DE2102837A1

DE2102837A1 - Beatmungseinrichtung

Info

Publication number: DE2102837A1
Application number: DE19712102837
Authority: DE
Inventors: Lawrence Alfred London P Cox
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1970-01-21
Filing date: 1971-01-21
Publication date: 1971-07-29
Also published as: US3768468A; FR2075764A5; SE370495B; GB1338226A; DK134634C; DK134634B; NL7100834A; JPS5223198B1

Description

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KHTtIPPINB-WELSETt - STItASgM 14

WMIVVi SX3T3

κ. 362

Augsburg, den 20. Januar 1971

The British Oxygen Company Limited, Hammersmith House,

London, W, 6, England

Beatmungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Beatmungseinrichtung mit öffnungen für die Gaszu- und Gasabfuhr zu bzw. von Patienten.

Durch eine derartige Beatmungseinriohtung kann die

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Atmung von Patienten automatisch verstärkt oder auch vollständig ersetzt werden.

Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Gas" ist normalerweise ein Oasgemisch zu verstehen, obwohl in der Praxis selbstverständlich auch reine Oase, z.B. Sauerstoff, Anwendung finden können.

Es gibt drei Arten von Beatmungseinrichtungen, nämlich volumengesteuerte, zeltgesteuerte und druckgesteuerte Beatmungseinrichtungen. Für lange andauernde Beatmungen, wie sie in der Intensivversorgung angewendet werden, wird die volumengesteuerte Beatmungseinrichtung bevorzugt. Jedoch haben solche volumengesteuerte Beatmungseinrichtungen auch Nachtelle.

Der Hauptnachteil von volumengesteuerten Beatmungseinrichtungen 1st, daß sie dauernd nur eine bestimmte Menge an Oas zuführen, ungeachtet von Änderungen der Wünsche oder Bedürfnisse der Patienten oder des Widerstandes der Luftwege. Jedoch ist dies nur teilweise richtig, indem die tatsächliche Oasmenge kleiner und manchmal sogar wesentlich kleiner sein kann als die von der Beatmungseinrichtung angezeigte Menge des dem betreffenden Patienten angeblich zugeführten Oases* Diese Diskrepanz kann durch

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Lecks in den verschiedenen VerbindiHigen und durch unrichtig eingestellte Sicherheitsventile oder durch andere Komponenten auftreten.

Bekannte volumengesteuerte Beatmungseinrichtungen weisen normalerweise Festvolumen-Geräte auf, z.B. einen Balg oder einen Kolben. Bei diesen Beatmungseinrichtungen ist der Verlauf der Einatmungsströmung im allgemeinen fest vorgegeben, wobei er manchmal in sehr engen Grenzen auch einstellbar ist. Das heißt, die durch den Balg oder den Kolben mit den ihnen zugeordneten Antriebsmechanismen bedingten Einschränkungen beschränken auch die Möglichkeit des betreffenden Benutzers, den Strömungsverlauf nach eigenem Willen zu verändern, obwohl das Einatmungs/Ausatmungsverhältnis normalerweise variiert werden kann. Es ist bekannt, daß der Elnatmungs- und Ausatmungsströmungsverlauf bei mechanischen Beatmungseinrichtungen den Wirkungsgrad des Lungen-Gasaustausches beeinflussen kann, obwohl der optimale Strömungsverlauf der betreffenden Beatmungseinrichtung doch festgelegt werden muß. Demzufolge würde die Möglichkeit, die zeitliche Strömungsmenge jeweils über die gesamte Einatmungsphase des betreffenden Atemzyklus einstellen und gleichzeitig das jeweils zuzuführende Gasvolumen auswählen zu können, einen großen Fortschritt darstellen.

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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einer Beatmungseinrichtung der genannten Art auf einfache Weise eine den jeweiligen Anforderungen der Patienten gerechter werdende, leicht zu handhabende Einst ellmöglichlceit des jeweils den Patienten zugeführten Gasstromes zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Gaszufuhrweg eine Überwachungseinrichtung liegt, welche jeweils während der Einatmungsphasen der Atemzyklen dem integrierten Volumen der Gasströmung entsprechende Signale erzeugt, vorzugsweise elektrische Signale, und daß dem gewünschten Gasvolumen entsprechende Signale jeweils die Unterbrechung der durch die Überwachungseinrichtung hindurchführenden Gasströmung und die Auslösung der darauffolgenden Ausatmungsphase des betreffenden Atmungszyklusses bewirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Die in der Zeichnung dargestellte Beatmungseinrichtung nach der Erfindung weist einen Mischer 2 auf, an welchen voneinander getrennte Leitungen für die Zufuhr

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von Sauerstoff und Luft oder geeigneten anderen Kombinationen von atembaren Gasen angeschlossen sind. Das gewünschte Gasgemisch gelangt von dem Mischer 2 in ein Gerät 4, welches den Strömungsverlauf bestimmt. Beispielsweise kann es erwünscht sein, jeweils während der gesamten Einatmungsphase eine konstante Gasströmung aufrechtzuerhalten. Abweichend hiervon kann es erwünscht sein, jeweils am Anfang eine verhältnismäßig große Strömungsmittelmenge je Zeiteinheit zu haben, welche dann nach einer bestimmten Zeitdauer auf eine bestimmte andere Strömungsmittelmenge je Zeiteinheit abfällt, welche dann bis zum Ende der Einatmungsphase des ™ betreffenden Atemzyklus beibehalten wird. Andere Strömungsverläufe können ebenfalls erforderlich sein. Lediglich aus Zweckmäßigkeitsgründen ist in der Zeichnung noch ein getrenntes Strömungssteuergerät 6 dargestellt, durch welches das vom Gerät 4 herkommende Gas hindurchströmt, obwohl in der Praxis die Geräte 4 und 6 als ein einziges ⁽ Gerät zusammengefaßt sein können, welches sowohl die zeitliche Strömungsmittelmenge als auch den Strömungsverlauf bestimmt. Das Gas gelangt dann durch ein Ventil 8, welches M von einem Steuergerät 10 gesteuert wird und jeweils während der Einatmungsphasen in Offenstellung gehalten wird.

Anschließend gelangt das Gas durch einen Fühler 12, welcher vorzugsweise jedesmal dann ein Signal erzeugt,

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z.B. ein elektrisches Signal, wenn eine bestimmte Volumenbzw. Mengeneinheit des Gases durch ihn hindurchgeströmt ist. Die Signale werden einem Integrator bzw. Impulszähler 14 zugeführt.

Auf seinem Weg zu einem Ventil 16 gelangen Proben des Gases in einen Analysator 18, welcher den Sauerstoffgehalt des längs des Gaszufuhrweges 20 strömenden Gases in Prozent anzeigt. Dieser Analysator 18 dient somit zur überwachung der richtigen Funktion des Mischers 2.

Das Ventil 16 weist vorzugsweise zwei mögliche Einstellungen und fünf Anschlußöffnungen auf, obwohl selbstverständlich auch andere Ventile mit mehreren öffnungen verwendet werden können. Zwei dieser öffnungen des Ventils führen jeweils zu einem nicht dargestellten Patienten, eine dieser öffnungen ist mit dem Gaszufuhrweg 20 verbunden, eine weitere der öffnungen ist an eine Gasabfuhrleitung angeschlossen und die fünfte dieser öffnungen steht mit einem Hand-Beatmungsgerät 24 in Verbindung. Von dem betreffenden Patienten jeweils ausgeatmetes und durch die Leitung 22 hindurchströmendes Gas gelangt in einen weiteren Fühler 26, welcher ähnlich dem Fühler 12 an einen weiteren Integrator bzw. Impulszähler 27 Signale liefert, die das jeweils durch den Fühler 26 hindurchströmende Gasvolumen anzeigen.

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Von dem Fühler 26 gelangt das Gas durch ein Ausatmungsventil 28, welches von dem in einer Steuerleitung 30 jeweils herrschenden Druck gesteuert wird. Dieses Ventil wirkt als leichtbelastetes Rückschlagventil, wenn der in der Leitung 30 herrschende Druck unter einem bestimmten Wert liegt, und wird jeweils dann in seine Schließstellung gedrängt, um ein weiteres Ausatmen zu verhindern, wenn der Druck über diesem bestimmten Wert liegt.

Der in der Steuerleitung 30 jeweils herrschende Druck ist von dem Gaszufuhrweg 20 abgeleitet und eine Verlängerung 32 dieser Steuerleitung ist mit dem Ventil verbunden, so daß dieses Ventil in seine "Automatik"-Stellung gedrängt wird. Das Ventil 16 ist entweder von Hand oder automatisch aus dieser Stellung in seine "Hand"-Stellung umschaltbar, in welcher das Hand-Beatmungsgerät 24 für die Gaszufuhr zu dem betreffenden Patienten verwendet werden kann, wobei der Gaszufuhrweg 20 gesperrt ist. Obwohl in der Zeichnung nich't dargestellt und auch in dieser Beschreibung nicht besonders beschrieben, kann die erfindungsgemäße Beatmungseinrichtung so ausgebildet sein, daß bei Fehlen oder unrichtigem Anteil von dem Mischer 2 zuzuführendem bzw. zugeführtem Sauerstoff das Ventil 16 automatisch auf "Hand^-Stellung umschaltet und ein Alarmsignal erzeugt wird, welches eine Bedienungsperson alarmiert und auf den

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"Hand"-Betrieb aufmerksam macht. Jedoch sind die Mittel, mittels welcher dieses ausgeführt werden kann, nicht unmittelbar Gegenstand der Erfindung, so daß sie hier nicht im einzelnen beschrieben werden.

In der Steuerleitung 30 liegt ein Ventil 3^» welches ebenfalls von dem Steuergerät 10 gesteuert wird. Eine Druckänderung in der Leitung 30 infolge einer Betätigung des Ventiles 3k dient jeweils zur Betätigung eines druckempfindlichen Schalters 39, an welchen ein Zeitgeber 40 angeschlossen ist.

Der Integrator 14 liefert jeweils ein das Volumen des durch den Fühler 12 hindurchströmenden Gases anzeigendes Signal an einen Vergleicher 36, welcher ein ähnliches Signal von einem Signalgenerator 38 empfängt, der von einer Bedienungsperson auf ein bestimmtes Sollvolumen des dem betreffenden Patienten jeweils zuzuführenden Gases einstellbar ist. Der Vergleicher 36 liefert jeweils dann ein Ausgangssignal an das Steuergerät 10, wenn die gemessene Menge des durch den Fühler 12 hindurchströmenden Gases gleich der Menge bzw. dem Volumen ist, welches am Signalgenerator 38 als Sollwert eingestellt ist.

Das Steuergerät 10 ist so ausgelegt, daß es den

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Schalter 39* jeweils dann dazu veranlaßt, ein Signal dem Äusatmungs-Zeitgeber 40 zuzuleiten, welcher dann ein den Vergleicher J56 und das Ventil 8 zurückstellendes Signal abgibt, wenn seit dem Betrieb des Steuergerätes 10 ein gewähltes Zeitintervall abgelaufen ist.

Der Integrator 14 ist außerdem mit einem Voltmeter 46 verbunden, welches als Atemrhythmusvolumenanzeiger dient. Während der Einatmungsphasen der Atmungszyklen erhöht der Integrator jeweils in entsprechender Weise die Anzeige des Voltmeters 36, wobei diese Anzeige jeweils während der darauffolgenden Ausatmungsphase stehenbleibt. Der Integrator 14 und das Voltmeter 46 werden jeweils beim Umschalten auf die nächste Einatmungsphase durch nicht dargestellte Mittel auf Null zurückgestellt.

Der Integrator 27 ist in ähnlicher Weise mit einem weiteren Voltmeter 42 verbunden, welches als Minutenvolumenanzeiger dient und seinerseits wiederum an ein Alarmgerät angeschlossen ist. Die an dem betreffenden Anschluß des Voltmeters 42 wahrgenommene Ladung wird jeweils über einen nicht dargestellten Leckwiderstand kontinuierlich entladen. Das Voltmeter 42 stellt sich demzufolge auf eine Anzeige ein, die durch den konstanten Leckstrom bestimmt ist, welcher durch die pulsförmigen Zusätze vom Integrator 27 jeweils

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wieder entsprechend ausgeglichen wird, wobei das Voltmeter entsprechend gedämpft ist. Diese Anzeige ist ein Maß für das Minutenvolumen. Das Alarmgerät 44 gibt jeweils dann Alarm, wenn die Anzeige einen zu kleinen Wert anzeigt, weil der betreffende Patient aufgehört hat zu atmen, oder kein oder nicht mehr genügend Gas zugeführt wird, z.B. durch ein Versagen der Gaszufuhr. Der Alarm wird jeweils auch dann ausgelöst, wenn die Anzeige einen zu großen Wert anzeigt, was einer zu starken Beatmung des Patienten entspricht.

Zweckmäßigerweise sind alle Einzelteile der erfindungsgemäßen Beatmungseinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, an welchem die Enden der verschiedenen Leitungen und Gas- bzw. Luftwege von außen zugänglich sind, wobei außerdem außen am Gehäuse Steuerknöpfe zur Einstellung der einzelnen Teile vorgesehen sind. Die Skalen des Minutenvolumen-Anzeigegerätes und des Atemihjfchmusvolumen-Anzeigegerätes sind ebenfalls von außen sichtbar, so daß die betreffende Bedienungsperson alle erforderlichen Anzeigen unmittelbar wahrnehmen kann, ohne sich mit den inneren Anordnungen befassen zu müssen.

Die Beatmungseinrichtung nach der Erfindung arbeitet

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wie folgt:

Der Mischer 2 liefert dem den Strömungsverlauf bestimmenden Gerät h Gas mit einer bestimmten Menge an Sauerstoff. Der Sauerstoffbereich kann schrittweise von etwa 20 % Sauerstoff bis 100 % Sauerstoff veränderbar sein. Der Strömungsverlauf kann entweder für eine kontinuierliche Einstellung des Gas strömungsverlaufes oder für eine bestimmte Anzahl von Strömungsverläufen ausgelegt sein. In ähnlicher Weise kann das die zeitliche Strömungsmenge steuernde Gerät 6 M z.B. für die Einstellung von sechs verschiedenen Strömungsmengen je Zeiteinheit ausgebildet sein, wobei sich der Strömungsmengenbereich beispielsweise von 10 Ltr./min. bis 70 Ltr./min. erstrecken kann, obwohl dieser oder ein beliebiger anderer Bereich selbstverständlich auch kontinuierlich einstellbar sein könnte.

Während der Einatmungsphase wird das Ventil 8 in Offenstellung gehalten, was beispielsweise durch ein

Solenoid in dem Gerät 10 erfolgen kann, welches sowohl ^J

das Ventil 8 als auch das Ventil >4- betätigt, wie dies durch eine gestrichelte Linie 48 angedeutet ist. Bei "Automatik"-Betrieb gelangt das durch das Ventil 8 hindurchströmende Gas unmittelbar durch den Fühler 12 und die betreffenden Kanäle in dem Ventil 16. Während dieser

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Phase wird das Ventil 28 durch den in der Steuerleitung ;5O herrschenden Druck in seiner Schließstellung gehalten, so daß von dem betreffenden Patienten her kein Gas durch den Fühler 26 hindurchströmen kann.

Wenn die vom Integrator 14 gelieferten Signale anzeigen, daß das durch den Fühler 12 hindurchgeströmte Gasvolumen gleich dem gewünschten Sollvolumen ist, dann erzeugt der Vergleicher 36 ein Signal, durch welches die Einstellung des Steuergerätes 10 geändert wird. Dieses Steuergerät 10 bewirkt dann das Schließen des Ventils 8 und gleichzeitig das öffnen des Ventils 34, so daß der in der Leitung 30 herrschende Druck abfällt und somit das Ausatmungsventil 28 offen und der betreffende Patient ausatmen kann. Durch diesen Druckanstieg wird der Schalter betätigt und der Ausatmungs-Zeitgeber 40 eingeschaltet, welcher somit die Länge der Ausatmungsphase des betreffenden Atemzyklus festsetzt. Wenn diese vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, liefert der Zeitgeber 40 an den Vergleicher 36 ein ihn zurückstellendes Signal. Das Steuergerät wird ebenfalls zurückgestellt, so daß das Ausatmungsventil 28 geschlossen und das Einatmungsventil 8 geöffnet wird, womit der nächste Atemzyklus beginnt.

Es ist ersichtlich, daß die wesentlichen Einzelteile

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der erfindungsgemäßen Beatraungseinrichtung, welche ihr die gewünschte, gemäß der Erfindung neue Flexibilität geben, folgende Geräte sind: Der Fühler 12, der Integrator 14 zur Messung des jeweils dem Patienten zugeführten Gasvolumens, der Vergleicher j56, der Sollvolumen-Signalgenerator 58 und das Steuergerät 10 sowie das zugehörige Ventil 8 im Gaszufuhrweg zu dem betreffenden Patienten.

Wie oben kurz erwähnt, ist das Ventil 16 so angeordnet, und ausgebildet, daß es im Falle eines Versagens der Stromzufuhr oder des Druckes des der Beatmungseinrichtung zugeführten Gases automatisch auf "Hand"-Betrieb umschaltet. Das Gerät 24 kann ein Beatmungsbeutel, ein selbstfüllender Balg oder ein ähnliches Gerät sein, mittels welchem dem betreffenden Patienten von Hand Gas zugeführt werden kann und der Patient jeweils auf natürliche Weise ausatmen kann, wie dies an sich bekannt ist.

Bei Beatmungseinrichtungen ist es üblich, ein den im System herrschenden Gasdruck überwachendes Sicherheitsventil vorzusehen, um sicherzustellen, daß der betreffende Patient nicht mit zu viel Gas beatmet wird, wenn die Einrichtung nicht richtig funktioniert. Das Sicherheitsventil ist in der Zeichnung der deutlicheren Darstellung wegen nicht dargestellt, jedoch wird es normalerweise

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stromauf des Fühlers 12 anzuordnen sein, so daß jegliches durch dieses Sicherheitsventil zur Atmosphäre strömende Gas nicht fälschlicherweise als dem Patienten zugeführtes Gas registriert wird.

Gemäß der Erfindung ist demzufolge eine Beatmungseinrichtung gegeben, bei welcher die Gasströmung zu einem betreffenden Patienten so einstellbar ist, daß sie Jeweils während jeder Atmungsphase einen gewünschten Strömungsverlauf aufweist, während das Atemrythmusvolumen unabhängig von irgendwelchen Veränderungen der zeitlichen Strömungsmittelmenge oder des Strömungsverlaufes auf eine bestimmte Menge voreingestellt werden kann.

Die Art und Weise, wie die einzelnen Teile der erfindungsgemäßen Beatmungseinrichtung betätigbar sind, sind oben mit Bezug auf die Zeichnung nur als Beispiel beschrieben. Demgemäß können einige der pneumatisch betätigten bzw. unter Vorspannung stehenden Teile auch mechanisch oder elektromechanisch betätigbar sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche ι

1 J Beatmungseiiirichtung mit Öffnungen für die Gaszu- und Gasabfuhr zu "bzw. von Patienten, dadurch gekennzeichnet, daß im Gaszufuhrweg (20) eine Überwachungseinrichtung (12, 14, 46) liegt, welche jeweils während der Einatmungsphasen der Atemzyklen dem integrierten Volumen der Gasströmung entsprechende Signale erzeugt, vorzugsweise elektrische Signale, und daß dem gewünschten Gasvolumen entsprechende Signale "jeweils ™

die Unterbrechung der durch die Überwachungseinrichtung hindurchführenden Gasströmung und die Auslösung der darauffolgenden Ausatmungsphase des betreffenden Atmungszyklus bewirken.
2. Beatmungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen "Handbetrieb" und "Automatikbetrieb" umschaltbares Ventil (16) mit mehreren öffnungen, von welchen zwei öffnungen mit der Einatmungsleitung (20) Jk bzw. mit der Ausatmungsleitung (22) der Einrichtung verbunden sind, von welchen ferner zwei weitere Öffnungen mit dem betreffenden Patienten verbindbar sind und von Vielehen die übrige öffnung bzw. die verbleibenden Öffnungen mit einem Handbeatmungsgerät (24) verbindbar sind.

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3. Beatmungseinrichtung nacii Anspruch. 2, dadurch, gekennzeichnet, daß das genannte, mehrere Öffnungen aufweisende Ventil (16) Mittel aufweist bzw. mit Mitteln verbunden ist, welche dieses "Ventil jeweils dann auf "Handbetrieb" umschalten, wenn der Druck des der Einrichtung zugeführten Gases, z.B. Sauerstoff, unter einen bestimmten Minimalwert abfällt.
4. Beatmungseinrichtung nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils dem Einatmungsgasvolumen entsprechenden Signale einem Integrator (14) zugeführt werden, dessen Ausgangssignale zwecks Vergleich mit den, dem gewünschten Einatmungsvolumen entsprechenden Signalen einem Vergleicher (36) zugeführt werden, wobei jeweils bei Übereinstimmung der beiden Signale ein Umschaltsignal erzeugt wird, welches die Unterbrechung der Einatmungsströmung und die Auslösung der Ausatmungsströmung bewirkt.
5. Beatmungs einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Vergleichers (36) an ein Steuergerät (1O) angeordnet ist, welches sowohl ein im Gaszufuhrweg (20) liegendes Ventil (8) als auch ein Hilfsventil (34) steuert, welch letzteres seinerseits ein

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im Gasabfuhrweg (22) gelegenes Ventil (28) steuert.
6. Beatmungseinrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wirkung des Steuergerätes (10) jeweils dann ein Zeitgeber (40) in Gang gesetzt wird, wenn der Vergleicher (36) das genannte Umschaltsignal erzeugt, wobei der Zeitgeber jeweils nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer ein Zurückstellen des Vergleichers und ein erneutes öffnen des im Gaszufuhrweg (20) gelegenen Einatmungsventils (8) bewirkt.
7· Beatmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem für die Ausatmung dienenden Gasabfuhrweg (22) ein Fühler (26) angeordnet ist, welcher jeweils einem weiteren Integrator (27) zugeführte Signale erzeugt, von welchen jeweils jedes Signal einer bestimmten Volumeneinheit des Ausatmungsgases entspricht.
8. Beatmungseinrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch ein an den Integrator (27) des Gasabfuhrweges (22) angeschlossenes Minutenvolumen-Anzeigegerät (42).
9. Beatmungseinrichtung nach Anspruch 8, gekenn-

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zeichnet durch ein an das Minutenvolumen-Anzeigegerät (4-2) angeschlossenes Alarmgerät (44), welches jeweils dann anspricht, wenn das Minutenvolumen einen bestimmten Minimalwert oder einen bestimmten Maximalwert unter- bzw. überschreitet.
10. Beatmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch ein an den dem Gaszufuhrweg (20) zugeordneten Integrator (14-) angeschlossenes Atemrhythmusvolumen-Anzeigegerät (46).
11. Beatmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein an den Gaszufuhrweg (20) angeschlossenes Meßgerät (18) zur Anzeige des Sauerstoffgehaltes in dem zum Auslaß der Einrichtung geleiteten Gas.

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