DE2240244C3

DE2240244C3 - Gasdrucküberwachungsanordnung für ein zeitgesteuertes Beatmungsgerät

Info

Publication number: DE2240244C3
Application number: DE2240244A
Authority: DE
Inventors: G E Smythe
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Honeywell BV
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-16
Publication date: 1980-07-10
Also published as: FR2149582B1; NL7211142A; DE2240244A1; JPS5313919B2; DE2240244B2; US3844280A; GB1293479A; JPS4829296A; SE374021B; FR2149582A1

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 Beatmungsiteuerungsanordnung eine Störung auftreten, etwa infolge eines defekten Steuerventils oder durch Ausfallen der Netzspannung, so kann eine der Einatmungs- und Ausatmungsgasleitungen vom bzw. Eum 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 /u schaffen, das mit einer Überwachungsanordnung versehen ist. das bei Störungen wirksam wird und bei einem Defektwerden des Beatmungsgerät 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 vorgesehlagen, 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 Treibgassystein 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 Überdruck- ^ 2ntil 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 det 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 entsieht ein G?sweg um diese Ventile herum, so daß der Patient ohne jeden Widerstand in der 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 dargestel't. woL·"' 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, während das link·, in der Figur dargestellte Viereck den Weg für das Treibgas im mehl erregten Zustand des Elektromagneten t.nddas 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 Quelle von Treibgas unter einem Druck verbunden, der höher ist als der atmosphärische Druck, etwa Preßluft. D'e Elektromagnetc der Ventile 51 und 52 werden abwechselnd durch eine nicht dargestellte elektrische .Steuerungsanordnung entsprechend dem Zeit/yklus des

^r>5 Beatmungsgeräts erregt.

Die Öffnungen 1 und Γ der Ventile 51 und 52 sind mn der Treibgasquelle DO. die öffnungen 2 und 2' mn den Öffnungen eines pneumatischen Antriebsmotors Di'1. der einen Treibkolben und eine Kolbenstange

M) enthält, und die öffnungen 3 und V mn der Atmosphäre At verbunden, nötigenfalls über nicht dargestellte Schalldämpfer.

Die Schaltung für das Beatmungsgas enthält eine Einatmungsgasleitung mit einer Einalmungsgascinlaßöffnung RG für Gas (etwa reine Luft) unter atmosphärischem Druck, die Rückschlagventile NRV \ und NRV2, ein Einalmungsventil IV, das durch einen Elektromagnet ten D51 betätigt wird, die Bälge Bl und Bl, deren

Volumen durch den Kolben und die Kolbenstange des Motors DCl vergrößert und verkleinert werden kann, und ein Gasdebit-Ventil FRC sowie eine Ausatmungsgasleitung, durch die Gas vom Patienten aus über ein Ausatmungsventil EVund ein Rückschlagventil NRV3 zur Atmosphäre A t abgeleitet wird.

Die Elektromagnete der Ventile 51 und D52 werden während der Einatmungsphase und die Elektromagnete der Ventile 52 und DS1 während zumindest eines Teils der Ausatmungsphase mittels einer nicht dargestellten üblichen Steuerungsanordnung erregt.

Es sei angenommen, daß der Elektromagnet des Ventils 51 erregt wird und daß die Bälge B1 und B 2 mit 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 gedruckt wird, so daß sich der Inhalt der Bälge verringert und das darin befindliche Bcatrnungsgasvolurnen herausgetrieben wird. Gleichzeitig ist der Elektromagnet DC': 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. Dem Patienten wird nun Beatmungsgas unter dem Druck des Treibgases von den Bälgen aus zugeführt, mit einer Durchflußmenge, die durch die Einstellung des Debitventils F/?Cbestimmt wird, so daß das Rückschlagventil NRV2 über den Auslaß IP der Einatmungsgasleitung geöffnet wird. Der Druck in der Einatmungsgasleitung hält das Rückschlagventil NRVi 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 DS 2 geschlossen gehalten. Dadurch wird verhindert, daß Beatmungsgas über den Ausatmungsweg entweichen kann. Es ist ein Ausweg für das währen^ 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 Ruhelage) zur Atmosphäre verläuft.

Am Ende der Einatmungsphase wird die Erregung des Elektromagneten des Ventils S \ beendet, während der Elektromagnet des Ventils 52 erregt wird. Unter diesen Umständen wird den Öffnungen 20 des Motors DCl Treibgas zugeführt, und es ist ein Ausweg zur Atmosphäre über die Öhnungen 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 /ur Folge, daß der Druck in den Bälgen B 1 und B 2 herabgesetzt wird. wodurch das Rückschlagventil RNV 1 geöffnet und über den Einlaß RG Beatmungsgas in die Bälge eingesaugt wird. Das Einatmungsventil IV wird geschlossen, da der Elektromagnet D5 1 erregt wird, und das Ausatmungsvent!! 6'V wird automatisch durch die zugehörige Feder M) geöffnet, da die Erregung des Elektromagneten D52 nun durch die Steuerungsschallung 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 Ginlni/EPdes Ausalmungsgäsweges, das geöffnete Ausatmuhgsvenlil EV und das geöffnete Rückschlagventil NRV3 zur Atmosphäre entweichen kann.

Während der Ausatmungsphase werden die Bälge B1 und 52 mit Hilfe des Antriebsmotors 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 Debitventils FRC verbunden. Dieses Oberdruckventil besteht aus einem Ventilelement VAi₁ das mittels eines Gewichts W gasdicht auf einem Ventilsitz V5gehalten 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 W auf dem Arm abhängt. Ein derartiges Überdruckventil ist allgemein bekannt. Die Stelle des Gewichts W wird so eingeste¹'· daß für den betreffenden Patienten ein den Sicht:heitsanforderun gen 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 dirses Überdruckventil in Betrieb gesetzt, wenn das Steuerungssystem des Beatmungsgeräts nicht oder fehlerhaft wirkt, weil z. B. die Elektromagnete 5 1 und S2 nicht funktionieren, so daß dem Antriebszylinder kein Treibgas zugeführt wird. Dies wird durch eine Gasdruckuberwachungsanordnung erzielt, die auf den Druck des Treibgases anspricht und aus Rückschlagventilen NRV4 und NRVS. die mit den Treibgasausgängen oder Öffnungen 2 und 2' der Elektromagnete 52 bzw. S¹ verbunden sind, einer Gasströmungsdrossel FR und einem Gaskondensator mit einem Gasraum GR mit variablem InI Jt besteht, wobei dieses Ganze eine Sicherung fur 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.

De:- Deutlichkeil halber ist der Kolben in derjenigen Lage dargestellt, in der der Inhalt des Behälters möglichst groß ist. -vobei die Feder sowei. 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 ausgeübi wird. Der Gasraum mit dem variablen Inhalt GR hat einen Abführweg für Gas zur Atmosphäre über eine Gasströmungsdrossel FR. Wenn der Gasraum maximal mit Gas unter einem Druck angefüllt ist, der gleich demjenigen des Treibgases ist, so wird dann, wenn angenommen wird, tiaß dfcm 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 GT? 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 Beatmungszyklus ist. Diese Ableitungszeit kann etwa in der Größenordnung von 5 Sekunden liegen.

Am Ende der Ableitungszeit stößt die Kolbenstange gegen den Hebelarm LA und bewegt diesen aufwärts, so daß das Überdruckventil geöffnet wird und der Einsinvjtigsweg mit der Atmosphäre i.ⁿ. Verbinden" steht. Auf diese Weise öffnet der aus dem Gasraum GR 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 KShat 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 NRV2 genügend Luft einzuatmen.

Beim Betrieb des Beatmungsgerätes strömt Treibgas entweder durch das Rückschlagventil NR V4 oder durch das Rückschlagventil NRV5, je nach der betreffenden Phase des Beatmungszyklus, um den Gasbehälter GR mit Gas zu füllen. Die Rückschlagventile NRV4 und NR V5 bieten nur wenig Strömungswidersland 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 langer ist als die zum Füllen des Raums über ein betreffendes Rückschlagventil erforderliche Zeit, bleibt der Raum bei Normalbetrieb des Beatmungsgeräts gefüllt.

Wenn die Ventile 51 und 52 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 F/?C,das Einatmungsventil /Kund das Rückschlagventil NRVX anzusaugen. Sollte die Trcibgasquclle DG betriebsunfähig Werden, so wird das Überdruckventil wiederum nach Beendigung der Abieitungszeit von GR geöffnet.

Obwohl das beschriebene Überwachungssystem 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 /Kund EV sind vom Typ mit einer Rückstellfeder, und die zugehöriger! Elsktrorns^nete müssen diesen Federn entgegenwirken, um die Ventile zu schließen. Wenn die Elektromagnete DS\ 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 geöffne-' Dadurch wird eine zusätzliche Sicherung gebildet. Im Einatmungskanal des Geräts wird der Weg für Beatmungsgas geöffnet, so daß für den Patienten außerdem Beatmungsgasweg über das Überdruckventil noch ein Weg vorhanden ist (für den Fall, daß das Überdruckventil nicht oder fehlerhaft wirkt, wobei außerdem eine zusätzliche Quelle vorhanden ist. Wodurch sich der Patient beim Atmen weniger anzustrengen braucht). Im Ausatmungsgasweg wird durch das Öffnen des Ausatmungsventils EV dafür gesorgt, daß der Patient über das Rückschlagventil NRVi unbehindert ausatmen kann. Die Anwesenheit dieser Ventile NRV2 und NRV3 verhindert, daß der

■to Patient verbrauchtes Gas einatmet, das sich in irgendeiner Röhrenverbindung zwischen dem Beatmungsgerät und dem Patienten befindet, und sorgt dafür, daß ihm beim Einatmen frisches Gas zugeführt wird, das durch Ausatmungsprodukte früherer Ausat-

•»5 mungszyklen nicht verunreinigt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 doppell wirksamen, pneumatischen, durch Treibgas betätigbaren Antriebvorrichtung periodisch änderbar ist, und ein Oberdruckventil 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 fortwährenü mechanisch belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdruckübcrwachungsanordnung mit der Treibgasschaltung gekoppelt ist und beim Erreichen einer einer Notlage entsprechenden Alarmstellung mit Hilfe der mechanischen Belastung das Überdruckventil öffnet, wozu der Gasraum mit den Treibgaszufuhr- und Abfuhrleitungen der pneumatischen Antriebvorrich'ung über Rückschlagventile gekoppelt ist und über eine Gasströmungsdiussel entlüftet wird, die derart eingestellt ist, daß diejenige Zeit, die zum Leerströmen des volinändig gefüllten Gasraums über die Drossel bis zur genannten Alarmstellung unter Einfluß der mechanischen Belastung erforderlich ist, langer ist, als die zur Durchiühruog eines vollständigen Beatmungszyklus erforderlicue Zeit.