DE2405555A1

DE2405555A1 - Einrichtung in beatmungsgeraeten zur steuerung der beatmungsphasen

Info

Publication number: DE2405555A1
Application number: DE19742405555
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1974-02-06
Filing date: 1974-02-06
Publication date: 1975-08-07
Also published as: BR7500729A; IT1028764B; FR2259625A1; SE7501268L; GB1491745A; JPS50108796A

Description

Drägerwerk Aktiengesellschaft 24 Lübeck, Moislinger Allee 53/55

Einrichtung in Beatmungsgeräten zur Steuerung der Beatmungsphasen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung in Beatmungsgeräten zur Steuerung der Beatmungsphasen sowohl über den Druck als auch durch die Zeit mittels eines druckempfindlichen Steuermittels mit Istwert-Zeiger mit einstellbaren Sollwerten.

Bekannte Vorrichtungen zur künstlichen Beatmung unterschiedlicher Art sind mit Steuervorrichtungen ausgerüstet, durch die. in Abhängigkeit vom Druck Ventile in luftführenden Leitungen geöffnet und geschlossen werden. Im allgemeinen wird dabei die vom Patienten erzeugte geringe Steuerkraft mit Hilfe einer Membran verstärkt, die an bestimmten Stellen des Gerätes eingebaut ist und die sich beim Überdruck in die eine und beim Unterdruck in die andere Richtung bewegt. An Stelle der Membran können

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auch andere druckabhängige Steuermittel dienen, die eine Steuerkraft verstärken.

Dabei sind mechanische Steuervorrichtungen, sogenannte Trigger, bekannt, bei denen die Steuermembran mit dem großen Hebelarm eines Doppelhebels verbunden ist, während mit dem kleinen Hebelarm die zu steuernden federbelasteten Ventile verbunden sind. Nachteilig ist, daß wegen der verhältnismäßig großen Reibungsfläche der mechanischen Steuerung nicht beliebig kleine Unterdruckimpulse zur Auslösung der Umsteiming genügen. (DBP 1 054 351 )·

Es sind weiterhin magnetische Steuervorrichtungen bzw. Trigger bekannt, bei denen zur Kraftverstärkung des von einer Steuermembran zu erzeugenden Umschaltimpulses ein oder zwei Magnete vorgesehen sind, bei deren Verstellen das auf den Umschaltanker der Steuermembran einwirkende Magnetfeld und damit die auf diesen Anker wirkende Kraft veränderlich ist. Damit kann der Anspringdruck des Triggers (Triggersensitivität) wie auch der Beatmungsumschaltdruck geändert werden. Nachteilig ist, daß bei einer Verstellung des Umschaltdruck-Sollwertes sich auch die Triggersensitivität verändert. Ein weiterer Nachteil der magenetischen Steuervorrichtung bzw. Triggers besteht darin, daß bei einer zu großen Annäherung des Magneten an den Anker im Interesse einer Erhöhung der Triggersensitivität die Gefahr eines Selbsttriggerns des Gerätes entsteht. Das bedeutet, daß das Gerät nach Überwindung der Eigenreibung der beweglichen Steuerteile von selbst anspringt, ohne

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daß eine Steuerkraft wirkte. Eine genaue Einstellung einer geringen Triggersensitivität ist nicht möglich. Es läßt sich zwar die Triggersensitivität auf geringen Wert einstellen, jedoch muß.diese Einstellung bei einer Verstellung des Beatmungsdruckes ebenfalls verstellt bzw. nachgestellt werden. Wenn dies nicht geschieht, kann das Gerät zum sogenannten "Selbsttriggern" kommen, das ein "Triggern" des Gerätes durch den Patienten vortäuscht, obwohl der Patient überhaupt nicht atmet. (DBP 1 095

Es ist weiterhin eine Überwachungsvorrichtung für Respiratoren bekannt, die mit einer mit den Gastransportleitungen des Respirators kommunizierenden Membrandose ausgerüstet ist, die ihrerseits unzulässige Veränderungen der Gasbewegung anzeigen soll. An einem an der Membrandose befestigten Lagerbügel ist ein einarmiger Übersetzungshebel schwenkbar gelagert; dieser wird durch eine Druckfeder im Bereich der Membrandose gegen die Membran gedrückt. Der Übersetzungshebel trägt an seinen freien Enden zwei Silberkontakte, die je einer verstellbaren Kontaktschraube gegenüber liegen. Deren Einstellknöpfe sind mit Skalenringen versehen. Außerdem stehen die Kontaktschrauben über Leitungen mit den Arbeitskontakten eines Alarmrelais in Verbindung. Während der Arbeit eines Respirators wird die Membrandose stoßweise beaufschlagt, so daß der Übersetzungshebel eine oszillierende Bewegung zu den beiden Kontaktschrauben ausführt. Sinkt der Minimaldruck zwischen den einzelnen Gasstößen auf einen Wert ab, der unterhalb eines durch die Kontaktschrauben eingestellten Viertes liegt, so wird jeweils kurz-

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zeitig ein Kontakt geschlossen, der über eine Verzögerungseinheit nach einer bestimmten Anzahl von Berührungen ein Alarmrelais einschaltet. Wird andererseits beim Überschreiten des maximal zulässigen Gasdruckes ein Kontakt zwischen dem Übersetzungshebel und der gegenüberliegenden Kontaktschraube geschlossen, so wird der Stromkreis eines anderen Alarmrelais eingeschaltet. Die Überwachungsvorrichtung ist abhängig vom Druck in den Transportleitungen des Respirators. Die Schaltvorrichtung ist mit einem mechanischen Kontaktgeber ausgerüstet, der unter Pederdruck steht. Die genaue Einstellung des Kontaktgebers in Abhängigkeit vom gemessenen Druck bereitet Schwierigkeiten. Der Übersetzungshebel und die Membran sind nach dem Erreichen der Kontaktstellung unter Umständen deformierenden Kräften ausgesetzt. (CH-PS 461 711).

Eine weitere bekannte Einrichtung zur künstlichen Beatmung besitzt eine Steuervorrichtung mit einstellbarem Steuerdruck und einem vom Druck in den Atemgas führenden Leitung*¹ beaufschlagten druckempfindlichen Steuermittel, das mit einem Istwert-Zeiger verbunden ist, in dessen Ausschlagbereich eine verstellbare Induktivität angeordnet ist, die das Steuerglied in einer elektrischen Steuereinrichtung ist. Nachteilig bei Einrichtungen dieser Ausführung ist, daß sie neben dem Druck als Auslöser im Steuersystem eine weitere Energiequelle, nämlich die Elektrizität, benötigen. Neben dem größeren technischen Aufwand ist dies nicht ganz ungefährlich. Bei möglichen Undichtigkeiten im Rohrsystem erhöht sich das Brandrisiko wesentlich. (DBP 1 912 829).

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Allen bekannten pneumatischen Systemen ist gemeinsam, daß sie für die kontrollierte Beatmung keine direkt reproduzierbare Einstellung der Beatmungsfrequenz ermöglichen. Sie ist u.a. abhängig vom eingestellten Beatmungsdruck, von der Einatemgeschwindigkeit und von der Ausatmungspäuse. Es bedarf einer gewissen Erfahrung, die Einstellung so vorzunehmen, daß sich die gewünschte Frequenz mit dem richtigen Beatmungsvolumen ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Steuerung der Beatmungsphasen sowohl über den Druck als auch durch die Zeit zu schaffen, die für beide Fälle kein unterschiedliches Verhalten zeigt und bei hoher Empfindlichkeit einfach und sicher ihre Beatmungsaufgaben erfüllt, trotzdem aber ohne Schwierigkeiten genau einstellbar ist. Sie soll ohne empfindliche Mechanik, und damit ohne eine verschleißbedingte Veränderung der eingestellten Werte arbeiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein durch Drucksignale aus einer Beatmungsdrucksteuerung oder einer Beatmungszeitsteuerung angesteuerter Speicher ein gasdruckgesteuertes Ventil in der Atemgas führenden Leitung öffnet und schließt.

Der Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß gleiche Signale,

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unabhängig davon, ob sie aus der Beatmungsdrucksteuerung, also direkt vom Beatmeten, oder aus der vorher in ihrer Frequenz eingestellten Beatmungszeitsteuerung kommen, über den gleichen Speicher das gasdruckgesteuerte Ventil in der Atemgas führenden Leitung öffnen und schließen.

In Ausgestaltung der Erfindung besteht die Beatmungsdrucksteuerung aus einer in die Atemgas führende Leitung eingeschalteter Vorkammer mit einer angeschlossenen druckabhängig wirkenden Steuereinrichtung, die jeweils beim Erreichen des unteren oder oberen Solldruckes in der Vorkammer ein unteres Drucksignal bzw. ein oberes Drucksignal abgibt.

Dies geschieht in vorteilhafter Weise durch das druckempfinliche Steuermittel mit Istwert-Zeiger in der Steuereinrichtung, wobei der Istwert-Zeiger dessen Ausschlägbereich durch je eine verstellbare Luftschranke begrenzt ist, in der er beim Eintreten einen kontinuierlich fließenden Steuergasstrom unterbricht. Die Unterbrechung erfolgt masselos, damit gibt es an dieser Stelle auch keine Abnutzung mit folgender nötiger Neueinstellung. Die Luftschranken sind um die Istwert-Zeiger-Achse verdrehbar ausgebildet. Diese Ausführung gestattet die Einstellung jedes gewünschten Druckes, ganz gleich, ob positiv oder negativ. Durch die davon unabhängige Verstellmöglichkeit der anderen Luftschranke ist auch in einfacher Weise jede gewünschte Druckdifferenz zwischen dem oberen und

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dem unteren Solldruck erreichbar. Der Luftbedarf für die Schranken ist unbedeutend.

In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht die Beatmungssteuerung aus einem Ladespeicher mit angeschlossener Zeitsteuerein-.richtung, die nach Ablauf der eingestellten Zeit ein Drucksignal abgibt.

Die Zeitsteuereinrichtung ist das empfindliche Steuermittel mit Istwert-Zeiger, dessen Ausschlagbereich nach oben durch eine Ladegrenze und nach unten durch eine verstellbare Luftschranke, in der er beim Eintreten einen kontinuierlich fließenden Steuergasstrom unterbricht, begrenzt. Das druckempfindliche Steuermittel mit dem Istwert-Zeiger ist zwangsentlüftet. Es wird in einer bestimmten Zeit durch den Ladespeicher, der über das Drucksignal geschaltet ist, bis zur Ladegrenze aufgeladen. Diese Zeit ist durch die Auslegung des Ladespeichers mit dem Widerstand und der Kapazität vorgegeben. Durch die Zwangsentlüftung dreht sich der Istwert-Zeiger des druckempfindlichen Steuermittels eindeutig und immer gleich mit abfallendem Ladedruck in die Luftschranke. Beim Erreichen des durch ihre Stellung vorgegebenen Ladedrukkes wird der Steuergasstrom unterbrochen, und damit die Drucksignale für die Steuerung des Ventils ausgelöst.

Die Steuerung der Beatmungsphasen sowohl über den Druck als auch durch die Zeit erfolgt durch die einfachen Systeme nach der Er-

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findung unter weitgehender Verwendung gleicher Elemente.

Die sonst für pneumatische Systeme problematische Zeitsteuerung ist geschickt gelöst. Mechanisch bewegte Teile sind vermieden.

Die Ansprüche 8 bis 10 sind technische Ausführungen der Erfindung unter Verwendung von pneumo-logischen Bauelementen.

Ein Auführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Die Figur zeigt in achematischer Darstellung die Einrichtung zur Steuerung der Beatmungsphasen in einem Beatmungsgerät.

Atemgas unter einem Druck von 2 bis 10 bar gelangt zum Druckminderer 1 und wird auf einen Hinterdruck von < 2 bar reduzfert. Hinter dem Druckminderer 1 wird eine Versorgungsleitung 2 für alle pneumo-logischen Steuerelemente abgezweigt. Das Atemgas gelangt zum gasdruckgesteuerten Ventil 3, das vom Steuersystem im Rhytmus Inspiration / Exspiration geöffnet und geschlossen wird. Das während der Inspiration durch das Ventil 3 fließende Atemgas wird im Ventil 4 geregelt und gelangt nun über die Leitung 5 zum (nicht eingezeichneten) /ernebler und dann über die Schlauchleitung 9 zum Patienten sowie über die Leitung 6 zum Injektor 7 und von dort durch die Vorkammer 8 und die Schlauchleitung 9 zum Patienten.

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Von der Vorkammer 8 zweigt eine Leitung 10 zum druckempfindlichen Steuermittel 11 ab. Der Istwert-Zeiger 12 des druckempfindlichen Steuermittels 11 reagiert auf Unterdruck und Überdruck. Bei Unterdruck.durch Triggerimpuls des Patienten wird der Istwert-Zeiger 12 in die Luftschranke 13 gezogen, und er unterbricht damit einen kontinuierlich fließenden Steuergasstrom. Dieses Dauersignal gelangt von der Versorgungsleitung 2 über die Drossel 14 zur Luftschranke 13 und sperrt den auf Negation geschalteten Druckwandler 15· Unterbricht der Istwert-Zeiger 12 das Dauersignal, dann schaltet der Druckwandler 15 den Versorgungsdruck von 2 auf den Ausgang 16 und von dort auf das ODER-Element 17· Dieses steuert den Speicher 18 auf Ausgang 19, wodurch das gasdruckgesteuerte Ventil 3 öffnet und die Inspirationsphase eingeleitet wird. In der Vorkammer 8 steigt der Beatmungsdruck nun so lange an, bis der Istwert-Zeiger das Dauersignal in der Luftschranke 20 unterbricht. Dadurch schaltet der Druckwandler 21 den Versorgungsdruck von 2 auf den Ausgang 22 und der Speicher 18 auf Ausgang 23· Dadurch wird das gasdruckgesteuerte Ventil 3 geschlossen, und die Inspiration ist beendet. Der Patient kann über ein nicht eingezeichnetes Ausatemventil ausatmen.

Die Verstellung des oberen und unteren fiolldruckci; erfolgt durch Verdrehung der jeweiligen Luftschranke i;ur Steuerung des Istwert-Zeigers 12. Die beiden Luftschranken 13 und 20 werden dabei zentrisch um don Mittelpunkt des Istwert-Zei-

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gers 12 gedreht. Das Beatmungsgerät hat die Möglichkeit, bei Aussetzen der Spontanatmung den Patienten kontrolliert, zu beatmen. Dazu gibt es eine Beatmungszeitsteuerung. Diese arbeitet wie folgt: Ein Drucksignal des ODER-Elementes 17 gelangt über die Leitung 24 zum Speicher 25 und schaltet ihn auf Ausgang 26. Vom Ausgang 26 wird das Element 27 durchgesteuert und das druckempfindliche Steuermittel28 aufgefüllt. Die AuffUlizeit wird von der verzögernden Zeitkonstante des Widerstandes 29 und der Kapazität 30 bestimmt. Diese verzögerte Zeit reicht aus, das druckempfindliche Steuermittel 28 bis zum Versorgungsdruck aufzufüllen. Nach dem Umschalten des Speichers 25 auf Ausgang 31, entlüftet sich das druckempfindliche Steuermittel 28 über den konstanten Widerstand 32 in die Atmosphäre. Der Istwert-Zejger 33 des druckempfindlichen Steuermittels 28 dreht sich von seiner Ladeposition A in die Entladeposition B. Dabei tritt er in die Luftschranke 34 ein und unterbricht den kontinuierlich fließenden Steuergasstrom. Durch die Unterbrechung des Dauersignals schaltet der Druckwandler 35 den Versorgungsdruck von 2 auf den Ausgang 36 und das ODER-Element 17. Dadurch wird der Speicher 18 auf Ausgang 19 umgeschaltet, und das gasdruckgesteuerte 'ventil 3 geöffnet und eine neue Inspiration beginnt. Das Ausgangssignal des ODER-Elementes 17 schaltet gleichzeitig den Ladespeicher 25 auf Ausgang 26, das druckempfindliche Steuermittel ?8 wird wieder auf Ladedruck aufgeladen und kann die folgende Inspiration auslösen. Das System ist jedoch jederzeit ansprechbereit für einen Trigger-

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impuls des Patienten. Jedes Ausgangssignal des ODER-Elementes 17, ganz gleich, ob es vom Druckwandler 15 oder Druckwandler J55 ausgelöst wird, führt zur neuen pneumatischen Aufladung der·Beatmungszeitsteuerung. Damit erfolgt automatisch eine Anpassung der kontrollierten Beatmung an die Eigenatmung des Patienten, die die Einrichtung über den Beatmungsdruck steuert. Das Kontrollschauzeichen 57 leuchtet auf, wenn ein kontrollierter Beatmungsvorgang ausgelöst ist.

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Claims

Patentansprüche

1) Einrichtung in Beatmungsgeräten zur Steuerung der Beatmungsphasen sowohl über den Druck als auch durch die Zeit mittels eines druckempfindlichen Steuermittels mit Istwert-Zeiger mit einstellbaren Sollwerten, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Drucksignale aus einer Beatmungsdrucksteuerung (38) oder einer Beatmungszeitsteuerung (39) angesteuerter Speicher (18 ) ein gasdruckgesteuertes Ventil (3) in der Atemgas führenden Leitung (5, 6) öffnet und schließt.

) Einrichtung in Beatmungsgeräten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beatmungsdrucksteuerung (38) aus einer in die Atemgas führende Leitung (6) eingeschalteter Vorkammer (8) mit einer angeschlossenen druckabhängig wirkenden Steuereinrichtung (11, I3, 20), die jeweils beim Erreichen des unteren oder oberen Solldruckes in der Vorkammer (8) ein unteres Drucksignal bzw. ein oberes Drucksignal abgibt, besteht.

3) Einrichtung in Beatmungsgeräten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (11, I3, 20) das druckempfindliche Steuermittel (11) mit Istwert-Zeiger

(12) enthält, dessen Ausschlagbereich durch je eine verstell-

und/

bare Luftschranke (13, 20) begrenzt ist, in der er beim Eintreten einen kontinuierlich fließenden Steuergasstrom unterbricht.

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4) Einrichtung in Beatmungsgeräten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beatmungszeitsteuerung (39) aus einem Ladespeicher (25 ) mit angeschlossener Zeitsteuereinrichtung (28, 34), die -nach Ablauf der eingestellten Zeit ein Drucksignal abgibt, besteht.

5) Einrichtung in Beatmungsgeräten nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuereinrichtung (28, 34) das druckempfindliche Steuermittel (28) mit Ist-Wert-Zeiger (33) ist, dessen Ausschlagbereich nach oben durch eine Ladegrenze (A) und nach unten durch eine verstellbare Luftschranke (34), in der er beim Eintreten einen kontinuierlich fließenden Steuergasstrom unterbricht, begrenzt ist.

6) Einrichtung in Beatmungsgeräten nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das druckempfindliche Steuermittel (28) zwangsentlüftet ist.

7) Einrichtung in Beatmungsgeräten nach Anspruch 1, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das druckempfindliche Steuermittel (28) durch den Ladespoicher (25), der über das Drucksignal geschaltet 1st, in einer durch einen Widerstand (29) und einer Kapazität (30), die an den Ladespeicher (25 ) angeschlossen sind, bestimmten Zeit bis zu der Ladegrenze (A) aufgeladen ist.

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8) Einrichtung in Beatmungsgeräten nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Drucksignale aus den Luftschranken (13, J>k) über die Druckwandler (15, 35) und einem ODER-Element (17) mit dem Speicher (18) das gasdruckgesteuerte Ventil (3) öffnen.

9) Einrichtung in Beatmungsgeräten nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Drucksignal aus der Luftschranke (20) über den Druckwandler (21) mit dem Speicher (l8) das gasdruckgesteuerte Ventil (3) schließt.

10) Einrichtung in Beatmungsgeräten nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Beatmungsdrucksteuerung (38) und der Beatmungszeitsteuerung (39) sowie für die Steuerung mit den Drucksignalen aus den Steuermitteln (ll, 28) mit dem Istwert-Zeiger (12, 33) statische pneumologische Bauelemente verwendet sind.

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