DE2254667A1

DE2254667A1 - Steuervorrichtung fuer atemgeraete

Info

Publication number: DE2254667A1
Application number: DE2254667A
Authority: DE
Inventors: Roger Paul Charles Cavallo
Original assignee: Synthelabo SA
Current assignee: Synthelabo SA
Priority date: 1971-11-10
Filing date: 1972-11-08
Publication date: 1973-05-24
Also published as: CH555682A; SU510131A3; CA967071A; AU470447B2; AU4867372A; GB1392070A; JPS4855598A; BE791155A; JPS5038435B2; ES408494A1; SE386072B; IT970075B

Description

2254B-7

Synthelabo, Pafis/Frankreich

Steuervorrichtung für Atemgeräte

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein Atemgerät mit einer Quelle für ein. unter Druck stehendes Atemgas und einem in der Leitung zwischen dieser Quelle und dem Mundstück des Kranken "befindlichen, gesteuerten Ventil. t

.bekanntlich werden Atemgeräte zur Unterstützung der natürlichen Atmung im allgemeinen durch einen elektrisch oder pneumatisch arbeitenden Taktgeber in einem feststehenden Ehythmus gesteuert. ' -

Die durch den Taktgeber auferlegte regelmäßige Arbeitsweise eignet sich jedoch nicht, wenn der Atemrhythmus des Patienten unregelmäßig ist.

0 9 8 21/0738 ORtGlNAL fNSPECTED

Ziel der Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung zu schaffen, die die Steuerung des Atemgerätes nach dem Verlangen des Patienten gestattet, d.h. die Zufuhr von luft oder einem anderen Atemgas gestattet, sobald der Patient eine Einatmung beginnt, und die Schließung dieser Luftzufuhr bewirkt, wenn der luftbedarf des Patienten gedeckt ist, und der Druck in der Zufuhrleitung bia zu einem von vorneherein festgelegten Wert zunimmt.

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Steuervorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abschnitt der Leitung zwischen dem Ventil und dem Mundstück ein Uruckfühler vorgesehen ist, der ein mit dieser Leitung verbundenes Gehäuse besitzt, das durch eine Membran geschlossen ist, deren auf die Außenluft zugewandte Seite auf einem Teil ihrer Oberfläche durch ein starres Organ abgestützt ist, wobei die Signale zur Steuerung des Ventils für seine öffnung einem Fühler, der eine bestimmte Verformung der Membran nach innen abtastet, und für seine Schließung einem Fühler entnommen werden, der eine bestimmte Verformung dieser Membran nach außen abtastet.

Dadurch, daß die Membran bei ihrer Verformung aus dem Gehäuse heraus abgestützt wird, bewirkt eine relativ starke Druckzunahme im inneren der Leitung eine Verformung der Membran, die von derselben Größenordnung ist wie die Verformung, die durch den geringen Unterdruck infolge der Einatmungskraft des Patienten an dieser Membran nach innen zu auftreten kann. Auf diese V/eise können ausgeglichene Signale zur Steuerung des Ventils gebildet werden.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung

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ist ein !Punkt der Membran starr mit einem biegsamen Organ verbunden, dessen Seiten Dehnungsmeßstreifen in Brückenschaltung mit Bezugswiderständen tragen, wobei die auf diese Seise erzeugten elektrischen Signale den beiden Eingängen eines elektronischen bistabilen Kippkreises zugeführt werden, von dem einer der Ausgänge Jiach Verstärkung des von ihm abgegebenen Stroms das Magnetventil speist.

Vorzugsweise können dem Kippkreis über einen Umschalter zwei Zusatzschaltungen mit RC-Kreis beigegeben werden, so daß der Kippkreis in einen Multivibrator, d.h. in eine Taktgebersehaltung zur Steuerung des Magnetventils, umgeformt wird* _:

Damit der von dem Patienten erzeugte Unterdruck unmittelbar ,auf die Membran des Druckfühlers einwirken kann, ist das Magnetventil vorzugsweise ein Dreiwegeventil, so daß der Leitungsabschnitt zwischen diesem Magnetventil und dem Patienten über ein leichtes Rückschlagventil mit der Außenluft in Verbindung gebracht werden kann.

Auf diese Weise wird dieser leitungsabschnitt auf den atmosphärischen Druck gebracht, sobald das Magnetventil geschlossen ist, und, da der von dem Patienten erzeugte Unterdruck das Eücksehlagventil wieder schließt, kann dieser Unterdruck tatsächlich auf die Membran des Druckfühlers einwirken, .

Aus Sicherheitsgründen löst das der höheren Druckstufe, d.h. dem maximal für aie Luftversorgung des Patienten zugelassenen Druck, entsprechende Signal einen-Verzögerer aus, dessen Ausgangssignal parallel mit dem Signal der niedrigeren Stufe, das mit dem Unterdruck in dem Endabschnitt

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ORIGWAL INSPECTED

der Leitung verbunden ist, dem entsprechenden Eingang des elektronischen Kippkreises zugeführt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben eich aus der folgenden Beschreibung exnes Ausführungebeispiele» wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Druck- und ünterdruokftihler· Pig. 2 einen Schnitt nach der linie II-II von Figur 1.

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines durch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung gesteuerten Atemgeräts.

Der auf den Figuren 1 und 2 dargestellte Druckfühler besitzt eine kreisförmige ebene Membran 1, die an einer Platte 2 konzentrisch zu einer in dieser Platte vorgesehenen Öffnung 3 befestigt ist. Die Befestigung wird durch ein tellerförmiges Gehäuse 4 gewährleistet, in welches die Platte 2 durchquerende Schrauben 5 eingeschraubt sind.

Die Platte 2 besteht zweckmäßigerweise aus einem Glas- Harz- Schichtstoff und kann sich nach links von Figur 2 beliebig weit erstrecken, um einen Träger für die im folgenden beschriebenen elektrischen Organe zu bilden*

Die Membran 1 kann aus Metall oder starrem dünnem Kunststoff bestehen, wie er unter dem Namen "Stabilen" im Handel erhältlich ist.

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Das Gehäuse 4 besitzt in seiner Mitte einen rohrförmigen Anschiuß 4a, mit dem es an eine Leitung zur Versorgung eines Patienten mit Atemgas angeschlossen werden kann.

Die Membran 1 ist in ihrer Mitte über den Steg 6 mit einer biegsamen lamelle 7 verbunden, deren eines Ende zwischen zwei Plättchen 8 eingespannt ist und deren anderes Ende elastisch auf dem Ende einer Stellschraube 9 aufliegt.

An den beiden Seiten der lamelle sind Dehnungsmessstreifen 10 und 11 befestigt," die mit 2 Bezugswiderständen 12 und 13 (vgl* Figur 3) zur Erzeugung der Steuersignale· in Brücke geschaltet sind.. . .

Wenn in dem Gehäuse 4 ein Druck auftritt, wird infolge der Abstützung der Membran an der Platte nur der zentrale (Peil der Membran nach außen verformt, wie es, auf der Figur mit aer unterbrochenen Linie 1a dargestellt ist, während die Membran bei Auftreten eines Unterdruckes in diesem Gehäuse sich gemäß der Linie 1b verformt.

Auf diese Weise kann ein Unterdruck, dessen Wert zehnmal kleiner als der maximale Luftversorgungsdruck ist, auf der Lamelle 7 eine Verformung von derselben Amplitude wie dieser jjruek verursachen, d.h. er kann auf die Dehnungsmeßstreifen 1.0 und 11 Verformungen derselben Größenordnung, jedoch in entgegengesetzter Richtung übertragen.

Das schematisch in Figur 3 dargestellte Atemgerät besitzt eine Quelle 14 für unter Druck stellendes Atemgas (gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherte Luft, reiner Sauerstoff), die über eine Leitung 18 ein Mundstück 19 speist«

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Die Zufuhr dieses Gases wird durch, ein Magnetventil 15, und zwar ein Dreiwegeventil, gesteuert, das normalerweise geschlossen ist und eine Erregerwicklung 16 besitzt. Hinter diesem Magnetventil kann der Gasdurchsatz durch einen den Gasstrom drosselnden Hahn 17 gesteuert werden.

Auf αem Leitungsabschnitt zwischen diesem Hahn und dem Mundstück ist ein Manometer 20 und aer in den Figuren 1 und 2 aargestellte Druckfühler 21 aufgesetzt.

infolge der J3rücis.ensehaltung der Dehnungsmeßstreifen 10 und 11 und der Bezugswiderstände 12 und 13 werden entgegengesetzte oignale je nachdem, ob auf den Druckfühxer ein Druck oder ein unterdruck einwirkt, auf den Verstärker 31 übertragen.

Die Stellschraube 9 gestattet die Nullstellung der Schaltung, wenn auf den Druckfühler kein Druck und kein Unterdruck einwirkt.

Auf diese Weise liefern die Dehnungsmeßstreifen ein Signal, das von dem in der Kapsel herrschenden Druck abhängig ist.

Die Signale des Drucks oder des Unterdrücke werden nach Durchgang durch den Verstärker 31 zwei Differentialverstärkern 32A und 32B zugeleitet, deren jeder einen durch ein Potentiometer 33A bzw. 33B polarisierten Bezugseingang besitzen.

Die aus dem Differentialverstärker 32A und dem Potentiometer 33A bestehende Schaltung tastet die positiven

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Drücke ab und kann durch Einstellung des Potentiometers beispielsweise von 0 bis 100 mb eingestellt werdön, wobei der Druck an dem Manometer 20 abgelesen wird. Dieser Druck wird so gewählt, daß die Lungen des Patienten gut gefüllt werden, ohne diesen zu ersticken.

Die aus dem Differentialverstärker 32B und dem Potentiometer 33B bestehende Schaltung tastet dagegen die negativen Drücke ab und kann beispielsweise von -1 mb bis -10 mb eingestellt werden. Der entsprechende Druck kann ebenfalls auf dem Manometer 20 abgelesen werden. Im der Praxis wird der Druck so eingestellt, daß es für den Patienten angenehm ist und ein Signal ausgelöst wird, wenn dieser eine normale Einatmungskraft ausübt.

Der doppelte Umschalter 26A und 26B verbindet mit seinen Armen in der in durchgehenden Linien dargestellten Stellung die Ausgänge der Differentialverstärker mit den beiden Eingängen eines elektronischen bistabilen JELppkreises 34. Einer dessen Ausgänge, der dem Differentialverstärker 323 entspricht, speist über den Leistungsverstärker 35 die Erregerwicklung 16 des Magnetventils 15.

Ferner steuert der Differentialverstärker 32A eine yerzögerungsschaltung 37 mit feststehender Verzögerungszeit von 2 bis 5 Sekunden, beispielsweise 3 Sekunden, deren Ausgang mit dem Ausgang des Differentialverstärkers 32B verbunden ist.

Wenn bei einer solchen Ausführungsform der positive Einstelldruck in der Leitung 18 erreicht ist, wird dem Kippkreis 34 ein Signal zugeführt j so daß durch "Umkippen dieses Kippkreises das Magnetventil geschlossen und die Yerzögerungs schaltung 37 ausgelöst wird. " . ' .

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Der Patient atmet nun die eingeatmete Luft aus und nach einiger Zeit setzt er durch seine Einatmung die Leitung 18 unter Unterdruck, so daß am Ausgang des DifferentialTerstärkers 32B ein Signal auftritt, der Zustand des Kippkreises wieder geändert wird und das Magnetventil 15 geöffnet wird.

Wenn die Einatmung unzureichend ist oder zu stark verzögert wird, liefert die Verzögerungeschaltung 37 das erforderliche Signal. Wenn die Verzögerungsschaltung kein Signal mehr vom Ausgang des Differentialverstärkers 32A erhält, nimmt sie wieder ihren Ruhezustand ein und ist bereit, bei Beendigung der folgenden Einatmung in Betrieb zu treten, wenn am Ausgang des Differentialverstärkers 32A ein Signal auftritt.

Wie bereits gesagt wurde, ist das Magnetventil 17 ein Dreiwegeventil. Der dritte Weg 38 verbindet im geschlossenen Zustand des Magnetventils die Leitung 18 über ein leichtes Rückschlagventil 39 (beispielsweise eine biegsame Scheibe aus einem Elastomer mit zentraler Befestigung) mit der Außenluft. Sobald das Magnetventil geschlossen ist, wird jeder Überdruck bezüglich der Atmosphäre aus der Leitung 18 abgeführt und die Atmung des Patienten bewirkt unmittelbar das Auftreten eines Unterdrucks, wobei das Rückschlagventil 39 feegen den Ausgang der Leitung 38 angedrückt wird.

Der doppelte Umschalter 26A und 26B trennt in der in unterbrochenen Linien dargestellten Stellung den Kippkreis 34 von den Differentialverstärkern und verbindet diesen Kippkreis mit den kapazitiven Zusatzschaltungen 4OA und 4OB, die gekoppelte Potentiometer 41A und 41B besitzen, die diesen Kippkreis in einen Multivibrator umformen.

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Die Potentiometer 41A und41B sind so gekoppelt, daß das Verhältnis der Kippzeit auf der Seite der Zusatzschaltung 4OA stets die Hälfte der Kippzeit ist, die man auf der Seite der Schaltung 4QB erhält. Auf diese Weise erhält man automatisch einen aufgezwungenen Atemrhythmus.,' bei dem die Ausatmungszeit das doppelte der Einatmungszeit beträgt, was in den meisten Fällen günstig ist.

medizinische Zwecke kann die Frequenz auf 10 bis 60 Aus- und Einatmungen pro Minute eingestellt werden. Zu tierärztlichen Zwecken kann dieser Bereich je nach (Eier-

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gattung noch weiter ausgedehnt.werden. In der Praxis kann die Atemfolge des Geräts in der Minute zwischen 1 und 100 eingestellt werden. .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf alle Krankheiten anwendbar, die die Verwendung eines Atemgeräts erfordern.

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Claims

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Patentansprüche

1.' Steuervorrichtung für ein Atemgerät mit einer Ie für ein unter Druck stehendes Atemgas und einem in der Leitung zwischen dieser Quelle und dem Mundstück des Kranken befindlichen, gesteuerten Ventil, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Abschnitt der Leitung (18) zwischen dem Ventil (15) und dem Mundstück (19) ein Druckfühler (1-11) vorgesehen ist, der ein mit dieser Leitung verbundenes Gehäuse (4) besitzt, das durch eine Membran (1) geschlossen ist, deren auf die Außenluft zugewandte Seite auf einem Teil ihrer Oberfläche durch ein starres Organ (2) abgestützt ist, wobei die Signale zur Steuerung dee Ventils (15) für seine öffnung einem Fühler,'der eine bestimmte Verformung der Membran nach innen abtastet, und für seine Schließung einem Fühler entnommen werden, der eine bestimmte Verformung dieser Membran nach außen abtastet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Punkt der Membran (1) starr mit einer elastisch biegsamen Lamelle 7 verbunden ist und daß die Verformungen abtastenden Fühler Dehnungsmeßstreifen (10,11) sind, die an den Seiten'dieser biegsamen Lamelle befestigt sind und mit Bezugswiderständen (12,13) zu einer ./heatstonebrücke geschaltet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die biegsame Lamelle (7) an einem Ende eingespannt ist und mit dem anderen Ende

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auf einem beweglichen Organ (9) zur Einstellung der Ausgangsverformung dieser Lamelle aufliegt, so dafl die Brücke im Gleichgewicht ist, wenn der Druekfühler (1-11) in Ruhestellung ist. ·

4 ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i chnet, :,xLaß die Membran (1) ein starres kreisförmiges .blatt ist, das an einer ebenen Platte (2) anliegt, die eine Öffnung (5) mit einem wesentlich kleineren Durchmesser als diese Membran aufweist, während das Gehäuse (4), das einen größeren Durchmesser als diese Öffnung besitzt, an dieser Platte befestigt ist, indem es den Rand der Membran festklemmt. ■

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dad ure hg e.-* kennzeichnet , daß die Platte (2) aus isolieren^ dem ./erkstoff besteht und die elektrischen und elektronischen Elemente der Vorrichtung trägt.

6. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesteuerte Ventil (15)

ein Magnetventil ist und daß die der wneatstonebrücke (10, 11,12,13) entnommenen Signale über zwei Differentialverstärker (32A,32B) mit einer Schwelle den beiden Eingängen eines elektronischen Kippkreises (54) zugeführt sind, von dem ein Ausgang die Erregerwicklung (16) des Magnetventils (15) speist. .

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Leitung (18) zwischen dem Ventil O5) und dem Mundstück (19) ein liadeliuanometer 120) ^ur Einstellung der Potentiometer O5A, 33-B)' entnalt, die die Höhe uer Schwellen der JJiff erentialverstärker (32λ,32Β) bestimmen. ' ■

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ö. Vorrichtung nach Anspruch 6, da α urea gekennzeichnet , daß die beiden Eingänge des Kippkreises (34) durch einen doppelten Umschalter (26A₁26B) gesteuert sind, der entweder den Anschluß der beiden Differentialverstärker (32A,32B) oder den Anschluß von zwei Zusatzschaltungen (4OA,40S) mit RC-Kreis, die den Kippkreis in einen Multivibrator umformen, an diese Eingänge gestattet.

9· Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschaltungen (4OA, 40B) Potentiometer (41A,41B) besitzen, die so gekoppelt sind, daß die Zeit, während der der das Magnetventil (17) speisende Ausgang des Kippkreiees (34) unter Spannung ist, das Zweifache der Zeit beträgt, in welcher der andere Ausgang unter Spannung ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet , daß das Magnetventil (17) ein Dreiwegeventil ist, von dem der dritte Weg, der den zu dem Patienten führenden Leitungeabschnitt mit der Außenluft verbindet, wenn das Magnetventil geschlossen ist, ein Rückschlagventil (39) besitzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet , daß der Ausgang des Differentialverstärkers (32A), der das Drucksignal der höheren Stufe empfängt, mit einer Verzögerungsschaltung (37) verbunden ist, deren Ausgang parallel zu dem Ausgang des zweiten Differentialverstärkers (32B), mit dem entsprechenden Eingang des Kippkreises (34) verbunden ist.

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