurement can be used to synchronize the pressure curve of the pressure (P) with the patient's respiration.
Besonders geeignet als Material für die Manschette (1) sind Elastomere mit hoher Elastizität und hoher Durchschlagsfestigkeit. Geeignet sind zum Beispiel Silikon-Elastomere. Zur Herstellung der Leitfähigkeit der elastischen Elektroden (6, 6') eigenen sich zum Beispiel Grafit, Kohlenstoff-Nanoröhren oder Silberpartikel.Elastomers with high elasticity and high dielectric strength are particularly suitable as material for the sleeve (1). Silicone elastomers, for example, are suitable. Graphite, carbon nanotubes or silver particles, for example, are suitable for producing the conductivity of the elastic electrodes (6, 6').
Wie auch bei der mittels Fluiddruck betriebenen Variante, kann bei der elektrostriktiven Antriebsvariante das zeitliche Differential der Spannung als Sensorsignal verwendet werden, um die Atmung mit der vorhanden Atmung des Patienten zu synchronisieren.As with the fluid pressure driven variant, the electrostrictive drive variant can use the time differential of the voltage as a sensor signal to synchronize breathing with the patient's actual breathing.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Manschettecuff
- 22
- Körperbody
- 33
- Dichtlippesealing lip
- 4, 4'4, 4'
- Membranmembrane
- 55
- Stützstruktursupport structure
- 6, 6'6, 6'
- Elektrodeelectrode
- 77
- Zuleitungsupply line
- 88th
- Anschlussconnection
- 99
- auxetische Strukturauxetic structure
- 10, 10'10, 10'
- Zugleistedraw bar
- 1111
- Bandagebandage
- 1212
- StabRod
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- US 2456724 A [0005]US 2456724A [0005]
- US 2581893 A [0006]US 2581893 A [0006]
- DE 1103523 [0007, 0009]DE 1103523 [0007, 0009]
- US 2529258 A [0008]US 2529258 A [0008]
- DE 102016107670 B3 [0011, 0016]DE 102016107670 B3 [0011, 0016]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |