DE2240244A1

DE2240244A1 - Zeitgesteuertes beatmungsgeraet

Info

Publication number: DE2240244A1
Application number: DE2240244A
Authority: DE
Inventors: George Edward Smythe
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Honeywell BV
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-16
Publication date: 1973-03-01
Also published as: US3844280A; GB1293479A; DE2240244B2; FR2149582A1; DE2240244C3; SE374021B; NL7211142A; JPS5313919B2; FR2149582B1; JPS4829296A

Description

Dipl.-lng. Heinrich Harfmann 2240244

Patentassessor

Anmelder: N. V. PHILIPS' GLOEiLAMPENFABRlEKEN
Akte: PHB-32.188

Anmeldung vomI 15. Aug. 1972

"Zeitgesteuertes Beatmungsgerät",

Die Erfindung betrifft ein zeitgesteuertes Beatmungsgerät, das Einatmungs- und Ausatmungsleitungen mit Einatmungsund Ausatrnungsventilen zum Steuern eines Gasstroms von und zu einem Patienten, zumindest einen Gasbehälter, dessen Volumen mit Hilfe einer doppelt wirksamen, pneumatischen, durch Treibgas betätigbaren Antriebvorrichtung periodisch änderbar ist, und ein Ueberdruclcventil in Verbindung mit der Einatmungsleitung in einem stromabwärts von sowohl dem Einatmungsventil als auch, falls vorhanden, von einer Gasströmungsdrossel liegenden Punkt, enthält.

Bei zeitgesteuerten Beatmungsgeräten wird dem Patienten während jeder Einatnrnngsphase Einatmungsgas über ein Einatmungsventil in einer Leitung für Einatmungsgas zugeführt und während jeder Ausatmungsphase über ein Ausatmungsventil

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in einer Leitung für Ausatmungsgas abgeleitet. Diese Ventile werden abwechselnd durch eine Zeit steueranordnung zur Regelung der Ein- und Ausatmung entsprechend einem vorgegebenen Zeitzyklus betätigt.

Sollte in einem Teil oder in der ganzen Reatniungssteuerungsanordnung eine Störung auftreten, etwa infolge eines defekten Steuerventils oder durch Ausfallen der Netzspannung, so kann eine der ICinatmungs- und Ausatnmngsgasleitungen vom bzw. zum Patienten oder können sogar beide Leitungen während einer verhältnisniässig langen Zeit durch das betreffende Ventil abgeschlossen werden, wodurch der Patient ersticken kann.

Die Erfindung bezweckt, ein Beatmungsgerät zu rnhrvffen, das mit einer Ueberwachungsanordnung versehen ist, das bei Störungen wirksam wird und bei einem Defektwerden des Heatmungsgerätes eine freie Atmung des Patienten ermöglicht, so dass der oben beschriebene Nachteil beseitigt ist.

Nach der Erfindung ist ein zeitgestnuertes Beatmungsgerät der eingangs genannt en Art dadurch gekennzeichnet, dass eine Oasdrucküberwachunfisanordiiung mit der Treibgasschaltung gekoppelt ist, die mit einem Gaskondensator versehen ist, der aus einem Gasraum mit veränderbarem Inhalt und einer bewegbaren Wand besteht, «lie fortwährend in der der Abnahme des Inhalts des Gasraums entsprechenden Richtung mechanisch belastet ist und die ferner beim Erreichen einer einer ^: Notlage entsprechenden Alarmstellung das Ueberdrtickventll mit Hilfe der mechanischen Belastung öfnnet, wobei der Gasraum mit Treibgaszufuhr- und Abfuhrleitungen der pneumati-

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seilen Antrlötvorrichtung über Rückschlagventile gekoppelt ist, tiowie mit einer Gasströmungsdrossel, die derart eingestellt ii?t, dass diejenige Zeit, die zum Leerströmen des vollständig gefüllten Gasrauins unter Einfluss der nechanischen Belastung bis mr genannten Alarrastellung erforderlich ist, länger ist, nls die zur Durchführung eines vollständigen Beatmungszyklus erforderliche Zeit. ' ·

Oa eine Ueberwachungsanordnung vorgesehen ist, die für den Daniele des Treibgases empfindlich ist, und däe ein in der .Aiinatiimngsgasleitung angebrachtes Ueberdruckveiitil betätigt, \v^Tenn der Druck des Treibgases attf den atmosphärischen Oruck ninlct, - d.h. wenn eigentlich kein Treibgas mehr vorhanden ist, da es den Balg bzw. die Bälge nicht mehr betätigen kann - kann der Patient über das geöffnete Uebcrdruckventil unbehindert einatmen. Dies ist sogar dann günstig, wenn eine Störung kein Schlieseen des Kinatmungsventils zur Folge hat, 1st das Beatmungsgerät mit einer im Weg des Beatmüngsgases angebrachten Strömungsdrossel versehen, so befindet sich das Ueli'Tdruchventil an der dem Patienten zugekehrten Seite des Dinni ι mn,'· .-,-venti Is und der Strömungsdrossel., und es entsteht ein fin.'nrog um diese Ventile herum, so dass der Patieni ohne ■ ,joden u'it!<;i':d.and in der Atenleitung unbehindert ed im ti ion kann,

uirii /lUffÜhrvmgsform eines Beati:iuttgsgerÜtes i .^t;t daciurci- · o] ßnnreiclmcl, da.«.«--tief (iaskondensator aus einem Zj'lindcn' M^r1 ο in oni f ederbela;d■ o.ian Kolben bestehtj <luv zxnn Oefj.'noit de;; 1 eTieviruckveni i la in der AlarmsteJ Itmf Jri1 fiiner Kolbon: i a \;,o vr-rbuiiden ist, -

BAD ORIGINAL

Ein Ausführungebeispiel der erfindungsgemässen

Vorrichtung wird anhand der Zeichnung, in der die Gasschaltungen für da· Treibgas und das Beatmungsgas eines erfindungsgemSssen Beatmungsgerätes schematieoh dargestellt sind, nSher erläutert.

In der Zeichnung, in der Leitungen für Beatmungsgas :' als ROhren und Leitungen für Treibgas durch einfache Linien i dargestellt sind, sind zwei elektromagnetisch betStigte Gasventile S1 und S2 in der üblichen symbolischen Form dargestellt, wobei der rechte Teil den Elektromagneten darstellt und die nach links gerichtete Zick-Zack-Linie angibt, dass der Elektromagnet durch eine Feder in die Ruhelage zurückgebracht wird, wShrend das links in der Figur dargestellte Viereck den Weg für das Treibgas im nicht erregton Zustand des Elektromagneten und das rechts in der Figur dargestellte Viereck diesen Weg im erregten Zustand des Elektromagneten darstellt, welcher Zustand im weiteren als Arbeitslustand des Ventils bezeichnet wird« Einlassöffnungen dieser Ventile sind bei DO mit einer Quelle von Treibgas unter einem Druck verbunden, der höher ist als der atmosphärische Druck, etwa Pressluft· Die Elektromagnete der Ventile S1 und S2 werden abweohselnd durch eine nicht dargestellte elektrische Staue- -rungsanordnung entsprechend dem Zeitzyklus des Beatmungsgerät β erregt.

Die Oeffnungen 1 und 1' der Ventile SI und S2 sind mit der Treibgasquelle DG, die Oeffnungen 2 und 2* mit den Oeffnungen eines pneumatischen Antriebmotors DCI, der einen Treibkolben und eine Kolbenstange enthalt, und die Oeffnungen und 3* mit der Atmosphäre At verbunden, nötigenfalls über

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nicht dargestellte Schalldämpfer,

Die Schaltung für das Beatmungsgas enthält eine Einatmungsgasleitung mit einer Einatmungsgaseinlassöffnung RG für Gas (etwa reine Luft) unter atmosphärischem DruGk, die Rückschlagventile NRV1 und NRV2, ein Einatmungsventil IV, das durch einen Elektromagneten DS1 betätigt wird, die Bälge Bi und B2, deren Volumen durch den Kolben und die Kolbenstange des Motors DC1- vergrössert und verkleinert werden kann, und ein Gasdebit-Ventil FRC sowie eine Ausatmungsgasleitung, durch die Gas vom Patienten aus Über ein Ausatmungsventil EV und ein Rückschlagventil NRV3 zur Atmosphäre (At) abgeleitet wird.

Die Elektromagnete der Ventile SI und DS2 werden während der Einatmungsphase und die Elektromagnete der Ventile S2 und DS1 während zumindest eines Teils der Ausatmungsphase mittels einer nicht dargestellten üblichen Steuerungsanordnung erregt,

Es sei angenommen, dass der Elektromagnet des Ventils S1 erregt wird und dass die Bälge B1 und B2 mit dem erforderlichen Beatmungsgasvolumen für die Zufuhr zum Patienten gefüllt sind. Das Treibgas wird vom Einlass DG aus über die Oeffnungen 1 und 2 des Ventils S1 (in dessen Arbeitslage) zum (in der Zeichnung) oberen Raum des Antriebmotors DC1 geführt, so dass der Kolben abwärts gedrückt wird, so dass sich der Inhalt der Bälge verringert und das darin befindliche Beatmungsgas volumen herausgetrieben wird. Gleichzeitig ist der Elektromagnet DC1 aberregt, wodurch sich das Einatmungsventil IV unter Einfluss einer Feder (die in der Zeichnung an der linken Seite des Ventils IV angegeben ist) öffnen kann,

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Dem Patienten wird nun Beatmungsgas unter dem Druck des Treibgases von den BSIgen aus zugeführt, mit einer Durchflussmenge, die durch die Einstellung des Debitventils PRC bestimmt wird, so dass das Rückschlagventil NRV2 über den Auslass IP der Einatmungsgasleitung geöffnet wird. Der Druck In der Einatmungsgasleitung hält das Rückschlagventil NRV1 geschlossen, weil dieser Druck höher ist als der atmosphärische Druck des Beatmungsgases an der anderen Seite des Ventils·

Während der Einatmungsphase wird das Ausatmungsventil EV durch den während dieser Phase erregten Elektromagneten DS2 geschlossen gehalten. Dadurch wird verhindert, dass Beatmungsgas über den Ausatmungsweg entweichen kann. Es ist ein Ausweg für das während der Bewegung des Kolbens aus dem nicht antreibenden Raum des Motors DC1 getriebene Gas vorhanden, der über die Oeffnungen 20 des Motors und die Oeffnung 2* des Ventils S2 (in dessen Ruhelage) zur Atmosphäre verläuft.

Am Ende der Einatmungsphase wird die Erregung des Elektromagneten des Ventils S1 beendet, während der Elektromagnet des Ventils S2 erregt wird. Unter diesen Umständen wird den Oeffnungen 20 des Motors DC1 Treibgas zugeführt, und es ist ein Ausweg zur Atmosphäre über die Oeffnungen des Motors und die Oeffnung 1 des Ventils S1 (in dessen Ruhelage) vorhanden.

Wird nun der Kolben des Motors DC1 (in der Zeichnung) nach oben bewegt, so hat dies zur Folge, dass der Druck in den Bälgen B1 und B2 herabgesetzt wird, wodurch das Rückschlagventil RNV1 geöffnet und über den Einlass RG Beatmungsga· in die Bälg· eingesaugt wird« Das Einatmungsventil IV

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wird geschlossen, da der Elektromagnet DS1 erregt wird, und das Äusatmungsventil EV wird automatisch durch die zugehörige Feder geöffnet, da die Erregung des Elektromagneten DS2 nun durch die Steuerungsschaltung "beendet wird·

Der Druck in den Lungen des Patienten ist höher als ■ der atmosphärische Druck, so dass das Rückschlagventil NRV2 geschlossen und das Rückschlagventil NRV3 geöffnet wird, so dass das Gas aus den Lungen des Patienten über den Einlass.EP des Ausatmungsgasweges, das geöffnete Ausatmungsventil EV und das geöffnete Rückschlagventil NRV3 zur Atmosphäre entweichen kann,

Während der Ausatmungsphase werden die Bälge B1 und B2 mit Hilfe des Antriebsmotors DC1 mit Beatmungsgas gefüllt, bis das erforderliche Volumen gespeichert ist, das dann dem Patientön während der nächsten Einatmungsphase zugeführt werden kann.

Ein Ueberdruckventil vom "Ausblase"-Typ ist mit dem Einatmungsgasweg an der dem I Patienten zugekehrten Seite des Einatmungsventils TV und des Debitventils PRC verbunden. Dieses Ueberdruckventil besteht aus einem Ventilelement VM, das mittels eines Gewichts ¥ gasdicht auf einem Ventilsitz VS gehalten wird, welches Gewicht W auf einem Arm LA eines Hebels einstellbar angebracht ist, der um einen Drehpunkt P schwenken kann und derart mit dem Ventilelement gekoppelt ist, dass er darauf eine Kraft ausübt, die von der Stelle des Gewichts ¥ auf dem Arm abhängt. Ein derartiges Ueberdruckventil ist allgemein bekannt. Die Stelle des Gewichts ¥ Wird so eingestellt, dass für den betreffenden Patienten ein den

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Sicherheitsanforderungen entsprechender maximal zulässiger Druck in den Lungen, erzielt wird. Entsteht aus irgendeinem Grund infolge einer fehlerhaften Wirkung dee Beatmungsgerät» , ein htJherer Druck, so ^HblBstⁿ dieser den maximalen Sicherheit sdruok überschreitende Druck das Ventilelement "herab", so dass der Ueberdruck im Einatmungsweg zur Atmosphäre ent·· welchen kann·

Entsprechend der Erfindung wird dies·· Ueberdruckventil in Betrieb gesetzt, wenn das Steuerungssystem des Beatmungsgerätβ nioht oder fehlerhaft wirkt, weil z.B. die Elektromagnete SI und S2 nioht funktionieren, so das· dem Antriebzylinder kein Treibgas zugeführt wird. Dies wird durch eine Gasdrucküberwachungsanordnung erzielt, die auf den Druck des Treibgaseβ anspricht und au· Rückschlagventilen NKVk und NRV5» die mit den Treibgasausgfingen oder Oeffnungen 2 und 2· der Elektromagnete S2 bzw. SI verbunden sind, einer Gasströmungsdrossel FR und einem Gaskondensator mit einem Gasraum GR mit variablem Inhalt besteht, wobei dieses Ganze ein« Sicherung für den' Störungsfall bildet* Der Gasraum GR besteht aus einem Zylinder, in dem sich ein Kolben und eine Kolbenstange hin- und herbewegen können, wobei der variable Inhalt durch das Volumen über dem Kolben gebildet wird. Es ist eine Rückstellfeder vorhanden, die den Kolben nach oben schiebt und mithin den Inhalt auf einen Mindestwert herabsetzt, wenn der Gasdruck im Behälter unter einen bestimmten Wert sinkt. Das Volumen im Zylinder unter dem Kolben steht

wie angegeben mit der Atmosphäre in Verbindung, so dass sich der Kolben unbehindert bewegen kann«

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Der Deutlichkeit halber ist der Kolben in derjenigen Lage dargestellt, in der der Inhalt des Behälters möglichst gross ist, wobei die Feder soweit zusammengepresst ist, dass der Druck, den sie auf die untere Fläche des Kolbens ausübt, gleich und hinsichtlich der Richtung entgegengesetzt dem Druck ist, der durch das Gas im Gasraum.auf die obere Fläche des Kolbens ausgeübt wird. Der Gasraum mit dem variablen Inhalt GR hat einen Abführweg für Gas zur Atmosphäre über eine Gasströmungsdrossel FR, Wenn der Gasräum maximal mit Gas unter einem Druck angefüllt ist, der gleich demjenigen des Treibgases ist, so wird dann, wenn angenommen wird, dass dem Gasraum kein Treibgas zugeführt wird, damit er im Zustand des möglichst grossen Inhaltes gehalten wird, der Druck im Gasraum infolge des Entweichens von Gas über die Strömungs- * drossel FR allmählich auf den atmosphärischen Druck sinken. Beim Sinken des Drucks im Gasraum wird der Kolben durch die Feder (in der Zeichnung) nach oben bewegt.

Es dürfte einleuchten, dass die Zeit, die notwendig ist, um das Gas aus dem Gasraum GR abzuleiten und mithin den Kolben in die höchste Lage zu bringen, vom Volumen des Raums und der Durchströmmenge des Gases über die Drossel FR abbüngt, In der Praxis ist die Drossel FR so eingestellt, dass die zum Ableiten des gesamten Gases aus einem vollen Gasraum erforderliche Zeit länger als die Dauer eines Beatmungszyklus ist. Diese Ableitungszeit kann etwa" in der Grössenordnung von 5 Sekunden liegen.

Am Ende der Ableitungszeit stösst die Kolbenstang© gegen den Hebelarm LA und bewegt diesen aufwHrtst, so

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das Ueberdruckventil geöffnet wird und der Einatmungsgasweg mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Auf diese Weise öffnet der aus dem Gasraum GR und der Drossel SR bestehende Detektor das Ueberdruckventil, wenn der Druck des Treibgases auf den Pegel des atmosphärischen Drucks sinkt, während einer Zeit, die länger als ein Beatmungszyklus ist. Der Ventilsitz VS hat einen grossen Durchmesser, so dass sich das Ventil nur wenig zu öffnen braucht, um es dem Patienten zu ermöglichen, über das Ueberdruckventil und das Rückschlagventil NRV2 genügend Luft einzuatmen»

Beim Betrieb des Beatmungsgerätes strömt Treibgas entweder durch das Rückschlagventil NRV^ oder durch das Rückschlagventil NRV5, je nach der betreffenden Phase des Beatmungszyklus, um den Gasbehälter GR mit Gas zu füllen. Die Rückschlagventile NRVU und NRV5 bieten nur wenig Strömungswiderstand für Gas, das in der Arbeitsrichtung der Ventile strömt, so dass der Gasraum schnell angefüllt wird. Da die Ableitungszeit vom Gasraum und der Strömungsdrossel viel länger ist als die zum Füllen des Raums über ein betreffendes Rückschlagventil erforderliche Zeit, bleibt der Raum bei Normalbetrieb des Beatmungsgeräte gefüllt.

Wenn die Ventile S1 und S2 nicht wirken, so leert sich der Behälter allmählich, und nach Beendigung der vorgegebenen Ableitungszeit wird das Ueberdruckventil geöffnet. So kann der Patient bereits einige Sekunden nach dem Defektwerden des Beatmungsgeräts unbehindert über das Ueberdruckventil einatmen, und er braucht mithin nicht Beatmungsgas über den Weg mit höherem Strömungswiderstand, nämlich über.

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das Debitventil FRC, das Einatmungsventil IV und das Rückschlagventil NRV1 anzusaugen. Sollte die Treibgasquelle DG betriebs- · unfähig werden, so wird das Ueberdruckventil wiederum nach Beendigung der Ableitungszeit von GR geöffnet.

Obwohl das beschriebene Ueberwachungssystem im Störungsfall ausgezeichnet wirkt, wenn das Gas zum Füllen des Raums von nur einem der beiden Wege für Treibgas herrührt, wird die Verwendung einer "doppelten" Quelle über die beiden Rückschlagventile bevorzugt, um die Bewegung des Kolbens im Gasraum GR bei Betrieb möglichst klein zu halten und die Sicherheit zusätzlich zu erhöhen.

Die Einatmungs- und Ausatmungsventile IV und EV sind

vom Typ mit einer Rückstellfeder, und die zugehörigen Elektro- \

I magnete müssen diesen Federn entgegenwirken, um die Ventile zu schliessen. Wenn die Elektromagnete DS1 und DS2 nicht funktionieren würden, so wäre keine Kraft vorhanden, die die Ventile IV und EV abzuschliessen versuchte» Dasjenige der beiden Beatmungsventile, das in dem Moment, in dem der Defekt auftritt, geschlossen ist, wird nun durch die zugehörige ^! Feder entgegen dem (in diesem Fall keinen Widerstand bietenden) ; Anker des Elektromagneten geöffnet. Dadurch wird eine zus&t.zliche Sicherung gebildet. Im Einatmungskanal des Geräts wird der Weg für Beatmungsgas geöffnet, so dass für den Patienten ausser dem Beatmungsgasweg über das Ueberdruckventil noch ein Weg vorhanden ist (für den Fall, dass das Überdruckventil nicht oder fehlerhaft wirkt, wobei aiasserdem eine, zusätzliche Quelle vorhanden ist, wodurch sich der Patient beim Atmen weniger anzustrengen braucht). Im Ausatmungsgasweg wird durch

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ORIGINAL INSPECTED

das Oeffnen des Ausatmungsventils EV dafür gesorgt, dass der j Patient über das Rückschlagventil NRV3 unbehindert ausatmen

kann. Die Anwesenheit dieser Ventile NRV2 und NRV3 verhindert ι . *

dass der Patient verbrauchtes Gas einatmet, das sich in I ' '■

irgendeiner Röhrenverbindung zwischen dem Beatmungsgerät und '

dem Patienten befindet, und sorgt dafür, dass ihm beim Ein- i

atmen frisches Gas zugeführt wird, das durch Ausatmungs- {

produkte früherer Ausatmungszyklen nicht verunreinigt ist· [

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ORtGINAL INSPECTED

Claims

PATENTANSPRUECHEι

1J .Zeitgesteuertes Beatmungsgerät, das Einatmungs- und Ausatmungsleitungen mit Einatmungs- und Ausatmungsventilen '"zum Steuern eines Gasstroras von und zu einem Patienten, zu- * mindest einen Gasbehälter, dessen Volumen mit Hilfe einer doppelt wirksamen, pneumatischen, durch Treibgas betätigbaren Antriebvorrichtung periodisch änderbar ist, und ein Ueberdruckventil in Verbindung mit der Einatmungsleitung in einem stromabwärts sowohl des Einatmungsventils als auch', falls vorhanden-, einer Gas strömungsdrossel liegenden Punkt, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasdrucküberwachungsanordnung mit der Treibgasschaltung gekoppelt ist, die mit einem Gaskondensator versehen ist, der aus einem Gasraum mit variablem Inhalt und einer bewegbaren Wand besteht, die in der der Ab- · nähme des Inhalts des Gasraums entsprechenden Richtung fort- . während mechanisch belastet ist und die ferner beim Erreichen einer einer Notlage entsprechenden Alarmstellung mit Hilfe der mechanischen Belastung das Ueberdruckventil öffnet, wobei der Gasraum mit den Treibgaszufuhr- und Abfuhrleitungen der pneumatischen Antriebvorrichtung über Rückschlagventile gekoppelt ist, sowie mit einer Gasströmungsdrossel j die derart eingestellt ist, dass diejenige Zeit, die zum Leerströmen des vollständig gefüllten Gasraums über die Drossel bis zur genannten' Alarmstellung unter Einfluss der mechanischen Belastung erforderlich ist, länger ist, als die zur Durchführung eines vollständigen Beatmungszyklus erforderliche Zeit.

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2. Zeitgesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1, bei dem der Gaskondensator aus einem Zylinder mit einem federbelasteten Kolben besteht, der zum Oeffnen des Ueberdruckventils in der Alarmstellung mit einer Kolbenstange verbunden ist.

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