DE2430839A1

DE2430839A1 - Pneumatisch gesteuertes beatmungsgeraet

Info

Publication number: DE2430839A1
Application number: DE2430839A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1974-06-27
Publication date: 1976-01-15
Also published as: SE400176B; US3981301A; SE7507338L; FR2276029A1; DE2430839C2; FR2276029B1; GB1516666A

Description

D r	a	g	e	r	W	e	r k Aktiengesellschaft
24	L	Ü	b	e	C	Ic	, Moislinger Allee 53/55

Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät, bei dem das aus dem Druckgasvorrat kommende und das über einen Injektor angesaugte in einem Druckregler nach der Menge eingestellte Atemgas dem Benutzer in der Einatemphase zugeführt und in der Ausatemphase über das Ausatemventil ausgeblasen wird.

Es ist ein pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät bekannt, das eine kombinierte Druckregel- und Steuereinrichtung enthält. Es besitzt eine Druckkammer mit einem selbsttätigen Einströmventil, das während der Einatemphase Druckgas mit dem Druck in der Lunge des Patienten eintreten läßt. Die Druckkammer enthält außerdem eine regelbare Abströmvorrichtung. Ein Stellglied wird während der Einatemphase im Sinne einer Absperrung des Einströmventils und während der Ausatemphase im Sinne einer Öffnung bewegt. Die Einstellung des Einatemhubes erfolgt über ein über dem ganzen Bewegungsbereich des Stellgliedes wirksames elastisches Spannglied und ein nur innerhalb der Endstufe dieses Bewegungsbereiches wirksames elastisches Zusatz-

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spannglied.

Die Einstellung der Dauer der Ausatemphase erfolgt unabhängig von der Einatemphase durch die regelbare Abströmvorrichtung der Druckkammer durch Änderung des Ausströmquerschnittes.

Nachteilig an diesem Gerät ist die notwendige getrennte Einstellung, sowohl der Einatemzeit als auch der Ausatemzeit. Dies verlangt sehr viel Geschicklichkeit; eine direkte Einstellung der Beatmungsfrequenz und des Beatmungszeitverhältnisses zwischen Inspirations- und Exspirationszeit ist nicht möglich (DP 1 137 834).

Bei einem weiteren bekannten selbsttätigen Beatmungsgerät wird die Strömung eines unter Druck von einer Gasquelle gelieferten Atemgases mittels eines Steuerventils gesteuert, dem das Atemgas zugeführt wird und welches selbst wiederum unter der Steuerung eines Reglers steht, der nach einem bestimmten Einatmungsvolumen geschaltet wird und das Steuerventil schließt und dasselbe jeweils nach einer bestimmten Ausatmungszeitspanne wieder öffnet.

Der Regler wird von einer Volumensteuerkammer, die einem Strömungsmesser parallel geschaltet ist, in Abhängigkeit vom Durchgang eines bestimmten Gasvolumens gesteuert und löst einen

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Regelimpuls im Sinne einer Schließung des Steuerventils aus.

Die Öffnung des Steuerventils erfolgt über einen Balg nach Beendigung der Ausatemphase. Zu diesem Zeitpunkt ist er zugedrückt. Die Dauer der Ausatemphase läßt sich durch eine entsprechende Einstellung eines mit dem Balg verbundenen Abströmventils einstellen.

Dieses pneumatische Gerät steuert die Einatmungsphase nach dem Einatemvolumen und die Ausatemphase nach der Zeit. Die Einstellung ist kompliziert. Die Beatmungsfrequenz und das Beatmungszeitverhältnis ist direkt nicht einstellbar (DP 1 126 566)

Ein anderes Beatmungsgerät ermöglicht die Auslösung der zeitlich ineinandergreifenden einzelnen Atmungsphasen sowohl durch den Patienten als auch durch das Gerät. Die dem Gerät eingegebene bzw. eingestellte Mindestzeit der jeweiligen Atemphase führt erst dann.zur Umschaltung in die folgende Atemphase, wenn die vorgegebene Zeitspanne, ohne das eine Umstellung durch die Spontanatmung des Patienten erfolgt ist, abgelaufen ist. abgelaufen ist. Die automatische Umschaltung bzw. Auslösung erfolgt mit Hilfe einer Relais-Schaltung, die Umschaltung durch die Atmung in bekannter Weise durch einen Steuerspeicher.

Die automatische Umschaltung der eingestellten Atemphase er-

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folgt bei diesem Gerät durch elektronische Bauteile, für die neben dem notwendigen Druckgasanschluß zusätzlich eine elektrische Energieversorgung vorgesehen sein muß. Elektronische Steuerungen beinhalten einen komplizierten technischen Aufwand, der bei einem Defekt zum Austausch kompletter Einheiten zwingt (DP 1 048 391).

Allen bekannten pneumatischen Systemen ist gemeinsam, daß sie für eine kontrollierte Beatmung keine direkt reproduzierbare Einstellung der Beatmungsfrequenz und des Beatmungs-Zeitverhältnisses ermöglichen. Diese sind u.a. abhängig vom eingestellten Beatmungsdruck, von der Einatmungsgeschwindigkeit und der Ausatemphase. Es bedarf einer gewissen Erfahrung, die Einstellung so vorzunehmen, daß sich die gewünschte Frequenz und das richtige Beatmungs-Zeitverhältnis mit dem richtigen Beatmungsvolumen ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Steuerung der Beatmung in pneumatisch gesteuerten Beatmungsgeräten zu schaffert, die bei einer regelbaren Atemgasmenge die unabhängige Einstellung der Beatmungsfrequenz und des Beatmungs-Zeitverhältnisses ermöglicht. Es soll ohne eine empfindliche Mechanik und nur aus der Druckgasversorgung betätigt werden.

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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die den Steuerraum bildenden in ihrem Volumen gegeneinander verstellbare Inspirations- und Exspirationskammer jeweils aus einem Frequenz-Ventil über vorgeschaltete pneumatische Steuerelemente mit Steuergas gefüllt und über nachgeschaltete pneumatische Steuerelemente das Ausatemventil für die für die Einatemphase schließen bzw. für die Ausatemphase öffnen. Die nachgeschalteten pneumatischen Steuerelemente sind je eine Identität nach der Inspirations- und Exspirationskammer und ein nachgeschalteter bistabiler Speicher.

Die mit dieser Erfindung erzielten Vorteile liegen vor allem darin, daß neben dem einstellbaren Beatmungsgas, aus dem die Einatemluftmenge in der Zeiteinheit resultiert, obwohl die Atemfrequenz als auch das Beatmungs-Zeitverhältnis unabhängig voneinander einstellbar sind. Die Atemfrequenz ist der Reziprokwert aus der Summe T aus der Inspirations- (t_ ) und der Exspirationszeit t_ (f = ■=■). Auch bei Veränderung des Atem-

tiX ι

Zeitverhältnisses, also der Inspirationszeit zur Exspirationszeit, bleibt die Gesamtatemzeit T erhalten. Wegen f = ·=■ =

1 ·■

-r r^r— bedeutet die Änderung des Beatmungs-Zeitverhältnisses

In χ

keine Änderung der Beatmungsfrequenz. Die Änderung der Beatmungsfrequenz erfolgt durch Änderung der Steuergasmenge mit dem Frequenzventil, die Änderung des Beatmungs-Zeitverhältnisses durch die gegeneinander verstellbare Größe der Inspirations-

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und Exspirationslcammern. In Ausbildung der Erfindung ist der Steuerraum durch eine über eine Verstelleinrichtung verschiebbare Trennwand in die Inspirations- und Exspirationskammer unterteilt. Mit dieser zweckmäßigen Ausbildung ist eine einfache Verstellung des Beatmungs-Zeitverhältnisses möglich, ohne daß sich dabei, wie oben bereits gesagt, die Beatmungsfrequenz ändert. Die Vorteile einer einfachen pneumatischen Steuerung bestätigen sich im folgenden dadurch, daß die vorgeschalteten pneumatischen Steuerelemente NAND-Elemkente sind, die wechselseitig von dem bistabilen Speicher angesteuert werden, und das in dem Frequenzventil dosierte Steuergas jeweils der Inspirations- bzw. Exspirationskammer zuleiten, und daß durch den in der Inspirations- bzw. Exspirationskammer aufgebaute Identitätsschaltdruck des Steuergases die jeweils nachgeschaltete Identität den bistabilen Speicher umsteuert. Die Einatemphase wird in einfacher Weise dadurch eingeleitet, daß der bistabile Speicher mit dem Identitätsschaltdruck in der Inspirationskammer das Ausatemventil schließt.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausbildung des pneumatisch gesteuerten Beatmungsgerätes ist möglich, wenn die nachgeschalteten pneumatischen Steuerungselemente je zwei hintereinandergeschaltete NAND-Elemente nach der Inspirations- und der Exspirationskammer und ein nachgeschalteter bistabiler Speicher sind.

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Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 : die schematische Darstellung einer Einrichtung zur

Steuerung der Beatmung und
Fig. 2 : eine andere Ausführung der Einrichtung zur Steuerung der Beatmung.

Der Druckminderer 1 reduziert den Eingangsdruck auf den für die pneumatischen Elemente notwendigen Arbeitsdruck p. Des weiteren betreibt er den Injektor 2, der das Beatmungsgas in den Elementensockel 3 leitet, von wo das Beatmungsgas über das Druckregelventil 4 über die Leitung 5 zum Patienten gelangt. Der Elementensockel 3 enthält ein Zusatzluftventil Der Patient atmet über das Ausatemventil 7 ins Freie. Das Ausatemventil 7 bestimmt den Rhythmus von Ein- und Ausatmung des Patienten durch entsprechende Ansteuerung aus der Steuervorrichtung 8. Das das steuergasregulierende Frequenzventil 9 versorgt die Steuerungsvorrichtung 8 mit einem mittels Handrad einstellbaren Steuergasstrom. Der Steuergasstrom gelangt gleichermaßen zu den NAND-Elementen 11 und 12. Von den NAND-Elementen 11 und 12 ist jeweils nur eines durchgesteuert. Ist das NAND-Element 11 durchgesteuert, dann fließt das vom Frequenzventil 9 kommende Steuergas über die Leitung 13 in die Inspirationskammer 14. Sie stellt zusammen mit der Exspirations-

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kammer 22 den Steuerraum 25 dar.

Durch die verschiebbare Trennwand 24 sind Sie in ihren Größen gegeneinander veränderbar. Die Trennwand 24 ist durch die Verstelleinrichtung 30 verschiebbar. Die Identität

15 wird durchsteuert, wenn das Steuergas die Inspirationskammer 14 gefüllt hat und der Identitätsschaltdruck erreicht ist. Diese Identität 15 steuert dann den bistabilen Speicher

16 auf Ausgang 17 - Ausgang 20 wird drucklos - und steuert damit das Ausatemventil 7 so an, daß das über das Druckgasventil 4 kommende Beatmungsgas nicht über die Öffnung 18 ins Freie gelangen kann, sondern über die Leitung 5 zum Patienten fließt. Die Aufladezeit der Inspirationskammer 14 bestimmt also die Länge der Inspirationszeit t_ . Gleichzeitig wird über die Leitung 19 das NAND-Element 11 angesteuert, die Leitung 13 wird drucklos. Der drucklose Ausgang 20 des bistabilen Speichers 16 führt zur Durchsteuerung des NAND-Elements 12, und das vom Frequenzventil 9 kommende Steuergas fließt jetzt über die Leitung 21 in die Exspirationskammer 22. Die Identität 23 wird durchsteuert, wenn das Steuergas die Exspirationskammer 22 gefüllt hat und der Identitätsschaltdruck der Identität 23 erreicht ist. Dadurch wird der bistabile Speicher 16 auf Ausgang 20 geschaltet, und Ausgang 17 wird drucklos. Damit öffnet das Ausatemventil 7, und das vom Druckregelventil 4 kommende Beatmungsgas kann über den Ausgang 18 ins Freie strömen. Der

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Patient kann ausatmen. Die Aufladezeit der Exspirationskammer 22 bestimmt also die Länge der Exspirationszeit t„ . Die Summe der Zeiten t_In + t_E ist gleich T. Verstellt man mittels der Verstelleinrichtung 30 die Trennwand 24 des Steuerraumes 25, so verändern sich nur die Teilzeiten t_. und t„ , nicht jedoch die Gesamtzeit T. Da der reziproke Wert von T gleich der Beatmungsfrequenz f ist, ändern verschiedene Beatmungszeitverhältnisse t : t„ nicht die Beatmungsfrequenz. Eine Änderung der Beatmungsfrequenz f ist nur möglich, wenn man am Handrad 10 des Frequenzventils 9 die Steuergasmenge verändert. Dabei bewirkt eine größere Menge ein schnelleres Füllen der Inspirations- 14 bzw. Exspirationskammern 22 und damit eine kürzere Zeit T. Entsprechend der Beziehung f = — bedeutet eine kürzere Zeit T eine größere Beatmungsfrequenz f. Da eine veränderte Steuergasmenge das Verhältnis der Füllzeiten der Kammern 14 und 22, d.h. von t_T : t„ nicht verändert, bleibt

xn οχ

also bei einer Beatmungsfrequenzänderung das Atemzeitverhältnis konstant.

In der Ausführung nach Fig. 2 sind zwischen dem Steuerraum und dem bistabilen Speicher 16 sowohl hinter der Inspirationskammer 14 - und der Exspirationskammer 22 - je zwei hintereinandergeschaltete NAND-Elemente 26 und 27 und 28 - 29. In der Grundfunktion unterscheiden sich die beiden Einrichtungen zur Steuerung der Beatmung nach den Fig 1 und 2 nicht. Die Anordnung

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der zwei hintereinandergeschalteten NAND-E lernen te nach Fig. 2 benötigt nur bei der Umschaltung der Beatmungsphase kleinere Öffnungskräfte.

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Claims

Patentansprüche

I)/ Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät, bei dem das aus dem Druckgasvorrat kommende über einen Injektor angesaugte in einem Druckreglerventil nach der Menge eingestellte Atemgas dem Benutzer in der Eingangsphase zugeführt und in der Ausatemphase über das Ausatemventil ausgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die den Steuerraum (25) bildenden in ihrem Volumen gegeneinander verstellbare Inspirations- (14) und Exspiratxonskammer (22) jeweils aus einem Frequenzventil (9) über vorgeschaltete pneumatische Steuerelemente (11, 12) mit Steuergas gefüllt und über nachgeschaltete pneumatische Elemente (15, 23, 16) das Ausatemventil (7) für die Einatemphase schließen bzw. für die Ausatemphase öffnen.
2) Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschalteten pneumatischen Steuerelemente (15, 23, 16) je eine Identität (15, 23) nach der

■ Inspirations- (14) und der Exspirationskammer (22) und ein nachgeschalteter bistabiler Speicher (16) sind.
3) Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 und dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (25) durch eine über eine Verstelleinrichtung (30) verschiebbare Trennwand (24) in die Inspirations- (14) und Exspirationskammer (22)

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unterteilt ist.
4) Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschalteten pneumatischen Steuerelemente (11, 12) NAND-Elemente sind, die wechselseitig von dem bistabilen Speicher (16) angesteuert werden und das in dem Frequenzventil (9) dosierte Steuergas jeweils der Inspirations- (14) bzw. der Exspirationskammer (22) zuleiten.
5) Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß durch den in der Inspirations-(14) bzw. Exspirationskammer (22) aufgebauten Identitätsschaltdruck des Steuergases, die jeweils nachgeschaltete Identität (15, 23) den bistabilen Schalter (16) umsteuert.
6) Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Speicher (16) beim Identitätsschaltdruck in der Inspirationskammer (14) das Ausatemventil (7) schließt.
7) Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschalteten pneumatischen Steuerelemente je zwei hintereinandergeschaltete NAND-

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Elemente (26, 28; 27,29) nach der Inspirations- (14) und der Exspirationskammer (22) und ein nachgeschalteter bistabiler Speicher (16) sind.

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