DE2240244B2 - Gasdrucküberwachungsanordnung für ein zeitgesteuertes Beatmungsgerät - Google Patents

Description

Bei zeitgesteuerten Beatmungsgeräten wird dem Patienten während jeder Einatmungsphase Einatmungsgas über ein Einatmungsventil in einer Leitung für Einatmungsgas zugeführt und während jeder Ausatmungsphase über ein Ausatmungsventil in einer Leitung für Ausatmungsgas abgeleitet. Diese Ventile werden abwechselnd durch eine Zeitsteueranordnung zur Regelung der Ein- und Ausatmung entsprechend einem vorgegebenen Zeitzyklus betätigt.

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

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.

Ein Atemdruck-Überwachungsgerät ist an sich bereits aus der DE-AS 12 78 704 bekannt. Weiterhin wurde schon in der DE-OS 22 27 066 eine Warnvorrichtung für ein Atemgerät vorgeschlagen, die einen Gaskondensator enthält, der aus einem Gasraum mit variablem Inhalt und einer beweglichen Wand besteht, die in der der Abnahme des Inhalts des Gasraums entsprechenden Richtung durch eine Feder fortwährend mechanisch belastet ist. Die Warnvorrichtung spricht auf Druckänderungen des Atemgases an und betätigt einen Melder. Demgegenüber überwacht die erfindungsgemäße Vorrichtung das Treibgassystem und

ίο gewährleistet bei einer Störung unmittelbar die freie Atmung des Patienten. .

Da eine Überwachungsanordnung vorgesehen ist, die für den Druck des Treibgases empfindlich ist, und die ein in der Einatmungsgasleitung angebrachtes Überdruckventil betätigt, wenn der Druck des Treibgases auf den atmosphärischen Druck sinkt, — 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 Überdruckventil unbehindert einatmen. Dies ist sogar dann günstig, wenn eine Störung kein Schließen des Einatmungsventils zur Folge hat. Ist das Beatmungsgerät mit einer im Weg des Beatmungsgases angebrachten Strömungsdrossel versehen, so befindet sich das Überdruckventil an der dem Patienten zugekehrten Seite des Einatmungsventils und der Strömungsdrossel, und es entsteht ein Gasweg um diese Ventile herum, so daß der Patient ohne jeden Widerstand in dei Atemleitung unbehindert einatmen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der Zeichnung, in der die Gasschaltungen für das Treibgas und das Beatmungsgas eines erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes schematisch dargestellt sind, näher erläutert.

In der Zeichnung, in der Leitungen für Beatmungsgas als Röhren und Leitungen für Treibgas durch einfache Linien dargestellt sind, sind zwei elektromagnetisch betätigte Gasventile 51 und 52 in der üblichen symbolischen Form dargestellt, wobei der rechte Teil den Elektromagneten darstellt jrd die nach links gerichtete ZickZack-Linie angibt, daß der Elektromagnet durch eine Feder in die Ruiielage zurückgebracht wird, während das links in der Figur dargestellte Viereck den Weg für das Treibgas im nicht erregten Zustand des

•t5 Elektromagneten und das rechts in der Figur dargestellte Viereck diesen Weg im erregten Zustand des Elektromagneten darstellt, welcher Zustand im weiteren als Arbeitszustand des Ventils bezeichnet wird. Einlaßöffnungen dieser Ventile sind bei DG mit einer

so Quelle von Treibgas unter einem Druck verbunden, der höher ist als der atmosphärische Druck, etwa Preßluft. Die Elektromagnete der Ventile 51 und 52 werden abwechselnd durch eine nicht dargestellte elektrische Steuerungsanordnung entsprechend dem Zeitzyklus des Beatmungsgeräts erregt.

Die Öffnungen 1 und Γ der Ventile 51 und 52 sind mit der Treibgasquelle DG, die Öffnungen 2 und 2' mit den Öffnungen eines pneumatischen Antriebsmotors DCl, der einen Treibkolben und eine Kolbenstange enthält, und die öffnungen 3 und 3' mit der Atmosphäre At verbunden, nötigenfalls über nicht dargestellte Schalldämpfer.

Die Schaltung für das Beatmungsgas enthält eine Einatmungsgasleitung mit einer Einatmungsgaseinlaßöffnung RG für Gas (etwa reine Luft) unter atmosphärischem Druck,die Rückschlagventile NRV\ und NRV2, ein Einatmungsventil /V, das durch einen Elektromagneten D51 betätigt wird, die Bälge B\ und B 2, deren

Volumen durch den Kolben und die Kolbenstange des Motors DCi vergrößert und verkleinert werden kann, und ein Gasdebit-Ventil FRC sowie eine Ausatmungsgasleitung, durch die Gas vom Patienten aus über ein Ausatmungsventil £Vund ein Rückschlagventil NR V 3 zur Atmosphäre At abgeleitet wird.

Die Elektromagnete der Ventile S1 und DS 2 werden während der Einatmungsphase und die Elekiromagnete der Ventile 52 und DS1 während zumindest eines Teils der Ausatmun_o'sphase mittels einer nicht dargestellten üblichen Steuerungsanordnung erregt

Es sei angenommen, daß der Elektromagnet des Ventils S1 erregt wird und daß die Bälge fl 1 u nd ß 2 m i t dem erforderlichen Beatmungsgasvolumen für die Zufuhr zum Patienten gefüllt sind. Das Treibgas wird vom Einlaß DG aus über die öffnungen 1 und 2 des Ventils 51 (in dessen Arbeitslage) zum (in der Zeichnung) oberen Raum des Antriebsmotors DCl geführt, so daß der Kolben abwärts gedrückt wird, so daß sich der Inhalt der Bälge verringert und das darin befindliche Beatmungsgasvolumen herausgetrieben wird. Gleichzeitig ist der Elektromagnet DC1 abcrrcgt, wodurch sich das Einatmungsventil IV u;:ier Einfluß einer Feder (die in der Zeichnung an der linken Seite des Ventils IV angegeben ist) öffnen kann. Dem Patienten wird nun Beatmungsgas unter dem Druck des Treibgases von den Bälgen aus zugeführt, mil einer Durchflußmenge, die durch die Einstellung des Debitventils FftCbestimmt wird, so daß das Rückschlagventil NRV2 über den Auslaß IP der Einatmungsjasleitung geöffnet wird. Der Druck in der Einatmungsgasleitung hält das Rückschlagventil NRVX 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 DCl getriebene Gas vorhanden, der über die öffnungen 20 des Motors und die öffnung 2' des Ventils 52 (in dessen Puhelage) zur Atmosphäre verläuft.

Am Ende der Einatmungsphase wird die Erregung des Elektromagneten des Ventils 51 beendet, während der Elektromagnet des Ventils S2 2rregt wird. Unter diesen Umständen wird den öffnungen 20 des Motors DCl Treibgas zugeführt, und es ist ein Ausweg zur Atmosphäre über die Öffnungen 10 des Motors und die Öffnung 1 des Ventils 51 (in dessen Ruhelage) vorhanden.

Wird nun der Kolben des Motors DCl (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 RC Beatmungsgas in die Bälge eingesaugt wird. Das Einatmungsventil /Kwird geschlossen, da der Elektromagnet DS1 erregt wird, und das Ausatmungsventil EVwird automatisch durch die zugehörige Feder geöffnet, da die Erregung des Elektromagneten D52 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 EPdes Ausatmungsgasweges, das geöffnete Ausatmungsventil ffVund das geöffnete Rückschlagventil NRV3 zur Atmosphäre entweichen kann.

Während der Ausatmungsphase werdt-n die Bälge B 1 und B 2 mit Hilfe des Antriebsmotor DCl mit Beatmungsgas gefüllt, bis das erforderliche Volumen gespeichert ist, das dann dem Patienten während der nächsten Einatmungsphase zugeführt werden kann.

Ein Überdruckventil vom »Ausblase«-Typ ist mit dem Einatmungsgasweg an der dem Patienten zugekehrten Seite des Einatmungsventils IV und des Debitveniils FRC verbunden. Dieses Überdruckventil besteht aus einem Ventilelement VM, das mittels eines Gewichts W gasdicht auf einem Ventilsitz V5gehalten wird, welches Gewicht Wauf 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 W auf dem Arm abhfjigt. Ein derartiges Überdruckventil ist allgemein bekannt. Die Stelle des Gewichts W wird so eingestellt, daß für den betreffenden Patienten ein den Sir'-.erheitsanforderungen entsprechender maximal zulässiger Druck in den Lungen erzielt wird. Entsteht aus irgendeinem Grund infolge einer fehlerhaften Wirkung des Beatmungsgeräts ein höherer Druck, so »bläst« dieser den maximalen Sicherheitsdruck überschreitende Druck das Ventilelement »herab«, so daß der Überdruck im Einatmungsweg zur Atmosphäre entweichen kann.

Entsprechend der Erfindung wird dieses Überdruckventil in Betrieb gesetzt, wenn das Steuerungssystem des Beatmungsgeräts nicht oder fehlerhaft wirkt, weil z. B. die Elektromagnete 51 und 52 nicht funktionieren, so daß dem Antriebszylinder kein Treibgas zugeführt wird. Dies wird durch eine Gasdrucküberwachungsanordnung erzielt, die auf den Druck des Treibgases anspricht und aus Rückschlagventilen NRV4 und NRV5, die mit den Treibgasausgängen oder öffnungen 2 und 2' der Elektromagnete 52 bzw. 51 verbunden sind, einer Gasströmungsdrossel FR und einem Gaskondensator mit einem Gasraum CR mit variablem Inhalt besteht, wobei dieses Ganze eine Sicherung für de · 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.

Der Deutlichkeit halber ist der Kolben in derjenigen Lag<> dargestellt, in der der Inhalt des Behälters möglichst groß ist, wobei die Fuder soweit zusammengepreßt ist, daß drr Druck, den sie auf die Jitere Fläche des Kolbens ausübt, gleich und hinsichtlich der Richtung entgegengesetzt d_ern Druck ist, der durch das Gas im Gasraum auf die obere Fläche des Kolbens ausgeübt wird. Der Gasra^m mit dem variablen Inhalt GR hat einen Abführweg für Gas zur Atmosphäre über eine Gasströmungsdrossel FR. Wenn der Gasraurr· 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 ev 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 abhängt. In der Praxis ist die Drossel FR so eingestellt, daß die zum Ableiten des gesamten Gases aus einem vollen Gasraum erforderliche Zeit langer als die Dauer eines Beatmungszykhis ist. Diese Ablcitungs/cit kann etwa in der Größenordnung von 5 Sekunden liegen.

Am Ende der Ableitungs/eit stößt die Kolbenstange gegen den Hebelarm LA und bewegt diesen aufwärts, so daß das Überdruckventil geöffnet wird und der Einatmungsweg mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Aul diese Weise öllnet der aus dem Ciasraum GK und der Drossel SR bestehende Detektor das Überdruckventil, wenn der Druck des Treibgases auf den Pegel des atmosphärischen Drucks sinkt, während einer Zeit, die langer als ein Beatmungszyklus ist. Der Ventilsitz KV ha ι einen großen Durchmesser, so daß sich das Ventil nur wenig zu öffnen braucht, um es dem Patienten zu ermöglichen, über das Überdruckventil und das Rückschlagventil NRV 2 genügend Luft einzuatmen.

Beim Betrieb des Beatmungsgerätes strömt Treibgas entweder durch das Rückschlagventil NR V4 oder durch das Rückschlagventil NR V5. je nach der betreffenden Phase des Beatmungszyklus, um den Gasbehälter GR mit Gas zu füllen. Die Rückschlagventile NRV4 und NR V 5 bieten nur wenig Strömungswiderstand für Gas. das in der Arbeitsrichtung der Ventile strömt, so daß der Ciasraum schnell angefüllt wird. Da die Abieitungszeit vom Gasraum und der Strömungsdrossel viel langer ist ills die zum Füllen des Raums über ein betreffendes Rückschlagventil erforderliche Zeit, bleibt der Raum bei Normaibetrieb des Beatmungsgeräts gefüllt.

Wenn die Ventile 51 und S 2 nicht wirken, so leert sich der Behälter allmählich, und nach Beendigung der vorgegebenen Ableitungszeit wird das Überdruckventil geöffnet. So kann der Patient bereits einige Sekunden nach dem Defektwerden des Beatmungsgeräts unbehindert über das Überdruckventil einatmen, und er braucht mithin nicht Beatmungsgas über den Weg mit höherem Strömungswiderstand, nämlich über das Debitventil FRC. das Einatmungsventil /Kund das Rückschlagventil NRVi anzusaugen. Sollte die Treibgasquelle DG ■> betriebsunfähig werden, so wird das Überdruckventil wiederum nach Beendigung der Ableitungszeit von GR geöffnet.

Obwohl das beschriebene Überwachungssys'.em im Störungsfall ausgezeichnet wirkt, wenn das Gas zum

ίο 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 Ciasraum GR bei Betrieb möglichst klein zu halten und die Sicherheit

i^r> zusätzlich zu erhöhen.

Die Einatmungs- und Ausatmungsventilc /Kund FV sind vom Typ mit einer Rückstellfeder, und die zugehörigen Elektromagnete müssen diesen Federn entgegenwirken, um die Ventile zu schließen. Wenn die

2(> Elektromagnet DSi und DS 2 nicht funktionieren würden, so wäre keine Kraft vorhanden, die die Ventile IV und FV abzuschließen versuchte. Dasjenige der beiden Beatmungsventile, das in dem Moment, in dem der Defekt auftritt, geschlossen ist. wird nun durch die

2) zugehörige Feder entgegen dem (in diesem Fall keinen Widerstand bietenden) Anker des Elektromagneten geöffnet. Dadurch wird eine zusätzliche Sicherung gebilde.. Im Einatmungskanal des Geräts wird der Weg für Beatmungsgas geöffnet, so daß für den Patienten

in außerdem Beatmungsgasweg über das Überdruckventil noch ein Weg vorhanden ist (fur den Fall, daß das Überdruckventil nicht oder fehlerhaft wirkt, wobei außerdem eine zusätzliche Quelle vorhanden ist. wodurch sich der Patient beim Atmen weniger

li anzustrengen braucht). Im Ausatmungsgasweg wird durch das öffnen des Ausatmungsventils EV dafür gesorgt, daß der Patient über das Rückschlagventil NRV3 unbehindert ausatmen kann. Die Anwesenheit dieser Ventile NRV2 und NRV3 verhindert, daß der

•»o Patient verbrauchtes Gas einatmet, das sich in irgendeiner Röhrenverbindung zwischen dem Beatmungsgerät und dem Patienten befinde·;, und sorgt dafür, daß ihm beim Einatmen frisches Gas zugeführt wird, das durch Ausatmungsprodukte früherer Ausat-

-Ii mungszyklen nicht verunreinigt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gasdrucküberwachungsanordnung für ein zeitgesteuertes Beatmungsgerät, das Einatmungs- und Ausatmungsleitungen mit Einatmungs- und Ausatmungsventilen 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 Überdruckventil in Verbindung mit der Einatmungsleitung in einem stromabwärts sowohl des Einatmungsventils als auch, falls vorhanden, einer Gasströmungsdrossel liegenden Punkt, enthält, welche Gasdrucküberwachungsanordnung mit einem Gaskondensator versehen ist, der aus einem Gasraum mit variablem Inhalt und einer bewegbaren Wand besteht, die in der der Abnahme des Inhalts des Gasraums entsprechenden Richtung fortwährend mechanisch belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdrucküberwachungsanordnung mit der Treibgasschaliung gekoppelt ist und beim Erreichen einer einer Notlage entsprechenden Alarmstellung mit Hilfe der mechanischen Belastung das Überdruckventil öffnet, wozu der Gasraum mit den Tieibgaszufuhr- und Abfuhrleitungen der pneumatischen Antriebvorrichiung über Rückschlagventile gekoppelt ist und über eine Gasströmungsdrossel entlüftet wird, die derart eingestellt ist, daß diejenige Zeit, die zum Leerströmen des vollständig gefüllten Gasraums über die Drossel bi· zur genannten Alarmstellung unter Einfluß der mechanischen Belastung erforderlich ist, länger ist, als die zur Durchtührung eines vollständigen Beatmungszyklus erforder'-che Zeit.