DE2238928B2 - Beatmungsgerät - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Beatmungsgerät der zeitgesteuerten Art mit einer Programmschaltuhr
zur Steuerung eines Beatmungszyklus mit einer Einatmungsphase und einer Ausatmungsphase, deren
Zeitperioden einstellbar sind und mit welchem Gerät pro Einatmungsphase eines Beatmungszyklus eine
vorgegebene genau abgemessene Gasmenge einem Patienten verabreicht werden kann, mit einem Gasbehälter
veränderlichen Inhalts zum Abmessen und vorübergehend Speichern der obengenannten genau
abgemessenen Gasmenge während einer Ausatmungsphase, sowie zum Austreiben der genau abgemessenen
Gasmenge während einer Einatmungsphase, mit einer Antriebsvorrichtung zum Vergrößern und Verkleinern
des Inhaltes des Gasbehälters im Hinblick auf die Gas-Abmeß-, -Speicher- und -Austreibfunktion desselben
mit einer Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der Augenblicksgröße des Inhaltes des Gasbehälters und
mit Einstellmitteln zum Einstellen der Größe einer genau abzumessenden Gasmenge.
Bei einem zeitgesteuerten Beatmungsgerät sind die Zeitdauer der Einatmungs- und Ausatmungsphase
einstellbar, während bei einem volumengesteuerten Beatmungsgerät ein vorherbestimmtes Volumen Beatmungsgas
unabhängig vom Beatmungstakt einem Hatienten verabreicht wird.
Das Gasvolumen, das pro Beatmungszyklus einem Patienten zugeführt wird, wird als »Zyklusvolumen«
bezeichnet und die gesamte Gasmenge, die pro Minute einem Patienten verabreicht wird, wird als »Minutendebit«,
d. h. das Zyklusvolumen multipliziert mit dem Beatmungstakt, ausgedrückt in der Anzahl Beatmungszyklen pro Minute.
Bei dieser Art von Beatmungsgeräten werden die Zeitdauer der Einatmungsphase und der Ausatmungsphase sowie das Zyklusvolumen entsprechend den
Beatmungsbedürfnissen des Patienten vorher eingestellt. Es ist dabei bekannt, die Zeitdauer der
Einatmungs- und Ausatmungsphasen elektronisch zu steuern, beispielsweise mit Hilfe einer Programmschaltuhr,
die einen Multivibrator mit einer einstellbaren Pausezeit für jeden der zwei Zustände umfaßt
Die Ausgangssignale des Multivibrators steuern Solenoide. die den Gasstrom zu und von dem Patienten
über mit den Solenoiden gekuppelte Gasschaltventile steuern. Die meisten dieser Beatmungsgeräte verwenden
einen oder mehrere Balgen, die während jeder Ausatmungsphase mit Beatmungsgas gefüllt werden
und die zusammenziehen und das auf diese Weise gespeicherte Gasvolumen während der nachfolgenden
Einatmungsphase dem Patienten zuführen, wobei das Dehnen und Schrumpfen des Balgens durch die
Programmschaltuhr gesteuert wird.
Der Minutendebit wird durch das Ausmaß an Ausdehnung und Schrumpfung des Balgens bzw. der
Balgen bestimmt Dies ist beispielsweise mit Hilfe verschiebbarer Anschläge für den Balgen, auf dem
Balgen selbst oder auf dem Balgenantriebsmechanismus änderbar.
Der Antriebsmechanismus ist meistens mechanischer Art und umfaßt einen pneumatischen Kolbenmotor.
Es ist auch bekannt, einen elektrischen Schalter zu verwenden, der durch einen Balgen beim Dehnen
betätigt wird um auf diese Weise über elektronische Mittel ein weiteres Dehnen zu vermeiden.
Jede der bekannten Konstruktionen weist den Nachteil auf, daß die erforderliche Einstellhandlung
umständlich und ungenau ist. Im ersteren Fall ist eine mechanische Übertragung notwendig und dies weist
den Nachteil auf, daß die Übertragung schwer zu bedienen ist, auch mit Rücksicht auf die Größe der von
der bedienenden Person zu erzeugenden Kraft und führt außerdem zu einer Verringerung der Genauigkeit. Im
letzteren Fall muß die Stelle des elektrischen Schalters geändert werden, und zwar jedes Mal, wenn eine andere
Einstellung des Zyklusvolumens erwünscht ist. Auch dies ist umständlich.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Methoden der Gasvolumeneinstellung tritt auf, wenn ein tiefes
Einatmen verlangt wird. Während der normalen Beatmung ist es wiederholt notwendig, die Lungen eines
Patienten in regelmäßigen Zwischenräumen, variierend von 1 bis 30 Minuten, mit einem größeren Gasvolumen
und während längerer Zeit als bei einer normalen Einatmungsphase zu füllen.
Bei den bekannten Beatmungsgeräten ist es zur Erhaltung einer Tiefeinatmung notwendig, die Einstellungen
für die Zeitdauer der Einatmungsphase und des Zyklusvolumens während einer einzigen Einatmungsphase
zu ändern. Dies ist, wie bereits erläutert, eine umständliche Handlung, insbesondere in Anbetracht der
geringen verfügbaren Zeit.
Die Erfindung bezweckt nun, ein Beatmungsgerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen mit einer
verbesserten Einstellmöglichkeit für das Zyklusvolumen und wird dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung
einen ersten Wandler enthält, dessen Ausgangssignal in Größe ein Maß ist für die Augenblicksgröße des Inhaltes des Gasbehälters, daß die Einstellmittel
zum Einstellen der Größe der genau abgemessenen Gasmenge einen zweiten Wandler umfassen, dessen
Ausgangssignal in Größe ein Maß ist für die pro Beatmungszyklus genau abzumessende Gasmenge, daß
ein Signalausgang des ersten Wandlers mit einem ersten Signaleingang und ein Signalausgang des zweiten
Wandlers mit einem zweiten Signaleingang einer Vergleichsanordnung und daß ein Signalausgang der
Vergleichsanordnung mit einem Schalter zum Ein- und Ausschalten der Antriebsanordnung des Gasbehälters
gekoppelt ist.
Beim erfindungsgemäßen Beatmungsgerät wird während der Vergrößerung des Inhaltes des Gasbehälters
(der beispielsweise aus den obengenannten Balgen besteht) das Volumen ständig angezeigt und mit einem
elektrischen Signal, das für das erwünschte Volumen repräsentativ ist, verglichen und das schlußendliche
Paritätssignal der Vergleichsanordnung vermeidet eine weitere Zunahme, indem dafür gesorgt wird, daß die für
eine Einatmung erforderliche Gasmenge für die Beatmung des Patienten genau abgemessen und
während der unmittelbar vorhergehenden Ausatmung vorübergehend gespeichert wird. Das Einstellmittel für
das Zyklusvolumen kann auf einfache Weise aus einem Potentiometer bestehen, das an einer willkürlichen
jedoch in ergonomischer Hinsicht geeigneter Stelle auf dem Schaltpult des Gerätes angeordnet und mit einer
mit Andeutungen von Zyklusvolumen geeichten Einstellskala versehen werden kann. Es ist keine mechanische
Übertragung erforderlich und der Einstellknopf des Potentiometers läßt sich auf einfache Weise
betätigen und kann an der ergonomisch richtigen Stelle angeordnet werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß das Gerät eine zweite Vergleichsanordnung umfaßt, wobei der Signalausgang des ersten
Wandlers mit einem ersten Signaleingang der Vergleichsanordnung und ein zweiter Signaleingang derselben
mit einem Signalausgang einer Einslellanordnung gekoppelt ist, mit deren Hilfe ein Ausgangssignal
eingestellt werden kann, das dem Ausgangssignal des ersten Wandlers entspricht, wenn sich der Gasbehälter
im Zustand von minimalem Inhalt befindet. Der Wandler zur Anzeige des Gasbehälterinhaltes wird auf
diese Weise auch verwendet um anzuzeigen, daß aus dem Behälter während der Einatmung das ganze
Zyklusvolumen dem Patienten zugeführt worden ist, m. a. W., daß der Balgen bis in die Mindestinhaltlage
zurückgekehrt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher
so beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beatmungskreises,
F i g. 2 den Schaltplan der elektronischen Steueranordnung,
Fig.3 einen Multivibrator, der mit Vorteil in der
Schaltungsanordnung nach Fig.2 verwendet werden kann,
Fig.4 den Schaltplan einer sogenannten Tiefatmungseinheit.
Die Anordnung nach F i g. 1 enthält zwei durch ein Solenoid betätigte Gasregelventile S( und S2, die in der
üblichen symbolischen Form dargestellt sind, wobei der rechte Teil das Solenoid darstellt, während die
Zickzacklinie zur linken Seite angibt, daß das Solenoid durch eine Feder zurückgestellt wird, während weiter
der linke Block den Durchgang für das Gas zeigt mit dem Solenoid in Ruhezustand und der rechte Block
diesen Durchgang mit dem Solenoid in Arbeitszustand
darstellt, wobei im Arbeitszustand der linke Block durch den rechten Block ersetzt wird. Zuführungsöffnungen
dieser Ventile sind beim Einlaß DG mit einer Quelle von Treibgas unter Überdruck, beispielsweise Druckluft,
verbunden. In der Figur sind die Leitungen für Treibgas als einfache Linien und die Leitungen für das
Beatmungsgas als Doppellinien dargestellt.
Die öffnungen 1 und Γ der Ventile S\ und £2 sind mit
der Treibgasquelle DG und die Öffnungen 2 und 2' mit öffnungen eines pneumatisch betriebenen Antriebsmotors
D\ verbunden, der einen Zylinder und einen Kolben enthält, während die öffnungen 3 und 3' mit der
Atmosphäre A, verbunden sind, nötigenfalls über nichtdargestellte Schalldämpfer.
Die Beatmungsvorrichtung enthält an der Einatmungsseite einen Beatmungseinlaß RG für Gas
(beispielsweise reine Luft), unter atmosphärischem Druck, Rückschlagventile NRV\ und NRV2, ein Einatmungsventil
IV, das durch das Solenoid DS] betätigt
wird, Balgen B\ und Ih, die sich unter dem Einfluß des pneumatischen Motors DQ ausdehnen und schrumpfen
können und einen Strömungsregler F/?C(beispielsweise
eine einstellbare Verengung). An der Ausatmungsseite strömt Gas vom Patienten durch das Ausatmungsventil
EV, einen Volumenmesser VM, der das Volumen des vom Patienten herrührenden Gases mißt, und ein
Rückschlagventil NR V3 in die Atmosphäre (A T).
Das Solenoidventil S\ wird während der Einatmungsphase und das Solenoidventil 5? während wenigstens
eines Teils der Ausatmungsphase eingeschaltet. Steuerschaltungen für diese Solenoide werden nachstehend
beschrieben.
Die dargestellte Schaltungsanordnung ist ziemlich üblich, und die Wirkungsweise ist wie folgt. Zunächst
wird vorausgesetzt, daß das Ventil S\ eingeschaltet wird und daß die Balgen B\ und B2 mit dem erforderlichen
Volumen des dem Patienten zu verabreichenden Beatmungsgases gefüllt sind. Das Treibgas wird vom
Einlaß DG über die Tore 1 und 2 des (geöffneten) Ventils S\ dem oberen Raum des Zylinders des Motors
DCi zugeführt, wodurch der Kolben und die Kolbenstange
abwärts getrieben werden, so daß die Balgen zusammengedrückt werden und die darin befindliche
Beatmungsgasmenge aus denselben ausgetrieben wird. Das Solenoid DSi wird gleichzeitig mit dem Ventil Si
erregt und öffnet das Einatmungsventil IV. Das Beatmungsgas wird nun unter dem Einfluß des Drucks
des Treibgases mit einer Geschwindigkeit und in einer Menge, die durch die Einstellung des Strömungsreglers
FRC bestimmt ist, aus den Balgen getrieben, öffnet dabei das Rückschlagventil NRV2 und strömt durch den
Schlauch HL\ zur Gabelung Y der Gesichtsmaske bzw.
des Beatmungsrohres. Ein (nicht-dargestelltes) Sicherheitsventil SV, das das Entstehen von Überdruck in den
Luftwegen verhindert, kann in der dargestellten Beatmungsluftleitung angeordnet werden. Ein geeignetes
Sicherheitsventil wird in der Anmeldung PHB 32 188 der Anmelderin beschrieben. Der Druck in der
Einatmungsluftleitung hält das Rückschlagventil NR V1
geschlossen, da dieser Druck höher ist als der atmosphärische Druck des Beatmungsgases an der
anderen Seite des Ventils.
Während der Einatmungszeit wird das Ausatmungsventil EVdurch das Solenoid DS2 geschlossen gehalten,
welches Solenoid während der Einatmungszeit erregt wird. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß kein
Beatmungsgas durch die Ausatmungsleitung entweichen kann. Ein Weg, über den das aus den
nichttreibenden Räumen des Motors DCi getrieben« Gas während der Bewegung des betreffenden Kolben!
entweichen kann, führt durch das Tor 20 im Zylinder unc das (nichtgeöffnete) Ventil S2 in die Atmosphäre.
Am Ende der Einatmungszeit wird das Ventil S unwirksam und das Ventil S2 wirksam. In diesen
Zustand wird der öffnung 20 des Motors DCi Treibga: zugeführt, während ein EntlUftungsweg in die Atmo
Sphäre über die öffnung 10 und das (nichtwirksame Ventil Si vorhanden ist.
Die Bewegung des Kolbens des Motors DCi nacl
oben verursacht, daß der Druck in den Balgen B\ und B
herabgesetzt wird, wodurch das Rückschlagventil NR V geöffnet und Beatmungsgas durch den Einlaß RG in dii
Balgen gesaugt wird. Das Einatmungsventil IV win durch das Solenoid DSi geschlossen und das Ausat
mungsventil EV wird geöffnet, und zwar dadurch, dal das Solenoid DS2 nun durch die zugehörende Fede
nach oben bewegt ist.
Der Druck in den Lungen des Patienten ist höher al der atmosphärische Druck, so daß das Rückschlagventi
NRV2 geschlossen und das Rückschlagventil NRV
geöffnet wird, wodurch das Gas in den Lungen de Patienten über die Gabelung Y, den Schlauch HLa, da
Ausatmungsventil EV (geöffnet), den Volumenmesse
VM und das Rückschlagventil NRV3 (geöffnet) in dii
Atmosphäre entweichen kann.
Während der Ausatmungszeit werden die Balgen B und Bi mit Beatmungsgas gefüllt, bis das erforderlich!
Volumen für einen Atemzug gespeichert ist um wahrem der nächsten Einatmungsperiode dem Patienten verab
reicht zu werden.
Nach der Erfindung sind die Balgen mit einen Verschiebungswandler VT?, versehen. Dieser wird ii
Form eines Potentiometers dargestellt, dessen Schiebe kontakt durch den Balgen betätigt wird. Eine festi
Gleichspannung wird an die äußeren Klemmen de: Potentiometers VR\ angelegt und das Ausgangssigna
SS wird auf die dargestellte Art und Weise den Schiebekontakt entnommen; dieses Ausgangssignal is
ein Gleichspannungssignal, das der Stellung der Balgei und folglich dem Inhalt der Balgen proportional ist. Dif
Art und Weise wie dieses Signal dazu verwendet wird den Inhalt der Balgen und auf diese Weise das für einei
Atemzug erforderliche Gasvolumen bis zu einen vorgegebenen Wert genau abzumessen, wird nächste
hend anhand der F i g. 2 näher beschrieben, die eii Blockschaltbild der elektronischen Steuerschaltung
eines erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes darstellt.
Eine Programmschaltuhr mit einer bekannten Ar von Multivibrator MV, der in F i g. 3 in Einzelheitei
dargestellt ist, wird dazu verwendet, die Einatmungs und Ausatmungsphasen programmäßig zu steuern unc
die Steuerwiderstände sind als in Zeiteinheiten geeicht! Potentiometer VR3 bzw. VR4 dargestellt und auf den
Hauptschaltpult des Beatmungsgerätes angeordnet. Da: Potentiometer VR\ zur Anzeige des Inhaltes der Balgen
das die Höhe der Balgen und folglich das Volumen de; darin vorhandenen Gases auf die obenstehend beschrie
bene Art und Weise anzeigt, gibt an einem erster Eingang einer ersten Vergleichsschaltung COi eir
analoges Signal. Das Potentiometer V/?2 ist der Wandlei
zum Einstellen der genau abgemessen Beatmungsgas menge und gibt ein analoges Signal, das das in der
Balgen erforderliche Volumen darstellt, am zweiter Eingang der Vergleichsschaltung COi. Das Ausgangssignal
der Vergleichsschaltung wird über einen Verstärker dem einen Eingang eines UND-Torcs Gi zugeführt
dessen anderem Eingang das Ausatmungssignal vom Multivibrator MV zugeführt wird. Das Ausgangssignal
des UND-Tores Gi wird über einen Signalverstärker A\
und einen invertierenden Leistungsverstärker Ai dem
Ausatmungsventil Si zugeführt, das obenstehend anhand der F i g. 1 beschrieben wurde. Das Ausatmungssignal des Multivibrators MV wird über einen
Signalverstärker A3 und einen invertierenden Leistungsverstärker
A* dem Einatmungsventil Sx zugeführt.
Es wird vorausgesetzt, daß der Multivibrator in den zur Einatmungsphase gehörenden Zustand geschaltet
ist, so daß es eine logische »1« am Einatmungsausgang und eine logische »0« am Ausatmungsausgang gibt.
Die »1« am Eingang des Verstärkers Az tritt als »0«
(Erde) am Ventil Si auf und setzt dieses außer Betrieb.
Das am einen Eingang des UND-Tores Gi auftretende
»O«-Ausgangssignal des Multivibrators hat das Auftreten einer »0« am Eingang des Verstärkers A\ zur Folge
und auf diese Weise das Auftreten einer »1« am Ventil Si, das folglich unwirksam bleibt. Auf diese Weise wird
während dieser Phase das Ventil S\ in Betrieb gesetzt und, wie anhand von F i g. 1 beschrieben wurde, die
Balgen B\ — Bi werden zusammengezogen und dem
Patienten wird Beatmungsgas zugeführt.
Am Ende der Einatmungsphase, deren Zeitdauer durch die Einstellung des Potentiometers VRz bestimmt
wird, kippt der Multivibrator in den Zustand, der der Ausatmungsphase entspricht, so daß die Ausgangssignale
umgekehrt sind. Das Ventil S\ wird also nicht mehr erregt und das Ventil Si wird über das Tor Gi in Betrieb
gesetzt, an dessen oberem Eingang eine »1« auftritt, die über den Verstärker A5 von der Vergleichsanordnung
Co\ herrührt. Die Vergleichsanordnung COi ist von
einem bekannten Typ und liefert ein Ausgangssignal »1«, bis die beiden Eingangssignale gleich werden,
worauf das Ausgangssignal in eine »0« ändert. Auf diese Weise tritt wie bereits erwähnt, eine »1« an den beiden
Eingängen des UND-Tores Gi auf, so daß am Ventil Si,
das dann wirksam wird, eine »0« auftritt.
Die Tatsache, daß das Solenoid des Ventils S] nicht
langer erregt und das Solenoid des Ventils Si in Betrieb
gesetzt wird, hat zur Folge, daß die Beatmungsschaltung auf die Ausatmungsphase umschaltet und die Balgen
ausdehnen. Das am oberen Eingang der Vergleichsschaltung COi auftretende Potential nimmt auf diese
Weise immer weiter zu, bis es den Wert erreicht, der zuvor mit dem Gasvolumenpotentiometer VRi eingestellt
worden ist, zu welchem Zeitpunkt die Vergleichsschaltung eine Gleichheit der Eingangssignale feststellt
und das Ausgangssignal von einer »1« in eine »0« ändert. Dies sperrt das UND-Tor G2, so daß das
Solenoid des Ventils S2 nicht mehr erregt wird und die
Balgen B]-Bi nicht weiter ausdehnen können. Die
Balgen enthalten nur das für einen Atemzug erforderliche Beatmungsgasvolumen, wie dies zuvor durch
Einstellung des Gasvolumenpotentiometers VRi bestimmt
worden ist.
Das Tor G] ist ein analoges Tor, das das vom Volumenpotentiometer VRi herrührende Signal ungeändert
durchläßt, es sei denn, daß dem unteren Eingang über die Leitung a ein Sperrsignal »1« zugeführt wird.
Die Aufgaben der Leitungen a, k c, d, e und/werden
nachstehend beschrieben.
Durch Verwendung eines elektronischen Anzeigewandlers zur Anzeige des Inhaltes der Balgen kann eine
vorteilhafte Eigenschaft leicht erhalten werden. Wenn beispielsweise die Luftleitung an einer bestimmten
Stelle zwischen dem Behälter für Beatmungsgas, der durch die Balgen B\ und Bi gebildet wird, und dem
Patienten wenigstens teilweise gesperrt ist, kann die Verringerung der Gasdurchströmung dazu führen, daß
während der Einatmungsphase nicht das vollständige Volumen, das für einen Atemzug notwendig ist, dem
Patienten zugeführt wird. Auf diese Weise werden die Balgen während dieser Zeit nicht völlig leer strömen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die Tatsache, daß der Anzeigewandler
VRi nicht nur dazu verwendet wird, das für einen
Atemzug erforderliche Volumen, sondern auch den leeren Zustand der Balgen anzuzeigen, daß ein
Alarmsignal gegeben wird, wenn eine Absperrung auftritt.
Dazu wird das Ausgangssignal des Potentiometers VRt im Wandler CO2 mit dem von einem voreingestellten
Potentiometer VR5 herrührenden Signal verglichen, welches Potentiometer auf den Leerzustand der Balgen
eingestellt ist. Diese voreingestellte Reglung wird bei erster Erprobung des Beatmungsgerätes eingestellt und
ist auf dem Schaltpult nicht angegeben. Das Ausgangssignal der Vergleichsanordnung CO2 wird über ein
UND-Tor C?3 dem Eingang eines monostabilen Multivibrators
MSi mit Zeiteinstellung einer bekannten Art
zugeführt. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators liefert ein Alarmsignal, das in der betreffenden
Ausführungsform dazu verwendet wird, eine Lampe zu zünden, aber die Alarmanordnung kann selbstverständlich
auch eine andere Form haben.
Solange die Balgen Gas enthalten, sind die Eingangssignale für die Vergleichsanordnung CO2 ungleich, so
daß diese ein Ausgangssignal »1« liefert. Dieses Ausgangssignal »1« hält über den Verstärker Ai das
UND-Tor G3 im wirksamen Zustand, solange die Balgen
nicht leer oder wenigstens im Zustand minimalen Inhalts sind. Am Ende der Einatmungsphase müssen die Balgen
die für einen Atemzug erforderliche Gasmenge dem Patienten zugeführt und den Zustand minimalen Inhalts
erreicht haben. Die Vergleichsschaltung CO2 ermittelt
■to diesen Zustand und das Ausgangssignal ändert in eine
»1«, wodurch das Tor Gj gesperrt wird. Wenn die Balgen am Ende der Einatmungsphase ihren Inhalt nicht
los sind, bleibt das Tor Gz gesperrt. Das Ausgangssignal
»0«, das beim Übergang zur Ausatmungsphase am Einatmungsausgang des Multivibrators MVauftritt wird
durch den Kondensator C differenziert, so daß am unteren Eingang des Tores Gz ein kurzer »O«-Impuls
entsteht, welches Tor dann am Ausgang einen »0«-Impuls liefert. Dieser kurze Impuls triggert den
monostabilen Multivibrator MSi, der dann während der unstabilen Zeit von beispielsweise 1 Sekunde getriggert
bleibt, wonach er in den stabilen Zustand zurückkehrt. Auf diese Weise wird während einer Sekunde beim
Übergang aus der Einatmungsphase in eine Ausatmungsphase ein Alarmsignal gegeben, um jemand
darauf aufmerksam zu machen, daß es einen Fehler gibt. Unter Anwendung desselben grundsätzlichen Prinzips
eines Vergleichs kann eine weitere vorteilhafte Eigenschaft in einer anderen Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen werden, und zwar eine Möglichkeit eines sogenannten »Patiententriggers«, bekanntlich
kann ein Patient während einer Ausatmungsphase des Beatmungsgerätes krampfhaft versuchen einzuatmen,
und der Zweck dieser Ausführungsform ist, etwas derartiges unmittelbar zu erkennen und das Beatmungsgerät
von Ausatmen auf Einatmen umzuschalten um auf diese Weise dem Patienten bei seinem Versuch
einzuatmen, zu helfen. Dazu ist eine dritte Vergleichsan-
Ordnung CCh vorgesehen, deren Ausgangssignal über einen invertierenden Verstärker A7 einem weiteren
monostabilen Alarmtrigger MS2 und dem Teil für die
Ausatmungsphase des Multivibrators MV zugeführt wird.
Am Eingang PM der Vergleichsanordnung CCh tritt ein Signal auf, das von einem (nicht-dargestellten)
Druckmesser herrührt, der den Druck in den Lungen überwacht und ein analoges Ausgangssignal liefert, das
diesem Druck proportional ist. Ein derartiger Druckmesser wird in der Patentanmeldung PHB 32 208 der
Anmelderin beschrieben. Ein Patiententriggerpotentiometer V7?6 ist zuvor auf einen Wert eingestellt, der einen
in Zentimeter-Wassersäule ausgedrückten negativen Druckwert repräsentiert und der dem zu beatmenden
Patienten angepaßt ist, wobei die Einstellung auf einer Skala um den Einstellknopf auf dem Schaltpult
abgelesen werden kann. Wenn der Patient während einer Ausatmungsphase versucht einzuatmen sinkt der
Druck in der Luftleitung auf einen negativen Wert. Wenn dieser durch den Druckmesser festgestellte Wert
dem Eingang PM ein Signal liefert, das dem zuvor mit Hilfe des Potentiometers VR^ eingestellten Wert
entspricht, wird die Vergleichsanordnung CO2 wirksam
und liefert ein Ausgangssignal »1«. Dieses wird durch den invertierenden Verstärker Aj in ein »O«-Signal
umgewandelt, so daß der monostabile Multivibrator MS2 getriggert wird und ein Alarmsignal mit fester
Dauer gibt, auf dieselbe Art und Weise, wie dies beim monostabilen Multivibrator MS\ der Fall ist. Das Signal
»0« wird auch dem Ausatmungsteil des Multivibrators MV zugeführt und bewirkt, daß dieser sofort auf die
Einatmungsphase umschaltet und auf diese Weise dem Patienten bei seinem Versuch einzuatmen hilft.
Wie ersichtlich werden in der logischen Schaltung der beschriebenen Ausführungsform normale sowie invertierende
Verstärker verwendet. Diese Verstärker sind dargestellt, weil die betreffende praktische Ausführungsform
Dioden-Transistor-Logik (DTL) benutzte, wobei Verstärker erforderlich sind. Wie selbstverständlich
einleuchten dürfte, kann eine andere Logik benutzt werden, beispielsweise TTL, wobei die Verstärker nicht
notwendig sind. Weiter kann selbstverständlich eine Logik mit entgegengesetzter Polarität ebenfalls angewandt
werden, wobei die Tore dementsprechend geändert werden. All diese Möglichkeiten sind für einen
Fachmann bekannt und die Erfindung muß daher nicht derart betrachtet werden, daß sie sich auf das
beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Fig.3 zeigt eine geeignete Schaltungsanordnung für
den Multivibrator MV. Dies ist ein Multivibrator eines ziemlich bekannten Typs, der großenteils auf dem
Gebrauch von NICHT-UND-Toren gründet, und die Wirkung desselben ist an sich bekannt. Es sind
Zeitbestimmungsanordnungen 71 und T2 vom Typ, der
die /?C-Zeitkonstante benutzt, vorgesehen, die mit von außen her zu betätigenden Einstellpotentiometern V7?4
bzw. VR3 zur Bestimmung der Zeitdauer, während der sie wirksam sind, ausgestaltet sind. Die Flip-Flop-Wirkung
des Multivibrators wird durch kreuzgekoppelte NlCHT-UND-Tore G5 und Gs erhalten, die eine
bistabile Triggerschaltung bilden und die Trägereingangssignale fürdie Zeitbestimmungsanordnungen werden
den Komplementärausgangen der Tore G5 und Go
über Umkehranordnungen Gn und Gy entnommen.
Wenn eine Zeitbestimmungsanordnung 71 oder T2 das
Ende der Wirkungsdauer erreicht, schaltet die Änderung des Ausgangssignals die bistabile Triggerschaltung
um, die ihrerseits bewirkt, daß der Zeitbestimmungskondensator in der betreffenden Zeitbestimmungsanordnung
entladen wird und daß mit dem Laden des Zeitbestimmungskondensators der anderen Zeitbestimmungsanordnung
angefangen wird.
Es dürfte einleuchten, daß, wenn der Multivibrator sich im Zustand der Ausatmungsphase befindet, der
Empfang einer »0« am Eingang des Tores Ch, welches Signal vom invertierenden Verstärker Αη der Patiententriggerschaltung
(F i g. 2) herrührt, bewirkt, daß die bistabile Triggerschaltung den Multivibrator in den
Einatmungszustand umkippen läßt, wie obenstehend erwähnt wurde. Es dürfte auch einleuchten, daß ein
Signal an der Leitung c, das vom Ausgang des Tores G6
herrührt, dazu verwendet werden kann, eine gesonderte Einatmungszeitbestimmungsanordnung einzuschalten,
daß ein Signal an der Leitung d dazu benutzt werden kann, die Zeitbestimmungsanordnung T2 dadurch zu
sperren, daß ihr Eingang auf »0« gehalten wird und daß das Ausgangssignal der gesonderten Zeitbestimmungsanordnung über die Leitung e die Einatmungszeit des
Multivibrators regeln kann.
So wird im grundsätzlichen Multivibrator die Möglichkeit geboten, die Einatmungszeit desselben mittels einer gesonderten Zeitbestimmungsanordnung zu regeln. Eine derartige gesonderte Zeitbestimmungsanordnung kann als Teil einer Tiefeinatmungseinheit angewandt werden, welche Einheit die obenstehend beschriebene Tiefeinatmungsfunktion hat. Eine derartige Einheit wird nun anhand der F i g. 4 näher erläutert, wobei die Verbindungen dieser Einheit mit der grundsätzlichen Steuerschaltung des Beatmungsgerätes, wie diese anhand der F i g. 2 und 3 beschrieben wurde, durch a, b, c, d e und / in den betreffenden Figuren angegeben sind.
So wird im grundsätzlichen Multivibrator die Möglichkeit geboten, die Einatmungszeit desselben mittels einer gesonderten Zeitbestimmungsanordnung zu regeln. Eine derartige gesonderte Zeitbestimmungsanordnung kann als Teil einer Tiefeinatmungseinheit angewandt werden, welche Einheit die obenstehend beschriebene Tiefeinatmungsfunktion hat. Eine derartige Einheit wird nun anhand der F i g. 4 näher erläutert, wobei die Verbindungen dieser Einheit mit der grundsätzlichen Steuerschaltung des Beatmungsgerätes, wie diese anhand der F i g. 2 und 3 beschrieben wurde, durch a, b, c, d e und / in den betreffenden Figuren angegeben sind.
Die Tiefeinatmungseinheit nach F i g. 4 ist in zwei Hauptteile, eine zusätzliche Zeitsteueranordnung für die
Einatmungsphase des Multivibrators, und eine Zwischenraumzeitbestimmungsanordnung,
die aus einem Impulsgenerator (einer weiteren Zeitsteueranordnung)
besteht und einen Zähler aufgeteilt. Die Einatmungszeitsteuereinheit enthält eine Zeitbestimmungsanordnung
T) deren Wirksamkeitsdauer durch das Zeitkonstante-Potentiometer
VRi, das Eingangs-UND-Tor Gn, die
Ausgangsumkehranordnung Gh bestimmt wird. Das Ausgangssignal der Umkehranordnung Gh wird den
Rückstelleingängen zweier bistabiler Triggerschaltungen BS\ und BS2 und ebenfalls über die Leitung e_ dem
so NICHT-UND-Tor G9 in der Umkehranordnung(F i g. 3)
zugeführt. Das Ausgangssignal vom Ausgang Q der bistabilen Anordnung BS2 wird im Sperreingang des
Tores G^(F ig. 3) aber die Leitung c/und ebenfalls dem
Sperreingang eines analogen Tores G15 zugeführt.
Dieses Tor ist vom selben Typ wie das Tor Gi (F i g. 2)
und ersetzt dieses daher während einer Tiefeinatmungsperiode. Das Tor läßt das vom Tiefeinatmungsvolumenregelpotentiometer
VRa herrührende Signal zur Leitung b durch, und zwar solange ein »!«-Signal am oberen
Eingang vorhanden ist, während das Tor gesperrt ist, wenn ein »0«-Signal am Sperreingang vorhanden ist.
Der Taktimpulsgenerator der Tiefeinatmungszwischenraumzeitbestimmungsanordnung
enthält eine Zeitbestimmungseinheit T4 (entsprechend den obengenannten
Zeitbestimmungseinheiten), die beispielsweise von 0,25 bis 7 Sekunden einstellbar ist, eine monostabile
Anordnung MS3, eine Umkehranordnung Gu und einen
invertierenden Verstärker An, die eine geschlossene
Schleife bilden. Die erzeugten Impulse werden aus dem Ausgang der Umkehranordnung Ga dem Eingang eines
aus acht Stufen bestehenden binären Zählers (d. h. einem Zähler, der bis 256 zählen kann) CTR zugeführt.
Die Ausgangssignale dieser acht Stufen werden in einem NICHT-UND-Tor G», das den »alle-1-Zustand«
des Zählers feststellt (d. h. die höchste Stellung, bevor der Zähler beim nachfolgenden Eingangsimpuls wieder
auf Null rückgestellt wird) zusammengefügt. Das Ausgangssignal des NICHT-UND-Tores G20 wird durch
cie Umkehranordnung Gi9 umgekehrt und dem Einstelleingang
der bistabilen Triggerschaltung BS\ zugeführt.
Zur Erleichterung einer Erläuterung der Wirkungsweise des Taktimpulsgenerators wird vorausgesetzt,
daß die monostabile Triggerschaltung MSz sich im ungetriggertem Zustand befindet, d.h. es gibt eine »1«
am O-Ausgang. Dies wird durch Umkehrung durch die Umkehranordnung C\i eine »0«, die wieder durch den
invertierenden Verstärker A» in eine »1« umgewandelt wird. Die dem Eingang der Zeitbestimmungsanordnung
Ti, zugeführte »1« bewirkt, daß mit dem Laden des
Zeitbestimmungskondensators der Zeitbestimmungseinheit 7« angefangen wird. Nach Verlauf einer
Zeitdauer, die durch die flC-Zeitkonstante bestimmt wird, liefert die Zeitbestimmungsanordnung ein »O«-Signal
am Ausgang. Dieses Signal triggert die monostabile Triggerschaltung MS3, deren getriggerter Zustand
beispielsweise 1 Millisekunde_dauert, während welcher Zeit das Ausgangssignal am O-Ausgang »0« ist. Diese
»0« wird in eine »1« umgewandelt, die zur Lieferung eines Taktimpulses am Zähler CTR notwendig ist und
im invertierenden Verstärker As wieder in eine »0«
umgewandelt wird. Dieser »O«-Impuls entlädt den Zeitbestimmungskondensator und nach Ablauf des
Impulses fängt die Zeitbestimmungsanordnung wieder mit der Zeitperiode an. Auf diese Weise wird eine Reihe
von Taktimpulsen mit einer Impulsdauer von 1 Millisekunde erzeugt, die dem Eingang des Zählers CTR
zugeführt wird. Wenn der Zähler die höchste Stellung erreicht hat (bei dieser Ausführungsform nach 256
Impulsen) bewirkt der »alle-1 «-Zustand, daß das NICHT-UND-Tor G20 eine »0« am Ausgang liefert, die
durch die Umkehranordnung G19 in eine »1« umgewandelt wird, die dem Einstelleingang der bistabilen
Triggerschaltung BS^ zugeführt wird, an deren Q-Ausgang
eine »1« entsteht. Diese bistabile Triggerschaltung ist als Speicher wirksam, in der gespeichert wird, daß
der Zähler seine höchste Stellung erreicht hat und daß folglich eine Tiefeinatmung zu erwarten ist.
Die Täefeinatmungsphase muß selbstverständlich in dem Augenblick anfangen, wo der Multivibrator aus der
Ausatmungsphase in die Einatmungsphase umschaltet und folglich muß die Tiefeinatmungssteuerung diesen
Augenblick abwarten. Inzwischen wird der Zähler auf Null zurückgestellt und fängt wieder zu zählen an, der
»alle-1 «-Zustand ist vorbei und folglich muß die höchste Zählstellung-lnformalion aufbewahrt werden, bis die
nachfolgende Einatmungsphase anfängt. Das Ausgangssignal »1« der bistabilen Triggerschaltung BS^ wird dem
Einstelleingang der bistabilen Triggerschaltung BS2 ω
zugeführt, aber diese Triggerschaltung stellt sich nicht ein, bevor sie über die Leitung /am T-Eingang einen
Triggerimpuls empfängt.
Bei der nachfolgenden Umschaltung des Multivibrators MV aus einer Einatmungsphase in eine Ausatmungsphase
(F i g. 3) erscheint eine »0« am Ausgang des Tores Gio und daher wird die bistabile Triggerschaltung
BSi nun über die Leitung/getriggert und liefert eine »1«
an seinem Q-Ausgang und eine »0« an seinem Q-Ausgang. Die »1« am Regeleingang des Tores G15
ermöglicht es nun, daß das Tor das analoge Signal, das das erforderliche Tiefeinatmungsvolumen repräsentiert,
das durch das Potentiometer VRg eingestellt worden ist über die Leitung b zum Eingang der Vergleichsanordnung
COi (F i g. 2) durchläßt. Dieselbe »0« sperrt über die Leitung b das UND-Tor Gi2 (F i g. 3) und macht auf
diese Weise die Einatmungszeitbestimmungsanordnung des Multivibrators unwirksam. Die »1« am Q-Ausgang
der bistabilen Triggej^schaltung BS2 macht das Tor Gu
frei, und die »0« am Q-Ausgang sperrt über die Leitung a.das analoge Tor G\ (F i g. 2). Auf diese Weise wird das
Einstellpotentiometer VR2 für das normale Gasvolumen
durch das Potentiometer VRi für das Tiefeinatmungsvolumen
am Eingang der Vergleichsanordnung COi ersetzt. Die Balgen werden nun mit dem Tiefeinatmungsvolumen
statt mit dem normalen Volumen gefüllt. Die »0«, die im Umschaltzeitpunkt an der Leitung c
aufgetreten ist, wird durch die Umkehrschaltung G16 in
eine »1« umgekehrt, und das UND-Tor Gu wird nun freigemacht. Die »1« am Eingang der Tiefeinatmungszeitbestimmungsanordung
Ti hat zur Folge, daß diese ihre Zeitsteuerphase anfängt. Nach Verlauf dieser
Phase, die durch die Einstellung des Tiefeinatmungszeitpotentiometers
VR7 bestimmt wird, tritt eine »1« am Ausgang der Zeitbestimmungsanordnung auf, die durch
das Tor Gu in eine »0« umgekehrt wird, welche die
bistabilen Triggerschaltungen BS\ und BS2 zurückstellt
und über die Leitung erlern Multivibrator MVzugeführt
wird, so daß dieser auf die Ausatmungsphase umschaltet.
Auf diese Weise wird periodisch, und zwar mit Zwischenräumen, die durch die Einstellung der Zeitkonstante
der Zeitbestimmungsanordnung Ti bestimmt werden, dem Patienten während einer Tiefeinatmungsphase
ein Tiefeinatmungsgasvolumen zugeführt, wobei die normalen Steueranordnungen während dieser einen
Phase außer Betrieb gesetzt wird.
Am Ende dieser Phase schaltet der Multivibrator wieder auf die Ausatmungsphase um. Dies läßt den
obenstehend beschriebenen Schaltprozeß in der umgekehrten Reihenfolge ablaufen, wobei die Steuerungen,
welche die normalen Steuerungen rückgängig machen, wieder aufgehoben werden, so daß die Schaltung in den
normalen Arbeitstakt zurückkehrt, bis der Tiefeinatmungszwischenraumzähler
CTR wieder die höchste Stellung erreicht, d. (1. nach einem Zwischenraum von
etwa 1 bis 30 Minuten, je nach der Einstellung des Zeitkonstantenpotentiometers VR9.
Manchmal ist es erforderlich, daß auf Wunsch eine Tiefeinatmung stattfindet, beispielsweise für Physiotherapie,
um die Lungen mit Hilfe von mit den Händen ausgeübtem Druck nach einer Tiefeinatmung zu
entleeren. Dazu gibt es einen Druckknopf, der im wesentlichen ein Ausgangssignal liefert, das dem Signal,
das die höchste Stellung des Zählers CR angibt, entspricht. Die Betätigung des Tiefeinatmungstriggerknopfes
S7'hat zur Folge, daß eine »0« am Eingang der Umkehranordnung 20 auftritt, wonach die Wirkung der
Schaltung weiter demjenigen entspricht, das in bezug auf die periodische Wirkung beschrieben worden ist.
Wenn der Knopf ST losgelassen wird, wird die »0« durch die Umkehranordnung /21 umgekehrt, und zwar in
eine »1«, die durch den Kondensator C2 differenziert
wird, so daß ein kurzer »l«-!mpuls entsteht, der den Rückstelleingängen sämtlicher Stufen des Zählers
zugeführt wird. Auf diese Weise wird der Zähler in die
Zählstellung Null zurückgestellt, was gewährleistet, daß
der ganze Zwischenraum verlauf' bevor wieder eine Tiefeinatmung geliefert wird. Dies vermeidet, daß der
Zähler sehr kurz nach tiner von Hand verursachten Tiefeinatmung wieder eine solche Tiefeinatmung
herbeiführen könnte.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Beatmungsgerät der zeitgesteuerten Art mit einer Programmschaltuhr zur Steuerung eines
Beatmungszyklus mit einer Einatmungsphase und einer Ausatmungsphase, deren Zeitperioden einstellbar
sind und mit welchem Gerät pro Einatmungsphase eines Beatmungszyklus eine vorgegebene
genau abgemessene Gasmenge einem Patienten verabreicht werden kann, mit einem Gasbehälter
veränderlichen Inhalts zum Abmessen und vorübergehend Speichern der genannten genau abgemessenen
Gasmenge während einer Ausatmungsphase, sowie zum Austreiben der genau abgemessenen
Gasmenge während einer Einatmungsphase, mit einer Antriebsvorrichtung zum Vergrößern und
Verkleinern des Inhaltes des Gasbehälters im Hinblick auf die Gas-Abmeß-, -Speicher- und -Austreibfunktion
desselben, mit einer Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Augenblicksgröße des Inhaltes des Gasbehälters und mit Einstellmitteln
zum Einstellen der Größe einer genau abzumessenden Gasmenge, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzeigevorrichtung einen ersten Wandler (VR 1) enthält, dessen Ausgangssignal in Größe ein
Maß ist für die Augenblicksgröße des Inhaltes des Gasbehälters, daß die Einstellmittel zum Einstellen
der Größe der genau abgemessenen Gasmenge einen zweiten Wandler (VR 2) umfassen, dessen
Ausgangssignal in Größe ein Maß ist für die pro Beatmungszyklus genau abzumessende Gasmenge,
daß ein Signalausgang des ersten Wandlers mit einem ersten Signaleingang und ein Signalausgang
des zweiten Wandlers mit einem zweiten Signaleingang einer Vergleichsanordnung (CO 1) und daß ein
Signalausgang der Vergleichsanordnung mit einem Schalter zum Ein- und Ausschalten der Antriebsanordnung
des Gasbehälters gekoppelt ist.
2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine zweite Vergleichsanordnung
(COT) umfaßt, wobei der Signalausgang des ersten Wandlers (VR 1) mit einem
ersten Signaleingang der Vergleichsanordnung und ein zweiter Signaleingang derselben mit einem
Signalausgang einer EinstellanordnungfVT? 5) gekoppelt
ist, mit deren Hilfe ein Ausgangssignal eingestellt werden kann, das dem Ausgangssignal
des ersten Wandlers entspricht, wenn sich der Gasbehälter im Zustand von minimalem Inhalt
befindet. so
3. Beatmungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang der zweiten
Vergleichsanordnung (COT) mit einem ersten Signaleingang einer Alarmschaltung (LPi) gekoppelt
ist zum Abgeben eines Alarmsignals am Anfang einer Ausatmungsphase beim Fehlen eines Eingangssignals
am ersten Signaleingang, wobei ein zweiter Signaleingang der Alarmschaltung mit einem Signalausgang der Programmschaltuhr (MV)
gekoppelt ist.
4. Beatmungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmschaltung eine
monostabile Triggerschaltung (MS 1) zum Beibehalten eines Alarmsignals während einer durch die
Triggerschaltung zu bestimmenden Zeitdauer enthält.
5. Beatmungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät
zweite Einstellmittel enthält zum Einstellen der Größe einer genau abzumessenden Gasmenge,
welche Einstellmittel einen dritten Wandler (VR 8) enthalten, dessen Ausgangssignal in seiner Größe
ein Maß für eine während eines Beatmungszyklus genau abzumessende Gasmenge ist, daß es eine der
bereits genannten Programmschaltuhr (MV) zugeordnete Zeitsteueranordnung (T3) enthält zur
Beibehaltung einer Einatmungsphase während einer bestimmten einstellbaren Zeitdauer, daß die genannten
zweiten Einstellmittel und die zugeordnete Zeitsteueranordnung über eine Torschaltung (Q 15)
mit der Programmschaltung (MV) und dem zweiten Signaleingang der ersten Vergleichsanordnung
(COi) verbunden sind, und daß die Torschaltung (Q 15) einen Signaleingang hat für ein Prioritätssignal,
bei dessen Vorhandensein nach Beendung einer vorhergehenden Ausatmungsphase eine Einatmungsphase
folgt, deren Zeitdauer durch die zugeordnete Zeitsteueranordnung und die dem Patienten zugeführte Gasmenge durch die Einstellung
der zweiten Einstellmittel bestimmt werden.
6. Beatmungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prioritätssignaleingang der
Torschaltung mit einem Taktimpulsgenerator (T4, CTR) einer Tiefeinatmungszwischenraumzeitbestimmungsanordnung
gekoppelt ist.
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