DE2042472C3

DE2042472C3 - Pneumatic control arrangement for manually and automatically time-controlled alternating pressure ventilation of newborns, infants and small children

Info

Publication number: DE2042472C3
Application number: DE2042472A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Ddr 7031 Leipzig Brauns
Original assignee: VEB KOMBINAT MEDIZIN- und LABORTECHNIK LEIPZIG DDR 7033 LEIPZIG
Current assignee: VEB KOMBINAT MEDIZIN- und LABORTECHNIK LEIPZIG DDR 7033 LEIPZIG
Priority date: 1969-12-22
Filing date: 1970-08-27
Publication date: 1979-09-27
Also published as: NL7018642A; DE2042472B2; DE2042472A1; SE378178B

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatsiche Steuerungsanordnung zur manuell und automatisch zeitgesteuerten Wechseldruckbeatmung von Neugeborenen, Säuglingen und Kleinkindern, die aus pneumatisch-logischen Schalt- und Steuerelementen besteht, mit einem Impulsgenerator und einem von ihm gesteuerten Ayreschen T-Stück.The invention relates to a pneumatic control arrangement for manually and automatically time-controlled Alternating pressure ventilation of newborns, infants and small children from pneumatic-logical Switching and control elements consists, with a pulse generator and one controlled by it Ayreschen tee.

Bekanntlich ist die Atmung des Neugeborenen durch die Horizontalstellung der Rippen und den Hochstand des Zwerchfelles vorwiegend eine Zwerchfell-Atmung und erfordert im Verhältnis zum Körpergewich', desIt is well known that the breathing of the newborn is due to the horizontal position of the ribs and the high position of the diaphragm predominantly a diaphragmatic breathing and requires in relation to the body weight ', des

"> Säuglings wesentlich mehr Arbeit Die kindliche Atmung verfügt daher über nur wenige Reserven, so daß bereits geringfügige Störungen der Lebensfunktion die Atemarbeit lebensbedrohlich erschweren können. In der Säuglings-Anaesthesie und auch bei der künstlichen Beatmung können deshalb nur solche Beatmungsgeräte erfolgreich eingesetzt werden, die als rückatemfreies System einen minimalen Apparattotraum und Atemwiderstand aufweisen, eine Wechseldruckbeatmung gestatten sowie die Ernährung und Behandlung des"> Infants much more work The child-like Breathing therefore has only a few reserves, so that even minor disturbances of the vital function can complicate the work of breathing life-threateningly. In infant and artificial anesthesia Ventilation can therefore only be successfully used such ventilators as those that do not breathe back System have minimal apparatus dead space and breathing resistance, alternating pressure ventilation allow as well as the nutrition and treatment of the

Do not hinder the child.

Da diese Forderungen von den bekannten Beatmungs- und Narkosebeatmungsgeräten wegen ihrer vorhandenen Toträume und Atemwiderstände aber auch wegen ihrer relativ großen Masse und ihrer Unhandlichkeit nicht erfüllt werden, wird zusätzlich ein modifiziertes T-Stück nach Ayre verwendet Dieses Ayresche T-Stück wind, vom Atem- und Narkosegas durchströmt und ist mit seinem kurzen senkrechten Ende mit einem Endotrachealtubus verbunden. Der Gasstrom wird dabei mittels eines Zweiwegehahnes auf zwei Wege verteilt; einmal direkt zum Patienten, wobei die Injektoröffnung rhytmisch verschlossen wird (positive Druckbeatmung) oder seitlich bei freier Ausströmung während der Ausatemphase einen Sog bewirkendAs these demands of the known ventilators and anesthesia ventilators because of their existing dead spaces and breathing resistance but also because of their relatively large mass and their Unhandiness are not met, a modified Ayre T-piece is also used Ayresche T-piece wind, flowed through by breathing and anesthetic gas and is with its short vertical End connected to an endotracheal tube. Of the The gas flow is distributed in two ways by means of a two-way valve; once directly to the patient, whereby the injector opening is closed rhythmically (positive pressure ventilation) or laterally with free flow causing suction during the exhalation phase

'' (negative Druckbeatmung). Außerdem ist das T-Stück mit einer durch Stopfen verschließbaren öffnung versehen, die zum Absaugen der Luftwege oder zur Spontanatmung dient Zur Automatisierung des Beatmungsprozesses ist dem T-Stück ein elektronischer Impulsgenerator vorgeschaltet Der 'Betrieb dieses Impulsgenerators erfordert jedoch neben der notwendigen Atem- bzw. Narkosegasquelle eine zusätzliche Energiequelle.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der Nachtei-'' (negative pressure ventilation). In addition, the T-piece is provided with an opening that can be closed with a stopper, which is used to aspirate the airways or for spontaneous breathing. Anesthetic gas source an additional source of energy.
The invention aims to eliminate the disadvantages

^v' Ie und unter Einbeziehung der Vorteile der nach Ayre durchgeführten Handbeatmung und mit einer vom Patienten- und Antriebsteil eines Beatmungsgerätes getrennten Steuerung sowie mittels pneumatisch-logischer Schalt- und Steuerelemente die Realisierung einer manuell und automatisch zeitgesteuerten Wechseldruckbeatmung. ^v ' Ie and taking into account the advantages of manual ventilation carried out according to Ayre and with a control system that is separate from the patient and drive part of a ventilator and by means of pneumatic-logical switching and control elements, the implementation of manually and automatically time-controlled alternating pressure ventilation.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine pneumatische Steuerungsanordnung mit Ayreschem T-Stück und Impulsgenerator zu entwickeln, die eine Änderung einesThe invention has the object of providing a pneumatic To develop a control arrangement with an Ayre's T-piece and pulse generator, which is a change in a

" von der Atemfrequenz unabhängigen Atemzeitverhältnisses und eine Einstellbarkeit des Atemzugvolumens ermöglicht, außerdem für die Beatmung und Narkosebeatmung erwachsener Personen einsatzfähig ist
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst daß ein über zwei Schalterbausteine, einen bistabilen Speieher und ein Und-Glied in Betrieb zu setzender pneumatischer Impulsgenerator über ein Oder-Glied unter Zwischenschaltung eines Signalverstärkers, einer Drossel und eines Stellmotors ein Schließventil am"The breathing time ratio is independent of the respiratory rate and the tidal volume can be adjusted, and can also be used for ventilation and anesthesia ventilation for adults
According to the invention, the object is achieved in that a pneumatic pulse generator to be put into operation via two switch modules, a bistable accumulator and an AND element, via an OR element with the interposition of a signal amplifier, a throttle and a servomotor, a closing valve on

^h<i Ayreschen T-Stück und ein Zweiwegeventil steuert welches wechselweise über verstellbare Drosseln und ein Volumeter die beiden Eingänge des Ayreschen T-Stückes mit einer Atemgasleitung verbindet und daß ^{h <i} Ayre's T-piece and a two-way valve controls which alternately connects the two inputs of the Ayre's T-piece with a breathing gas line via adjustable throttles and a volumeter and that

zur manuellen Beatmung ein Schalterbaustein direkt mit dem zweiten Eingang des Oder-Gliedes verbunden ista switch module is included for manual ventilation is connected to the second input of the OR element

Mit dieser Lösung erreicht man neben den bekannten Vorteilen vereinfachter Gerätetechnik auch eine zeitgesteuerte Wechseldruckbeatmung ohne zusätzliche Energiequellen.With this solution one achieves not only the known advantages of simplified device technology but also a time-controlled one Alternating pressure ventilation without additional energy sources.

Ein weiterer Vorteil besteht in der relativ kleinen und funktionssicheren Schaltung, die erweiterte Einsatzmöglichkeiten bietetAnother advantage is the relatively small and functionally reliable circuit, the expanded application possibilities offers

Zweckmäßigerweise besteht der Impulsgenerator aus einem bistabilen Speicher, einem Ausschalttor, einer Drossel, einem Volumenbaustein, drei Grenzwertschaltern und einem Druckregler.The pulse generator expediently consists of a bistable memory, a switch-off gate, a Throttle, a volume module, three limit switches and a pressure regulator.

Es ist vorteilhaft, an einem Stutzen am Patientenausgang des Ayreschen T-Stückes eine Sicherheitsschaltung anzuordnen. Diese sollte aus zwei Ventilen für unterschiedliche positive Grenzdrücke, einem Ventil für negativen Grenzdruck, einem Manometer, einem als Inhibitor ausgelegten Und-Glied und einem Schalterbaustein bestehen.It is advantageous to use a nozzle at the patient exit of the Ayreschen T-piece to arrange a safety circuit. This should consist of two valves for different positive limit pressures, one valve for negative limit pressure, a pressure gauge, an AND element designed as an inhibitor and a switch module exist.

Für die Narkosebeatmung kann zwischen verstellbarer Drossel und Volumeter der mit einem Eingang des Ayreschen T-Stückes verbundenen Atemgasleitung ein Oder-Glied eingeschaltet sein, dessen zweiter Eingang mit einer Narkosegasquelle verbunden istFor anesthesia ventilation, the adjustable throttle and volumeter with an input of the Ayreschen T-piece connected breathing gas line an OR element must be switched on, its second input is connected to a source of anesthetic gas

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Der von einem Schalterbaustein 1 über einen ersten Eingang eines bistabilen Speichers 3 und einem nachgeschalteten Und-Glied 4, dessen anderer Eingang mit einer Steuerleitung 6 verbunden ist, in Betrieb zu setzende Impulsgenerator 8 steuert über ein Oder-Glied 9 unter Zwischenschaltung eines Signalverstärkers 11, einer Drossel 27 und eines Stellmotors 28 ein Schließventil 29 an der Ausströmseite des Ayreschen T-Stückes sowie ein Zweiwegeventil 10, welches wechselweise über eine verstellbare Drossel 23 bzw. eine verstellbare Drossel 20 und ein Volumeter 22 die beiden Eingänge 24 und 25 des Areschen T-Stückes 26 mit einer Aterrmasleitung 19 verbindetFrom a switch module 1 via a first Input of a bistable memory 3 and a downstream AND element 4, the other input of which is connected to a control line 6, in operation The setting pulse generator 8 controls via an OR element 9 with the interposition of a signal amplifier 11, a throttle 27 and a servomotor 28 a closing valve 29 on the outflow side of the Ayre tree T-piece and a two-way valve 10, which alternately via an adjustable throttle 23 or an adjustable throttle 20 and a volumeter 22 the two inlets 24 and 25 of the Areschen T-piece 26 connects to an Aterrmasleitung 19

Der mit dem Und-Glied 4 verbundene bistabile Speicher 7 des Impulsgenerators 8 ist ausgangsseitig Ober ein Ausschalttor 12, eine Drossel 13 und einen Volumenbaustein 14 sowohl mit den Eingängen zweier Grenzwertschalter 16,17, die ihrerseits an die Eingänge des bistabilen Speichers 7 angeschlossen sind, als auch mit einem an einen Druckregler 18 angeschlossenen Grenzwertschalter 15 verbunden, dessen Ausgang am ersten Eingang des Oder-Gliedes 9 liegtThe bistable memory 7 of the pulse generator 8 connected to the AND element 4 is on the output side Above a switch-off gate 12, a throttle 13 and a volume module 14, both with the inputs of two Limit switches 16, 17, which in turn are connected to the inputs of the bistable memory 7 are connected, as well connected to a limit switch 15 connected to a pressure regulator 18, the output of which is on first input of the OR element 9 is located

Eine aus zwei Ventilen 33 und 34 für positive Grenzdrücke und einem Ventil 35 für negativen Grenzdruck bestehende Sicherheitsschaltung ist über eine gemeinsame Leitung mit dem am Patientausgang des Ayreschen T-Stückes 26 angeordneten Stutzen 37 verbunden, wobei an die gemeinsame Leitung ein Manometer 36 angeschlossen und in die Leitung zum Ventil 33 ein als Inhibitor ausgelegtes Und-Glied 32 angeordnet ist, dessen negativer Eingang mit einem Schalter 31 verbunden istOne of two valves 33 and 34 for positive Limit pressures and a valve 35 for negative limit pressure existing safety circuit is over a common line with the connector 37 arranged at the patient exit of the Ayre's T-piece 26 connected, with a pressure gauge 36 connected to the common line and into the line to Valve 33 is arranged as an inhibitor AND element 32, the negative input with a Switch 31 is connected

Das zwischen der Drossel 20 und dem Volumeter 22 angeordnete Oder-Glied 21 ist mit seinem zweiten Eingang an die Narkosegasversorgung angeschlossen. Die öffnung 39 des Ayreschen T-Stückes ist verschlossen, wenn über sie keine Spontanatmung oder Sekretabsaugung erfolgtThe OR element 21 arranged between the throttle 20 and the volumeter 22 has its second Input connected to the anesthetic gas supply. The opening 39 of the Ayre's T-piece is closed, if there is no spontaneous breathing or secretion suction through them

Mit der öffnung 40 des Ayreschen T-Stückes ist der Patient verbunden.The patient is connected to the opening 40 of the Ayre's T-piece.

With the actuation of the switch module 1, the

automatische Beatmung eingeschaltet Der bistabile Speicher 7 wird ober den bistabilen Speicher 3 und das Und-Glied 4 mit der Steuerleitung 6 verbunden. Der bistabile Speicher 7 gibt ein über das Ausschalttor 12, die Drossel 13 und den Volumenbaustein 14 langsam ansteigendes L-Signal ab, welches nach Oberschreiten des Schaltpunktes am Grenzwertschalter 17 an dessen Ausgang ein L-Signal erzeugt Dieses L-Signal bewirkt ein Umkippen des bistabilen Speichers 7 in die Lage,Automatic ventilation switched on The bistable memory 7 is above the bistable memory 3 and the AND element 4 is connected to control line 6. The bistable memory 7 is a via the switch-off gate 12, the throttle 13 and the volume module 14 from slowly increasing L-signal, which after exceeding of the switching point at the limit switch 17 generates an L signal at its output. This L signal causes overturning the bistable memory 7 in the position

ίο daß der Druck im Volumenbaustein 14 über die Drossel 13 bis zum Erreichen des Schaltpunktes des Grenzwertschalters 16, der beim Unterschreiten des Schaltpunktes ein L-Signal abgibt, abgebaut wird. Das L-Signal des Grenzwertschalters 16 seinerseits kippt den Speicher 7 wieder in die Ausgangslage zurück. Ist der Schaltpunkt des Grenzwertschalters 17 auf einen höheren Wert als der des Grenzwertschalters 16 eingestellt so pendelt der Druck im Volumenbaustein 14 zwischen den beiden Umschaltdrücken. Die Frequenz wird dabei durch den Volumenbaustein 14 und die Drossel 13 bestimmt Der Grenzwertschalter 15 ist auf einen «ümschaltdruck eingestellt der zwischen denen der Grenzwertschalter 17 und 16 liegt Das Ausschalttor 12 verhindert im geöffneten Zustand, daß der Druck im Volumenbaustein 14 den Umschaltdruck des Grenzwertschalters 16 unterschreitet Danach kann die Exspirationsphase für eine assistierte Beatmung beliebig verlängert werden, ohne daß sich die eingestellte Inspirationszeit des Impulsgenerators 8 verändert Mit dem Druckregler 18ίο that the pressure in the volume module 14 via the throttle 13 until the switching point of the limit switch 16 is reached, which is when the switching point emits an L signal, is degraded. The L signal of the limit switch 16 in turn toggles the memory 7 back to the starting position. If the switching point of the limit switch 17 is at a higher value than that of the limit switch 16 is set so the pressure in the volume module 14 oscillates between the two Shift press. The frequency is determined by the volume module 14 and the throttle 13 Limit switch 15 is set to a switching pressure between that of the limit switch 17 and 16 is located. The switch-off gate 12 prevents the pressure in the volume module when it is open 14 falls below the switching pressure of the limit switch 16. The expiratory phase for assisted ventilation can be extended as required without affecting the set inspiration time of the Pulse generator 8 changed with the pressure regulator 18

ίο kann der Schaltpunkt und damit des Tastverhältnis des Impulsgenerators 8 eingestellt werden, welches gleich dem Atemzeitverhältnis ist Die Rechteckimpulse des Grenzwertschalters 15 steuern über das Oder-Glied 9 das Zweiwegeventil 10 und bestimmen die Inspirations-ίο the switching point and thus the duty cycle of the Pulse generator 8 can be set, which is equal to the breathing time ratio The square-wave pulses of the Limit switch 15 control the two-way valve 10 via the OR element 9 and determine the inspiratory

s'i und Exspirationsphase. Während der Inspiration wird über das Oder-Glied 9, den Signal verstärker 11 und die Drossel 27 der Stellmotor 28 betätigt und das Schließventil 29 in Verschlußstellung gebracht Gleichzeitig wird über das Zweiwegeventil 10 die Atemgasieitung 19 über die Drossel 20, das Oder-Glied 21 und das Volumeter 22 mit dem Eingang 24 des Ayreschen T-Stückes verbunden. Das Atemgas strömt über die Leitung 40 des Ayreschen T-Stückes 26 zum Patienten. Die Inspirationsgeschwindigkeit kann durch die Drossels'i and expiratory phase. During inspiration will Via the OR element 9, the signal amplifier 11 and the The throttle 27 of the servomotor 28 is actuated and the closing valve 29 is brought into the closed position at the same time is via the two-way valve 10, the respiratory gas line 19 via the throttle 20, the OR element 21 and the Volumeter 22 connected to the inlet 24 of the Ayre T-piece. The breathing gas flows over the Line 40 of the Ayre T-piece 26 to the patient. The speed of inspiration can be controlled by the throttle

■)') 20 und die Form der Atemkurve durch die Drossel 27 bestimmt werden. Nach Ablauf der Inspirationszeit wird das Zweiwegeventil 10 umgeschaltet, so daß das Atemgas über die Drossel 23 mit dem Eingang 25 des Ayreschen T-Stückes 26 verbunden ist Gleichzeitig■) ') 20 and the shape of the breathing curve through the throttle 27 to be determined. After the inspiration time has elapsed, the two-way valve 10 is switched over so that the Breathing gas is connected to the inlet 25 of the Ayreschen T-piece 26 via the throttle 23 at the same time

so wird das Schließventil 29 geöffnet Über die Ausströmseite 30 des zum Ayreschen T-Stück 26 gehörenden Injektors wird mittels dessen Wirkeffekts das Atemgas vom Patienten abgesaugt und über das Schließventil 29 ins Freie geblasen. Mit diesem Vorgang wird dieso the closing valve 29 is opened via the outflow side 30 of the Ayresches T-piece 26 belonging By means of the injector's active effect, the breathing gas is sucked off from the patient and via the closing valve 29 blown outside. With this process, the

v> Exspirationsphase unterstützt Die Intensität der negativen Exspirationsphase kann durch die Drossel 23 bestimmt werden, wobei bei völlig geschlossener Drossel 23 eine IPP-Beatmung möglich gemacht wird.
Durch Einstellen eines Druckes am Druckregler 18, der über dem Schaltdruck des Grenzwertschalters 17 liegt, kann die Inspirationsdauer unendlich lang gestaltet und mittels des Volumeters 22 exakt das Atemzugvolumen eingestellt werden. v> Expiratory phase supported The intensity of the negative expiratory phase can be determined by the throttle 23, with IPP ventilation being made possible when the throttle 23 is completely closed.
By setting a pressure on the pressure regulator 18 that is above the switching pressure of the limit switch 17, the inspiration duration can be made infinitely long and the tidal volume can be set precisely using the volumeter 22.

The pneumatic control arrangement can also

μ zur Narkosebeatmung verwendet werden, indem während der Inspiration über das Oder-Glied 21 Narkosegas in das Ayresche T-Stück 26 eingeleitet wird. Soll eine Handbeatmung durchgeführt werden, so wirdμ can be used for anesthetic ventilation by During the inspiration, anesthetic gas is introduced into the Ayresche T-piece 26 via the Oder member 21. If manual ventilation is to be carried out, then

diese durch eine Betätigung des Schalterbausteines 2 über die direkte Verbindung zum Oder-Glied eingeleitet. Die Inspirationsdauer wird dabei durch die Betätigungsdauer des Schalterbausteines 2 bestimmt. Die in der Sicherheitsschaltung angeordneten Ventile 33,34 und 35 begrenzen den Druck unterschiedlich. Das Ventil 33 ist für einen positiven Grenzdruck von 50 bis 300 mm WS und das Ventil 34 für einen positiven Grenzdruck von max. 800 mm WS bestimmt. Am Ventil 35 dagegen werden die negativen Drücke von —5 bis -250 mm WS eingestellt. Durch Betätigen des Schalters 31 kann über das Und-Glied 32 das Ventil 33 außer Funktion gesetzt werden.this is initiated by actuating the switch module 2 via the direct connection to the OR element. The inspiration duration is determined by the duration of the actuation of the switch module 2. The valves 33, 34 and 35 arranged in the safety circuit limit the pressure differently. That Valve 33 is for a positive limit pressure of 50 to 300 mm WS and valve 34 for a positive one Limit pressure of max. 800 mm WS determined. At the valve 35, however, the negative pressures from -5 to -250 mm WS set. By actuating the switch 31, the valve 33 can also be activated via the AND element 32 Function can be set.

Die Betriebsdrücke werden am Manometer 36 angezeigtThe operating pressures are displayed on the manometer 36

1 sheet of drawings

Claims

Patent claims!

1. Pneumatic control arrangement from pneumatic-logic switching and control elements, with a pulse generator and an Ayreschen T-piece controlled by it, for manual and automatically time-controlled alternating pressure ventilation, especially for newborns and infants and small children, characterized that of a first switch module (1) via a first input of a bistable memory (3) and a downstream AND element (4), the other input of which is connected to a control line (6) is connected to put into operation pneumatic pulse generator (8) via an OR element (9) below Interposition of a signal amplifier (11), a throttle (27) and a servomotor (28) Closing valve (29) on the outflow side of the Ayre T-piece (26) and a two-way valve (10) controls that alternately via an adjustable throttle (23) or an adjustable throttle (20) and a volumeter (22) the two inlets (24 and 2S) of the Ayre's T-piece (26) with a breathing gas line (19) connects, and that a second switch module (2) with the manual ventilation second input of the bistable memory (3) and directly to the second input of the OR element (9) is connected

2. Pneumatic control arrangement according to claim 1, characterized in that the pulse generator (8) has a bistable memory (7) connected to the AND element (4), whose one entrance via eik Aussc'.ialttor (12) one Throttle (13) and a volume module (14) both with the inputs of two limit switches (16, 17), both of which are connected to the inputs of the bistable memory (7), as well as to one a pressure regulator (18) connected limit switch (15) is connected, the output of which is on first input of the OR element (9) is located

3. Pneumatic control arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that on a connecting piece (37) at the patient exit of the Ayre's T-piece (26), a safety circuit (33,34,35) is connected

4. Pneumatic control arrangement according to claim 1, characterized in that the safety circuit from two valves (33,34) for positive limit pressures and a valve (35) for negative There is limit pressure, which is via a common line with the nozzle (37) of the Ayreschen T-piece (26) are connected, a pressure gauge (36) is connected to the common line and in an AND element (32) designed as an inhibitor is arranged in the line to the valve (33) negative input is connected to a switch (31)

5. Pneumatic control arrangement according to claim 1, characterized in that between the Throttle (20) and the volumeter (22) an OR element (21) is switched on, at the second input (38) a source of anesthetic gas is connected