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Beschreibung zu der Patentanmeldung Vorrichtung zur Atmungsstimulation
bei Apnoe" Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung und Behandlung
von Atmungsnotlagen oder Atemiähmung bei Patienten und bezieht sich insbesondere
auf eine Vorrichtung zur Atmungssti mul ati on bei sogenannter Apnoe.
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Atemstillstand oder die Unmöglichkeit, Atem zu holen, oft auch als
Atemlöhmung oder Apnoe bezeichnet, stellt ein schwieriges Problem dar, das lebensbedrohend
sein kann, insbesondere bei frühgeborenen Kindern, bei denen sie relativ häufig
auftritt. Es versteht sich, daß wiederholte und länger andauernde Apnoeanfälle oftmals
die entscheidenden Faktoren dafür bilden, daß.nur eine geringe Erwartung sowohl
für das betreffende Leben als auch für die nachfolgende geistige Entwicklung prognostiziert
werden kann, was darauf zurückzuführen ist, daß irreversible Gehirnschäden während
dieser Perioden der Atemlahmung eingetreten sind. Die besten Aussichten, schädliche
Folgen einer spät auftretenden Apnoe zu vermindern, ergeben sich bei laufender Überwachung,
vorzugsweise unter Verwendung
einer wenigstens teilweise automatisierten
Vorrichtung, die Aufsichtspersonen alarmiert, so daß die Atemstimulation durch Wiederbelebungsmaßnahmen
sofort beginnen kann. Die Überwachung von frühgeborenen Kindern auf Apnoe wurde
daher zur allgemein anerkannten Praxis in den meisten Kinderstationen.
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Für die Praxis bedeutet die Überwachung von Neugeborenen, besonders
von Frühgeborenen, auf Apnoe größtenteils den Einsatz von geeigneten Abtastvorrichtungen,
um Apnoeanfällt sofort festzustellen. Sobald ein Apnoefall ermittelt ist, wird ein
visuelles oder akustisches Signal gegeben, so daß die wachhabende Kinderschwester
sofort mit der manuellen Atmungsstimulation bei dem betreffenden Kind beginnen kann,
um den Anfall so rasch als möglich zu beseitigen und die normale Atmung wieder in
Gang zu setzen. Dabei sind Aufmerksamkeit und hohes Verantwortungsbewußtsein des
Pf legepersonals von großer Wichtigkeit, da ein positiver Erfolg der Stimulationsbemuhungen
umso schwieriger zu erreichen sein wird, je länger der Apnoeanfal 1 bereits dauert.
Dementsprechend sind die meisten Apnoemonitore so ausgelegt, daß ein frühzeitiger
Alarm gegeben wird. Unglücklicherweise jedoch haben die erwähnten Apnoeanfälle meistens
nur eine kurze Dauer und treten überwiegend zufällig während irgendeines Tages im
Leben des Neugeborenen auf.
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Dieses unvorhersagbare Auftreten der Anfälle belastet daher die Aufsichtsperson
unnötig stark, und zwar unter Umständen so, daß es in einigen Fällen vorstellbar
ist, daß ein gegebener Alarm übersehen oder vernachlässigt wird. Eine weitere Schwierigkeit
ergibt sich inhärent aus dem Betrieb der meisten Monitore oder Überwachungsvorrichtungen.
Die Atemsignale des Kindes schwanken in der Amplitude, und die Einstellung muß für
jedes Kind vorgenommen werden. Leider verarrdert sich das Signal aber außerdem,
wenn sich das Kind bewegt. Stellt nun die Kinderschwester die Empfindlichkeit zu
hoch ein, so werden Herzschläge als Atmung interpretiert, und die Folgen können
verheerend sein. Ist andererseits die Empfindlichkeit zu gering, so löst unter Umständen
ein schwacher Atemzug bereits einen Fehlalarm aus, was zu unnötiger Verörgerung
des Aufsichtspersonals Anlaß gibt.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Überwachung und gleichzeitig zur Atmungsstimulation bei Apnoe zu schaffen, die bei
leichter Einstellbarkeit eine zuverlässige Überwachung der Atmungstötigkeit, insbesondere
von neugeborenen
Kindern, gewährleistet und die gleichzeitig bei
Auftreten eines Apnoeanfalls sofort eine geeignete Gegenmaßnahme in Gang setzt,
um die aussetzende Atemtätigkeit wieder zu stimulieren.
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Diese technische Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Atmungsüberwachung
und Atmungsstimulation nach der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß gelöst
durch eine Einrichtung zur Erfassung und entsprechenden Umsetzung der Atemtätigkeit
in elektrische Signale, eine auf diese Atmungssignale ansprechende Einrichtung zur
Erfassung eines Apnoeanfalls und durch eine von der Einrichtung zur Erfassung des
Apnoeanfalls gesteuerte Anregungsvorrichtung, die den Patienten unvermittelt durch
kurzzeitiges Absenken in nichtperiodischer Folge aus dem Gleichgewicht bringt.
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Bei einer alternativen Lösung der gestellten Aufgabe steuert die Einrichtung
zur Erfassung der Atmungsnotlage oder des Apnoeanfalls ebenfalls eine Anregungsvorrichtung,
die jedoch den Patienten nicht unvermittelt und kurzzeitig absenkt, sondern ihn
statt dessen kurzzeitig anstößt und etwas aus dem Gleichgewicht bringt.
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Bei einer vorteilhaften und erprobten Ausführungsform der neuartigen
Atmungsstimulations-Vorrichtung weist die ein kurzzeitiges Absenken des Patienten
bewirkende Anregungsvorrichtung eine unter dem Patienten anzuordnende aufblasbare
Unterlage auf, die bei einer weiterhin vorteilhaften Ausführungsform dadurch rasch
aufgeblasen und wiederum entleert werden kann, daß eine Umsteuervorrichtung vorgesehen
ist, über die einmal die Unterlage kurzzeitig an eine Druckquelle anschließbar ist
und dabei bis zu einem bestimmten Druckwert aufgeblasen wird, während andererseits
das rasche Entleeren der Unterlage, um das erwünschte momentane Absenken zu erreichen,
dadurch erreicht wird, daß die Unterlage über eine Ventilumsteuerung an ein Vakuumsystem
angeschlossen wird. Bei der anderen grundsätzlichen Lösung des Erfindungsgedankens
sind vorteilhafterweise zwei seitlich des Patienten anzuordnende Kissen oder Matratzenteile
vorgesehen, die den Patienten teilweise untergreifen und die ebenfalls, und zwar
abwechselnd, kurzzeitig aufgeblasen und wieder entleert werden können, so daß der
Patient dadurch eine unvermittelte, hin- und hergehende leichte Rüttelbewegung erfährt.
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Die oben erwähnten Einstellschwierigkeiten bei den bekannten Überwachungsvorrichtungen
werden beim Gegenstand der Erfindung auf einfache Weise dadurch überwunden, daß
die Vorrichtung auf relativ geringe Empfindlichkeit eingestellt wird, wobei dann
die ererwähnten früheren Fehlalarme nun lediglich zu einer möglicherweise an sich
unnötigen Stimulation führen. Dies führt andererseits dazu, daß die Zahl der manuellen
Eingriffe durch das Aufsichtspersonal wesentlich reduziert werden kann, so daß dessen
Aufmerksamkeit sich mehr auf wirklich wichtige Alarme konzentrieren kann.
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Der Zweck und die erfindungsgemäße Lösung des mit der Apnoeüberwachung
verbundenen Problems ergibt sich also daraus, daß#ie Schleife eines automatisierten
Überwachungssystems geschlossen wird, um einen therapeutischen Eingriff durch frühzeitige
Stimulation des der Atemlöhmung ausgesetzten Patienten sicherzustellen. Bei der
erwähnten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur automatischen mechanischen
Atmungsstimulation bewirkt, daß der Patient beispielsweise durch ein plötzliches
Gefühl des Fallens aus dem Gleichgewicht gebracht wird, mit dem Effekt, daß beispielsweise
das Kind wiederum in seine natürliche Atmungsfolge zurückfällt. Dieses aus dem Gleichgewicht
bringen durch Einwirkung eines Fallgefühls wird beispielsweise mittels der erwähnten
kleinen plötzlich aufblasbaren und wieder entleerbaren Unterlage in Form einer kleinen
Luftmatratze erreicht, die vorzugsweise unter der oberen Körperhälfte des Körpers
des Kindes angeordnet wird.
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Die Erfindung wird im folgenden in beispielsweisen Ausführungsformen
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung
zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens; Fig. 2 das schematische Blockschaltbild
eines typischen Apnoemonitors, der in Fig. 1 mit Bezugszeichen 14 bezeichnet ist;
Fig. 3 A die Aufsicht auf eine Ausführungsform eines pneumatischen Stimulators,
der in Fig. 1 das Bezugszeichen 25 trägt;
Fig. 3 B die Aufsicht
auf eine andere Ausführungsform für den pneumatischen Stimulator 25; Fig. 3 C die
Querschnittdarstellung einer Ausführungsform eines pneumatischen Stimulators, der
dem in Fig. 3 B gezeigten ähnlich ist; Fig. 4 A eine schematische Blockbilddarstellung
einer bevorzugten Ausführungsform der pneumatischen Speise- oder Versorgungseinheit
24 nach Fig. o; Fig. 4 B die schematische Blockschaltbilddarstellung einer anderen
bevorzugten Ausführungsform der pneumatischen Versorgungseinheit 24 gemäß Fig. 1;
Fig. 4 C ebenfalls ein schematisches Blockschaltbild einer noch anderen bevorzugten
Ausführungsform der Einheit 24 in Fig. 1; Fig. 5 die Aufsicht einer noch anderen
Ausführungsform für den pneumatischen Stimulator 25; Fig. 6A eine schematische Darstellung
einer pneumatischen Speiseeinheit 24, die mit dem in Fig. 5 gezeigten Stimulator
zusammenwirkt und Fig. 6 B eine Reihe von Betriebs- und Signaldiagrammen, die als
Funktion der Zeit die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 6 A und deren Steuerung
durch die Atmungshi Ifsei Einrichtung verdeutlichen.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung weist einen Fühler oder Sensor 11 auf, der in geeigneter Weise an
einem Patienten befestigt ist, dessen Atmungstätigkeit überwacht werden soll. Der
Sensor 11 setzt die Atmungssignale in elektrische Signale um, die über eine Leitung
12 zu einem Apnoemonitor 14 übertragen werden. Situationen mit Atmungslähmung werden
aus den Atmungsslgnalen mittels des Apnoemonitors 14 ermittelt, der die den Apnoeanfällen
entsprechenden Signale an eine
Alarmvorrichtung 15 abgibt und gleichzeitig
eine monostabile Einheit 16 erregt, die bei dieser Ausführungsform als ein Ein-Sekunden-Taktgeber
arbeitet.
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Als Apnoemonitor 14 können eine Reihe von herkömmlichen Apnoemonitoren
eingesetzt werden und zwar unabhängig davon, ob sie auf der Basis der Impedanz-Pneumographie
oder der kapazitiven Erfassung der Atemtätigkeit oder nach irgendeiner anderen Technik
zur Erfassung von Atmungslähmungsanfällen arbeiten. Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel
für einen solchen Apnoemonitor. Dieser Monitor weist einen Eingangsverstärker 17
auf, der einen Schmitt-Trigger 18 ansteuert, der in der Periode anspricht, während
der sein Eingangssignal einen vorgebbaren Schwellwertpegel überschreitet, auf den
der Schmitt-Trigger voreingestellt ist. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 18 ist
mit einem Zeit- oder Taktgeber 19 verbunden und enthält eine zeitvorgebende Kapazität,
die in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Intervall zur Festlegung eines Apnoeintervalls
anspricht, um als Folge davon ein Ausgangssignal zur Erregung einer Alarmauslöseeinrichtung
21 zu erzeugen, deren Ausgang mit der in Fig. 1 mit Bezugszeichen 16 gekennzeichneten
monostabilen Einheit verbunden ist.
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Vom Ausgang des Schmitt-Triggers 18 wird außerdem eine monostabile
Einheit 22 erregt, die ihrerseits zur Anzeige der Atemtätigkeit des Patienten eine
Anzeigeeinheit 23 ansteuert.
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Die Standzeit des monostabilen Taktgebers 16 bestimmt die Periode,
während der der Patient stimuliert wird. Der monostabile Taktgeber 16 steuert außerdem
eine Luftdruckversorgungseinrichtung, die ihrerseits über geeignete Verbindungsschläuche
oder dergleichen an einen aufblasbaren Stimulator 25 angeschlossen ist, der unter
dem Patienten angeordnet wird.
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Erleidet der Patient einen Anfall von Atemlähmung so wird der pneumatische
Stimulator augenblicklich aufgeblasen oder momentan entleert, so daß der Patient
kurzzeitig aus dem Gleichgewicht gebracht wird, mit der Wirkung, daß der Patient
in seinen normalen Atemrhythmus zurückverfällt. Der Leser wird außerdem auf den
in Pediafrics, Band 51, Nr. 5, im Mal 1973, Seiten 878 - 883, erschienenen Artikel
unter dem Titel "Treatment of Apnea In Neonates With an Automated Monitor-Actuated
Apnea Arrestor" verwiesen, dessen Mitautor der Erfinder ist.
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Eine Ausführungsform des pneumatischen Stimulators ist in Fig. 3 A
dargestellt, die eine
rechteckförmi eine Matratzen ähnliche Anordnung
zeigt, die eine flexible Hülle 26, beispielsweise aus einem elastomeren Material
wie Gummi oder Kautschuk, Neopren, Polyäthyten, Venyl usw. aufweist. Obwohl Fig.
3 A den Stimulator 25 in Rechteckform wiedergibt, versteht es sich, daß auch andere
Formen als unter den Umfang der Erfindung fallend betrachtet werden. Die Form des
Stimulators kann natürlich an die jeweils vorliegende oder vorzustellende Situation
angepaßt sein und kann daher beispielsweise elliptische oder in anderer Weise eine
räumliche Form aufweisen, um beispielsweise im Genick eines Neugeborenen angeordnet
zu werden. Der spezielle pneumatische Stimulator nach Fig. 3 A weist die einer Luftmatratze
ähnliche Gestalt auf, mit vier teilweise getrennten Bereichen 27, die jeweils über
ein relativ steifes Rohr 28 und über entsprechende Öffnungen 29 mit Luft versorgt
werden. Die relative Steifigkeit des Rohrs 28 ist insofern von Vorteil als die Luftmatratze
dadurch nicht über einen Bereich gefaltet oder geknickt werden kann, der für den
freien Luftdurchtritt durch mehrere Abschnitte wichtig wäre. Wie sich andererseits
aus den Erfahrungen mit herkömmlichen Luftmatratzen zeigt, wird eine gleichmäßige
Luftströmung zwischen aneinandergrenzenden Segmenten dann behindert, wenn eine Umfaltung
vorw liegt, so daß die Luftmatratze nicht oder nur unter Schwierigkeiten vollständig
und gleichmäßig aufgeblasen werden kann. Durch die Verwendung des rohrartigen oder
mit einem Rohr versehenen Matratzenaufbaus läßt sich die Höhe oder Dicke der Matratze
im voll aufgeblasenen Zustand über den Gesamtbereich der Matratze besser einregulieren,
so daß sich der pneumatische Stimulator beim Aufblasen nicht einseitig ausbeult,
was zur Folge haben könnte, daß der Patient auf eine Seite bewegt wird. Die normale
Größe der Luftmatratze kann für Kinder Abmessungen von etwa 12,7 x 20 cm aufweisen,
um eine nennenswerte Bewegung des Neugeborenen zu erreichen, ohne daß der Kopf und
Nacken abrutschen, wenn dieses Lufimatratzenteil unter Kopf und Nacken untergelegt
wird.
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Fig. 3 B zeigt eine alternative Ausführungsform für den pneumatischen
Stimulator 25. In diesem Fall ist das relativ steife Rohr 28 entlang der inneren
Umrandung der Hülle 26 als geschlossene Schleife angeordnet. Bei dieser Anordnung
liegen die Öffnungen 29 an gegenüberliegenden Seiten der Schleife, so daß ein unmittelbares
Aufblasen der Kammern-27 von beiden Enden aus gleichzeitig erfolgen kann, womit
sich ein gleichmäßigeres und rascheres Füllen der Matratze erreichen läßt. Die Ausbildung
des Rohrs 28 als geschlossene Schleife wird durch Verwendung einer "Y"-Verzweigung
28' erreicht, die vorzugsweise im Inneren
der Hülle 26 angeordnet
ist, wie Fig. 3 B zeigt, die jedoch auch außerhalb der Matratze angeordnet sein
kann. Vorzugsweise wird die "Y"-Verzweigung im Falle einer rechteckförmigen Matratzenunterlage
in einer Ecke vorgesehen. Diese bevorzugte Anordnung erübrigt sich selbstverständlich
für eine beispielsweise elliptische Ausbildung der Unterlage.
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Aufgrund der Tatsache, daß bei der Matratzenkonfiguration nach Fig.
3 B (was auch für die Ausführungsform nach Fig. 3 A gilt) die einzelnen Abschnitte
oder Kammern von dem am Eintrittspunkt des steifen Rohrs in das Innere des Stimulators
25 liegenden Punkt zunehmend weiter wegliegen, kann die Forderung nach gleichmäßi
gem Aufblasen (und Entleeren) des Stimulators 25 erfordern, daß die Öffnungen 29
im Durchmesser zunehmend größer ausgebildet werden, und zwar entsprechend ihrem
relativen Abstand vom Lufteinlaß.
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Da der Lufteinlaß,wie in Fig. 3 B durch die "Y"-Verzweigung wiedergeyebentund
die untere Reihe der Öffnungen, bezogen auf die Rohrlänge, darüber hinaus vom Lufteinlaß
weiter ab liegen, kann jede Öffnung der unteren Reihe einen entsprechend größeren
Durchmesser aufweisen als die entsprechende Gegenöffnung in der oberen Reihe.
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Fig. 3 C zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform einer Matratze,
die der in Fig. 3 B gezeigten ähnlich ist, bei der das Rohr um den Innenrand der
Matratze herumgelégt ist und dabei einen Teil des Inneren der Matratze selbst bildet.
Die Hülle 26, die beispielsweise aus einem elastomeren Material, etwa aus Polyvenylchlorid
hergestellt sein kann, kann ein Oberteil 26' und ein Unterteil aus identischem Material
26'' aufweisen. Diese beiden Stücke können mit dem steifen Rohr 28 beispielsweise
mit bekannter Heißversiegelungstechnik verschweißt sein. Damit ist ersichtlich,
daß das Rohr 28 einerseits die Funktion erfüllt, einen guten Luftzutritt zum Inneren
der Matratze zu gewährleisten und andererseits gleichzeitig einen Teil des Matratzenäußeren
bildet. Der in Fig. 3 C gezeigte pneumatische Stimulator 25 ist natürlich in seinem
nicht aufgeblasenen Betriebszustand gezeigt. Wie auch im Fall der in den Fig. 3
A und 3 B dargestellten Ausführungsformen der Matratze können Stiftlächer entweder
im Hüllenmaterial 26 oder im Rohr 28 selbst vorgesehen sein, die jedoch die Gesamtwirksamkeit
der Stimulatorvorrichtung 25 nicht nennenswert beeinträchtigen.
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Es könnte sein, daß das relativ steife Rohr für einen auf der Matratze
liegenden Patienten etwas unbequem wird, wenn diese im Normal- oder Ruhezustand
entleert ist. Es können daher im Rahmen der Erfindung und bei gleicher Wirksamkeit
des zu erzielenden Effekts
auch Matratzen verwendet werden, die,
wenn sie unter Kopf und Nacken eines Neugeborenen untergelegt werden, im aufgeblasenen
Ruhe- oder Normalzustand eine bequeme Unterlage darstellen. Ein rasches Entleeren
dieser Unterlage würde in gleich sicherer Weise den erforderlichen plötzlichen Stimulus
in Form einer Fallempfindung auslösen. Da die Unterlage im Ruhezustand gleichförmig
aufgeblasen ist, kann die Bedienungsperson gleich zu Beginn feststellen, daß die
Matratze faltenfrei und nicht geknickt ist, so daß eine plötzliche Entleerung sichergestellt
ist. Über diese Art der Betriebsweise ist es daher möglich, die etwa bestehende
Unbequemlichkeit aufgrund des relativ steifen Rohrs zu beseitigen und gleichzeitig
eine größere Sicherheit für eine gleichmäßige Luftdruckaustauschwirkung in der Matratze
zu gewährleisten. Die mögliche Unbequemlichkeit mit dem relativ steifen Rohr kann
dazu alternativ auch dadurch wesentlich verringert werden, das insbesondere wenn
der Stimulator 25 im Betrieb anfänglich entleert werden soll, ein relativ steifes
Rohr mit elliptischem Querschnitt verwendet wird.
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Fig. 4 A zeigt eine Ausführungsform für die Luftdruckversorgungseinheit
24, bei der das Eingangssignal von der monostabilen Einheit 16 auf ein Relais 31
gelangt, das einen Relaiskontaktarm 32 steuert, der entweder an einer ersten Anschlußklemme
(a) anliegt, die als Nicht-Apnoeklemme bezeichnet ist oder Kontakt zu einer zweiten
Anschlußklemme (b) gibt, die als Apnoeklemme bezeichnet ist. Für den Normalzustand
wird angenommen, daß der Relaisarm 31 in Ruhestellung an der Klemme (a) anliegt,
die ihrerseits mit einem Druckschalter 38 verbunden ist. Der Schalter 38 andererseits
liegt in einem Abschnitt einer Vorleitung, die von einem Gas- (vorzugsweise Luft)
Speicher 33 ausgeht und ist andererseits elektrisch mit einer Pumpe 34 verbunden.
Der Luftspeicher 33 und die Pumpe 34 sind über eine Klappenventil 35 pneumatisch
verbunden. Liegt der Relaisarm 31 in seiner Normalstellung (a), so tastet der Druckschalter
38 den Druck im Luftspeicher 33 ab, der, falls ein bestimmter Druckpegel unterschritten
ist, von der Pumpe 34 über das Einweg-Klappenventil 35 mit Druckluft versorgt wird.
Bei Verwendung einer Membran- oder ähnlichen Pumpe kann das Klappenventil 35 auch
entfallen.
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Der Anschlußpunkt (b) des Relais 31 ist über eine Leitung mit einem
Zähler 36 und außerdem mit einem Dreiweg-Magnetventil 37 verbunden, welch letzteres
in dem Pneumatikweg zwischen dem Luftspeicher 33 und dem pneumatischen Stimulator
25 liegt und zusätzlich
mit einer Auslaßöffnung versehen ist. Der
Speicher 33 stellt die Verfügbarkeit einer relativ großen Menge an Druckluft sicher,
um den pneumatischen Stimulator augenblicklich aufzublasen, so daß eine Verzögerung
während des Aufblas-Zyklus' für den pneumatischen Stimulator vermieden ist. Bei
dieser Ausführungsform wird für das Aufblasen des pneumatischen Stimulators weniger
als 1/2 Sekunde benötigt, unter der Annahme, daß im Speicher ein Druck von 1,05
atü herrscht und der Anschluß über ein 1/4''Rohr erfolgt, wobei im Gesamtsystem,
einschließlich des Stimulators, ein Enddruck von 0,28 atü besteht.
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Da der Relaisarm 32 normalerweise am Kontakt (a) anliegt, füllt die
Pumpe 34 den Luftspeicher 33 im Betriebszustand über das Klappenventil 35 während
solcher Zeitabschnitte, in denen der Druckschalter 38 einen Druck ermittelt, der
etwa 10% unter dem vorgegebenen Druck für den Luftspeicher liegt. Die durch den
Sensor 11 (Fig. 1) erfaßten Atembewegungen werden dem Apnoemonitor 14 eingespeist.
Wird ein Apnoeanfall ermittelt, so wird der monostabile Taktgeber 16 erregt. Das
Relais 31, gemäß Fig. 4 A, wird von der monostabilen Einheit 16 für die Dauer von
1 Sekunde erregt, während der der Relaisarm 32 das Dreiweg-Magnetventil unter Strom
setzt, und gleichzeitig erfaßt der Zähler 36 den Apnoeanfall durch einen Zählwert.
Das Dreiweg-Magnetventil ist dann offen, so daß der pneumatische Stimulator 25 vom
Speicher 33 mit Luft beaufschlagt und augenblicklich aufgeblasen wird. Dadurch wird
der Patient durch plötzliches Anheben momentan aus dem Gleichgewicht gebracht, was
die Wirkung hat, daß er durch den dabei induzierten "Schreck" wieder in normale
Atemtätigkeit verfällt. Am Ende der 1 Sekunde dauernden Periode fällt der Relaisarm
32 wieder zur Klemme (b) zurück. Als Folge davon gelangt auch das Dreiweg-Ventil
in den Normal- oder Ruhezustand ynd entsprechend wird der über das DreiwegMagnetventil
vom Luftspeicher 33 zum pneumatischen Stimulator 25 führende Verbindungsweg geschlossen
und die Auslaßöffnung am Dreiweg-Ventil zum pneumatischen Stimulator 25 wird geöffnet,
um letzteren zu entleeren. Da Luft aus dem Luftspeicher 33 entnommen wurde, wird
dieser Vorgang durch den Druckschalter 38 erfaßt, der die Pumpe 34 aktiviert, die
ihrerseits Druckluft zum Luftspeicher 33 über das Ventil 35 zuführt, so daß das
System wieder in seinem Ausgangszustand bereitsteht zur Erfassung des nächsten Apnoeanfalls.
Liegt der Relaisarm 32 in der Kontaktposition (b), so sind der Druckschalter 38
und damit die Pumpe 34 während der 1 Sekunde dauernden Aufblasperiode für die Unterlage
nicht erregt.
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Hat sich die Stimulation als erfolgreich zur Unterbrechung des Apnoeanfalls
erwiesen, so kann, falls erwünscht ein kontinuierlicher Alarm gegeben werden, bis
der Patient versorgt ist oder es kann ein zweiter und möglicherweise im Ton anderer
Kinderschwester-Alarm innerhalb einer 5- Sekundenperiode oder irgend einer anderen
vorgebbaren Zeitperiode ausgelöst werden, die für einen derartigen Zweitalarm geeignet
erscheint.
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In der Fig, 4 B ist eine alternative Situation dargestellt, bei der
die Unterlage unter dem Neugeborenen normalerweise aufgeblasen ist und momentan
entleert wird, um die gewünschte Stimulation auszulösen. In diesem Fall wird angestrebt,
die normalerweise auf einen vorgebbaren Druckpegel aufgeblasene Unterlage während
einer bestimmten Zeitspanne, etwa während der durch eine monostabile Einheit 16
vorgegebenen Eirnekundenperiode zu entleeren. Der anfängliche Aufblaszustand der
Unterlage kann dadurch aufrecht erhalten werden, daß die Stimulatorvorrichtung 25
normalerweise über den geöffneten Auslaß der Dreiweg-Magnetventilanordnung 37 mit
dem Luftspeicher 33 verbunden ist. Wird in diesem Fall ein Apnoezustand festgestellt
und der Schalter 32 in die Stellung "b" umgelegt, so wird der zuvor aufgeblasene
Stimulator 25 über das Dreiweg-Ventil 37 mit dessen Auslaßöffnung verbunden, so
daß sich die Unterlage entleert. Nach Ablauf der durch die monostabile Einheit 16
vorgegebenen Einsekundenperiode kehrt der Schalter 32 wiederum in die Nicht-Apnoe-oder
"a"-Position zurück, so daß auch das Dreiweg-Magnetventil 37 in seinen Normal oder
Ruhezustand zurückfällt, in dem die Stimulatorunterlage 25 wiederum mit dem Luftspeicher
33 verbunden ist. In der Zwischenzeit hat der Druckschalter 38 einen Druckabfall
in der Pneumatikleitung festgestellt, die zum normalerweise offenen Auslaß des Dreiweg-Magnetventils
37 führt. Da der Schalter 32 jedoch kurzzeitig in der "b"-Position stand, war der
Druckschalter 38 inhibiert. Da der Schalter 32 jetzt in die Nicht-Apnoe- oder "a"-Stellung
zurückgekehrt ist, wird auch der Druckschalter 38 an Strom gelegt, und der Druckschalter
38 schaltet als Folge des festgestellten Druckabfalls durch, so daß die Pumpe 34
den Druck im Luftspeicher 33 über das Klappenventil 35 wieder herstellt. Entsprechend
wird auch die Stimulatorunterlage 25 wieder aufgeblasen. Tastet der Druckschalter
38 dann wieder ab, daß der vorbestimmte Druck der normalerweise aufgeblasenen Unterlage
wieder hergestellt ist, so schaltet er ab, und das System verbleibt in seinem Normal-
oder Voreinstellzustand für die nächstnachfolgende Stimulation bereit. Wird nun
das Relais 31 wiederum betätigt und springt der Schalter 32 in die Stellung "b"
um, so wird auch der Zähler 36 wieder in Tätigkeit gesetzt1 und das Dreiweg-Magnetventil
37 würde dieeingestellte Verbindung
wiederum ändern, um die Unterlage
35 mit der Auslaßöffnung zu verbinden, so daß letztere wiederum rasch entleert würde.
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Es könnte der Fall eintreten, daß das Gewicht des Neugeborenen, zusammen
mit einer Auslaßöffnung von nur normaler Größe, kein ausreichend rasches Entleeren
der Unterlage bewirken könnte, um den erwünschten Überraschungseffekt auf das Neugeborene
auszulösen. Diesem hypothetischen Problem läßt sich jedoch durch Vergrößern der
Auslaßöffnung in Fig. 4 B begegnen. Da es sich bei der in Fig. 4 B gezeigten Anordnung
außerdem um den Fall handelt, bei der die Stimulans auf das Neugeborene durch ein
"Luftablassen" im Gegensatz zum "Aufblasen" ausgelöst wird, kann der Luftspeicher
33 auch entbehrt werden.
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Aus diesem Grund ist der Speicher 33 in Fig. 4 B nur in gestrichelten
Linien eingezeichnet.
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Fig. 4 C zeigt eine weitere Ausführungsform der pneumatischen Speise-
oder Versorgungseinheit 24. Dabei ist ersichtlicherweise ein geschlossenes System
zwischen der Pumpe 34, dem Luftspeicher 33 a und dem pneumatischen Stimulator 25
vorgesehen. Auch hier wird der erwünschte Effekt durch " Luftablassen" bewirkt,
und die Anfangsbedingungen für die pneumatische Versorgungseinheit 24 sind wie folgt:
Der pneumatische Stimulator 25 wird auf einen vorbestimmbaren Pegel aufgeblasen;
das Dreiweg- Magnetventil 37 steht in seinem Normal- oder Ruhezustand und verbindet
den pneumatischen Stimulator 25 mit der Pumpe 34 über das Klappenventil 35. Die
Pumpe 34, die die Unterlage 25 auf einen bestimmten Pegel aufgeblasen hat, hat gleichzeitig
die Luft aus dem Speicher 33 a abgezogen, so daß darin ein teilweises Vakuum entsteht.
Wird nun ein Apnoe-Zustand ermittelt und schaltet der Schalter 32 auf die "b"-Stellung
um, so verbindet das Dreiweg-Magnetventil 37 die aufgeblasene Matratze oder Unterlage
25 mit der (normalerweise geschlossenen) Aus daß öffnung, über die eine Entleerung
der Unterlage 25 in den unter Vakuum stehenden Luftbehalter 33 a ermöglicht wird.
Am Ende der durch die monostabile Einheit 16 vorgegebenen Einsekundenperiode springt
der Schalter 32 in die Stellung "a" zurück, der Druckschalter 38 ermittelt wiederum
eine leere Unterlage und antwortet darauf durch Erregung der Pumpe 34, die ihrerseits
den Luftbehälter 33 a evakuiert, während sie gleichzeitig Luft zur Unterlage 25
zuführt, so daß das System in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Es ist also ersichtlich,
daß bei dieser Anordnung die gleiche Luft immer wieder verwendet wird, wobei der
Luftspeicher 33 a gleichzeitig evakuiert und die Unterlage aufgeblasen wird. Es
besteht also ein
vollkommen geschlossenes System.
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Da die Möglichkeit eines störenden Lecks an der einen oder anderen
(Druck- oder Unterdruck-) Seite des geschlossenen Systems auftreten kann, liegt
es selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, daß eine Ausgleichs- oder Kompensationsvorrichtung
vorgesehen sein kann, die einen unzureichenden Druck auf einer Seite feststellt
und den anfänglichen Pumpzustand ergänzt. Da das Aufrechterhalten eines begrenzten
vorgebbaren Innendrucks für den Stimulator im aufgeblasenen Zustand der am meisten
kritische Faktor ist, ergibt sich daraus auch die Grenze, die durch einen ergänzenden
Pumpvorgang über die Pumpe 34 nicht überschritten werden darf. Zur Einhaltung dieser
oberen Druckgrenze reicht es aus, wenn lediglich ein entsprechend einstellbares
Entlüftungsventil vorgesehen wird. Fig. 5 zeigt ein Paar von Matratzen oder Unterlagen
25 a und 25 b, die den Matratzen oder Unterlagen nach Fig. 3 A entsprechen. Es können
jedoch auch die in den Fig. 3 B oder 3 C gezeigten Unterlagen vorgesehen werden.
Die -beiden Unterlagen-Abschnitte 25 a und 25 b sind über ein Teil 20 miteinander
verbunden, das aus dem gleichen Material wie die Unterlagenhülle 26 a und 26 b bestehen
kann. Das Teil 20 kann tatsächlich aus einem schwammartigen oder in anderer Weise
weichen Material bestehen, damit das darauf liegen de Neugeborene beschwerdenfrei
liegt. Für die anhand von Fig. 5 erläuterte Betriebsweise mit den beiden Unterlagen
ist vorgesehen, daß das Neugeborene zwischen den beiden Unterlagenkbschnitten 25
a und 25 b liegt, so daß die linke bzw. rechte Seite des Kopfs des Neugeborenen
in Berührungskontakt mit den jeweiligen Abschnitten 25 a und 25 b stehen. Über diese
Anordnung erhält der Patient einen mechanischen Stimulus in Form einer Stoßbewegung
und entsprechenden Empfindung im Bereich des Kopfes. Dies wird so erreicht, daß
der eine Unterlagen-Abschnitt, beispielsweise 25 a, anfänglich aufgeblasen ist.
Sodann wird zur Auslösung des Stimulus der Unterlagen-Abschnitt 25 b innerhalb einer
vorgebbaren Zeitperiode aufgeblasen und gleichzeitig wird bewirkt, daß der erste
Abschnitt 25 a entleert wird usw. Die Unterlagen-Abschnitte 25 a und 25 b werden
also abwechselnd aufgeblasen und entleert, wodurch der Kopf des Neugeborenen dann
hin- und hergerückt wird, jedoch mit einem Überraschungseffekt, der den Apnoezustand
beendet.
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Es kann empfehlenswerk sein, am Teil 20 eine Mehrzahl von Versuch
lüssen (beispielsweise Druck-Knopfverschlüssen oder dergleichen) vorzusehen, die
in 2 Reihen, jeweils eine Reihe auf jeder Seite, angeordnet werden, wobei die Verschlüsse
einer Reihe von entsprechend
angepaßten Verschlüssen auf jeder
der Unterlagen-Abschnitte 25 a und 25 b entsprechen.
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Auf diese Weise ist das Teil 20 vollständig von den Unterlagen-Teilen
25 a bzw. 25 b abtrennbar; so daß auch beispielsweise auf die an Hand der Fig. 3
A und 4 B erläuterte Betriebsweise übergegangen werden kann. Außerdem können die
Unterlagen-Abschnitte 25 a bzw. 25 b mit mehreren parallelen Reihen von aufeinander
angepaßten Schnappverschlüssen oder dergleichen versehen sein, so daß die Unterlagen-Anordnung
gemäß Fig. 5 hinsichtlich der Abstandsbreite zwischen den beiden Teilen eingestellt
werden kann. Damit läßt sich also die zur Stimulation durch Anstoßen bestimmte Ausführungsform
auf das jeweilige Kopf- oder Körpermaß des Neugeborenen anpassen.
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An Hand von Fig. 6 A läßt sich die Betriebsweise des '~Anstoßens"
erläutern, wobei in dieser Figur ein Teil der pneumatischen Versorgungseinheit 24
dargestellt ist. In diesem Fall wird Luft durch die Pumpe 24 in den Behälter 33
und zu den normalerweise geschlossenen Öffnungen der Drniweg-Magnetventile 37 a
und 37 b gedrückt, die ihrerseits mit den beiden Unterlagen-Abschnitten 25 a und
25 b über entsprechende Rohrabschnitte 28 a bzw.
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28 b verbunden sind. Jedes der Dreiweg-Magnetventile 37 a und 37 b
ist mit einer normalerweise geöffneten Auslaßöffnung versehen. Obgleich die Beschreibung
sich in erster Linie auf den normalen Zustand, d.h. bei entleerter Unterlage, bezieht,
sei darauf hingewiesen, daß diese Unterlagen 25 a bzw. 25 b im Einstell- oder Anfangszustand
auch teilweise aufgeblasen sein können, so daß der Anstoßeindruck anschließend durch
abwechselndes Entleeren des jeweiligen Unterlagen-Abschnitts bewirkt wird. Es sei
bemerkt, daß bei der Betriebsweise mit normalerweise aufgeblasener Unterlage weniger
die Möglichkeit gegeben ist, daß sich das Neugeborene in eine Stellung bewegt, bei
der eine verminderte Stimulationswirkung auftritt.
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Die logische Steuerung des abwechselnden Aufblasens und Entleerens
der Unterlagen-Abschnitte 25 a bzw. 25 b wird durch eine Folgesteuerung 50 erreicht,
die mit den am Apnoe-Anschluß 'lb" und dem Druckschalter 38 gelieferten Eingangssignalen
beaufschlagt wird und geeignete elektrische Signale an die Dreiweg-Magnetventile
37 a und 37 b und zur Steuerung der Pumpe 34 abgibt. Die Folgesteuerung kann herkömmlicher
Bauart sein, sie wird jedoch hier für den benötigten Zweck zur Auslösung der mechanischen
Stimulation als auch hinsichtlich der Dauer und Stärke hergerichtet. Es erscheint
daher zweckmäßig, die durch
die spezielle Folgesteuereinheit gesteuerte
Betriebsweise an Hand der Fig. 6 B zu erläutern, die eine Folge von aufeinander
zeitbezogener Impulse wiedergibt, die die verschiedenen durch die Folgesteuerung
gesteuerten und abgegebenen Signale zeigt, um einen sanften Anstoß-Stimulus auf
das Neugeborene auszuüben. Bei dieser speziellen Ausführungsform erreicht die Folgesteuerung
ihre volle Betriebsfunktion außerhalb des normalen Einsekun- -den-Eingangsimpulses
vom Anschluß "b". Wenn auch für alternative Betrachtungen davon ausgegangen werden
kann, daß der zweite Impuls am Anschluß l'btl in der Impulsfolge (a) der Fig. 6
B früher benötigt werden könnte oder überhaupt für den vorliegenden Fall entbehrt
werden kann (Beendigung der Apnoe-Bedingung -sder anfängliche Stimulation) zeigt
die hier wiedergegebene Situation den Fall, bei dem ein zweiter Eingangsimpuls am
Anschluß ~6" auftritt, und zwar im Bedarfsfall 6 Sekunden nach der Vorderflanke
des auslösenden Apnoe- oder Alarmimpulses.
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Als Folge des vom Anschluß ~6" erhaltenen Eingangsimpulses liefert
die Folgesteuerung eine Ausgangsimpulsfolge an das Dreiweg-Magnetventil 37 a, das
hinsichtlich seiner Funktionsfolge in der im Teil (b) der Fig. 6 B gezeigten Weise
reagiert. Diese Antwortgröße besteht aus vier vollständigen Zyklen, d.h. der Unterlagen-Abschnitt
25 a wird aufeinanderfolgend viermal abwechselnd mit der Auslaßöffnung des Elements
37 a bzw. mit dem Luftspeicher 33 verbunden. Als Folge davon wird der Unterlagen-Abschnitt
25 a im Einsekundenabstand periodisch aufgeblasen, was durch den Teil (c) der Fig.
6 B wiedergegeben wird. Dazu entsprechend, jedoch jeweils um eine halbe Sekunde
verzögert, wird die Unterlage 25 b in gleicher Weise periodisch aufgeblasen und
entleert, unter Steuerung der Folgesteuerung 50.
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Die entsprechenden Verhältnisse sind in den Abschnitten (d) und (e)
der Fig. 6 B wiedergegeben. Die Gesamtfunktion besteht also darin, daß jeweils ein
Unterlagen-Abschnitt aufgeblasen und gleichzeitig der andere entleert wird und umgekehrt,
wodurch der Kopf des Neugeborenen aufeinanderfolgend viermal sanft hin- und herbewegt
wird.
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Der Abschnitt (f) in Fig. 6 B zeigt das für den Druckschalter 38 bestimmte
Eingangssignal an der Klemme ~a" des Schalters 32. Es sei vermerkt, daß der Druckschalter-Eingang
ständig an Spannung liegt, außer wenn der Schalter 32 in die Stellung "b" umgelegt
ist, wie sich aus Abschnitt (a) der Fig. 6 B ergibt. Unabhängig von dem Druckschalter-Eingang
jedoch wird dessen mit der Pumpe 34 verbundene Ausgang durch die Folgesteuerung
50 so angesteuert,
daß eine Erregung der Pumpe bis zum Ende der
vier aufeinanderfolgenden Anstoßzyklen unterbunden wird, obgleich der Druckschalter
38 normalerweise versuchen würde, die Pumpe 34,wie der Abschnitt (g) in Fig. 6 B
zeigt, an die Betriebsspannung zu legen.
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Diese Unterbrechung der Stromzufuhr zur Pumpe endet nach Ablauf der
auf die Vorderflanke des Eingangssignals am "Anschluß "b" folgenden vier Sekunden.
Die durch die Folgesteuerung gesteuerte Pumpe bleibt für eine Einstellperiode von
etwa 1 1/2 Sekunden im Zustand EIN. Diese Zeit kann bis zu knapp 2 Sekunden schwanken.
Die Einschaltzeit für die Pumpe wird hier im wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt:
1. Den Bedarf, um den Luftspeicher wieder bis zum vorgeschriebenen Druckpegel zu
füllen, um ausreichend Luftdruck für die vollen vier Perioden des Anstoßzyklus zur
Verfügung zu haben, ohne die Wirksamkeit des Systems nennenswert zu dämpfen und
2. das Eintreffen eines zweiten Impulses von der monostabilen Einheit 16, die angibt,
daß zur Beseitigung bzw. Beendigung eines Apnoe-Zustands eine zweite Anstoß-Stimulation
erforderlich ist.
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Wie Fig. 6 B zeigt, würde die Anstoßfolge bis zum Eintreffen eines
solchen zweiten Eingangsimpulses am Anschluß "b" wiederholt werden. Wenn bei diesem
System daher nach den ersten Sekunden weiterhin ein Apnoe-Zustand festgestellt wird,
so erfolgt ein zweiter Versuch, das Neugeborene durch den dargestellten Anstoßvorgang
zu stimulieren. Bleibt auch der zweite Versuch, den Apnoe-Zustand zu beseitigen,
erfolglos, so kann vorgesehen werden, einen weiteren Alarm auszulösen, der beispielsweise
einen vom ersten Alarm unterschiedlichen Ton aufweist, um dadurch die Aufmerksamkeit
der Kinderschwester oder einer anderen Aufsichtsperson unmittelbar anzusprechen,
um darauf hinzuweisen, daß der Versuch, den Apnoe-Zustand bei dem überwachten Neugeborenen
zu beenden, fehlgeschlagen ist.
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Die an Hand von Fig. 6 B erläuterten Steuerfunktionen der Folgesteuerung
50 können entweder mit elektronischen oder mechanischen Schaltmitteln verwirklicht
werden, wobei die Überwachung und Steuerung dann beispielsweise mechanisch durch
eine Nocken- oder Kurvenscheibensteuerung oder auch elektronisch in bekannter Weise,
beispielsweise mittels einer Multivibrator-Taktsteuerung erfolgen kann, die während
einer einstellbaren Zeitperiode nach Eintreffen eines Eingang-Triggerimpulses am
Eingangsanschluß "b" abläuft.
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Es sei besonders darauf hingewiesen, daß die zum sanften Anstoßen
des überwachten Patienten bestimmte Anordnung nach den Fig. 6 A und 6 B in Verbindung
mit der Unterlage nach
Fig. 5 ein Hauptproblem vermeidet, nämlich
daß das Neugeborene in einen als Kehlkopfstarre oder Kehlkopflähmung bekannten Zustand
verfüllt. Dies wird ebenfalls durch den erzeugten Stimulus mittels der sanften,
jedoch ausreichenden unvermittelten Anstoßbewegung erreicht.
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Die Steuerfunktionen der Folgesteuerung in der beschriebenen Anstoßvorrichtung
könnte auch durch einen Klein-Prozeßrechner erfolgen, wobei dann die Aufblas- und
Entleerungszeiten für die Unterlagenteile 25 a und 25 b als auch die Aufblashöhe
und der Grad der Entleerung automatisch verändert werden können in Abhängigkeit
von der Wirkung des erzeugten Stimulus, so daß der gesamte Anstoßvorgang entsprechend
abgestimmt werden kann.
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Es besteht selbstverständlich die Möglichkeit, die verschiedenen hier
offenbarten Ausführungsformen der Erfindung miteinunder zu kombinieren. So kann
beispielsweise das zur Erzeugung des Anstoßvorgangs bestimmte System mit einem dritten
Unterlagenteil kombiniert werden, das unter dem Genick des Neugeborenen angeordnet
wird. Bei dieser Anordnung könnte der erste Stimulus durch Anstoßen erfolgen, und
falls dieser sich zur Beendigung des Apnoe-Zustands als unwirksam erweisen sollte,
könnte die Folgesteuerung mit einem zweiten Signal des Schalters 32 am Anschluß
~6" beaufschlagt werden. Dieses zweite Signal würde dann von der Folgesteuerung
dahingehend interpretiert, daß der ursprünglich festgestellte Apnoezustand noch
nicht beendet ist. Daraufhin würde die dritte Unterlage unter dem Genick des Neugeborenen
in Funktion treten, die dann zur Stimulierung des Neugeborenen durch Auftreten einer
Fallempfindung>wie erwähnt aufgeblasen (oder entleert) würde. Selbstverständlich
kann eine einstückige Unterlagen-Anordnung für diese drei Abschnitte vorgesehen
werden, die durch ein dem Teil 20 ähnliches Element zusammengehalten werden könnten.
Damit in Verbindung kann ein Mehrfach-Leitungssystem verwendet werden, um die Zahl
der separaten Luftschläuche von einer zur anderen Unterlage zu vermeiden.