DE2446055A1

DE2446055A1 - Vorrichtung fuer die beatmung eines patienten

Info

Publication number: DE2446055A1
Application number: DE19742446055
Authority: DE
Inventors: George Kenneth Russel
Original assignee: Sandoz AG
Current assignee: Sandoz AG
Priority date: 1973-09-28
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1975-04-03
Also published as: IT1022370B; JPS5063795A; BE820457A; NL7412628A; SE398044B; SE7411865L; FR2271806A1; DD116556A5; CA1014040A; US3916889A; DK494074A; SU579853A3; ES430505A1; CH585551A5; FR2271806B1; GB1488358A

Description

DR. MÜLLER-BGRE · D1PL.-ING. IiROENING 2446055 DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL · DIPL.-CHEM. DR. SCHÖN DIPL.-PHYS. HERTEL

PATENTANWÄLTE

S/S 89-20

SANDOZ A.G.
Basel / Schweiz

Vorrichtung für die Beatmung eines Patienten

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung für die Beatmung eines Patienten, bei welcher ein pneumatischer Regelkreis für den Betrieb der Beatmungsvorrichtung in einer Vielzahl von gewünschten Betriebszuständen, in denen die Beatmung des Patienten in Abhängigkeit von vorbestimmten Parametern unterstützt (Atemhilfe), vollständig gesteuert (Atemsteuerung), oder kombiniert unterstützt und gesteuert (Atemhilfe/Atemsteuerung) wird, zur Anwendung kommt.

Die erfindungsgemäße Beatmungsvorrichtung verwendet eine unter Druck stehende Gasquelle für den Betrieb des fluidbetriebenen Schaltkreises (im folgenden fluider Schaltkreis genannt), der seinerseits eine Quelle für die Gaszufuhr zu dem Patienten steuert. Während des Einatmungszyklus wird Luft aus einer Balgenvorrichtung ausgestoßen und durch ein Auslaßventil dem Atemschlauch eines Patienten zugeführt. Der Balgen ist von einem abgeschlossenen Volumen bzw. Raum umgeben und wird durch Sauerstoffzufuhr zu diesem abgeschlossenen Volumen evakuiert, wodurch er zusammenfällt. Ein Gewicht ist an dem freien unteren Ende des Balgens angeordnet, so daß nach dem Ablassen des Sauer-

HEN 86, SIEBERTSTR. 4, POSTPACH 8M 720_KKiBEL: EHIISEiIEIiT, TEL·: (089) 4710 73/73 TELEX 5-33 659

Stoffdruckes in dem den Balgen umgebenden abgeschlossenen Volumen bzw. Raum der Balgen automatisch dem Einfluß des Gewichtes ausgesetzt wird, wodurch der Sauerstoff aus dem abgeschlossenen Volumen verdrängt und durch ein Mischventil gedrückt wird, in welchem der Sauerstoff entweder in die Atmosphäre abgelassen oder mit einem Raumluftvorrat gemischt und dann in den sich ausdehnenden Balgen zur Verwendung in dem nächsten nachfolgenden Einatmungszyklus eingelassen wird. Ein Einlaßventil verbindet das Mischventil mit dem den Balgen umgebenden abgeschlossenen Volumen, und das Einlaßventil und das Auslaßventil für die Balgenvorrichtung werden abwechselnd während des Ausatmungszyklus bzw. Einatmungszyklus mit Hilfe eines logischen Schaltkreises betätigt, dessen Eingang an einen Ausgang einer Haupt-Flip-Flop-Schaltung angeschlossen ist, die ihrerseits an einem Eingang von einem Ausatmungs-Zeitgebersignal und einem automatischen Patienten-Auslösesignal, sowie an ihrer anderen Eingangsseite durch ein Einatmungs-Zeitgebersignal, ein Druckbegrenzungs-Auslösesignal und ein Volumenbegrenzungssignal , das von der Balgenvorrichtung kommt, gesteuert wird.

Die Beatmungsvorrichtung hat drei verschiedenen Betriebsweisen, die mit Hilfe eines von Hand betätigbaren pneumatischen Schalters ausgewählt werden können. Bei einer Betriebsweise ATEMHILFE stellt der Wählschalter eine Verbindung her, bei welcher der Patienten-Auslöseschaltkreis aktiviert wird, welcher, zusammen mit dem Druckbegrenzungsschaltkreis, auf den Luftdruck in einer Patientenbezugsleitung anspricht, so daß die Haupt-Flip-Flop-Schaltung den Ausatmungszyklus und den Einatmungszyklus der Balgenvorrichtung gemäß dem Atembedarf des Patienten steuert. Das heißt, wenn der Luftdruck in der Patientenbezuasleitung auf einen niedrigen Wert fällt, der die Beendigung eines Einatmungszyklus anzeigt, dann wird der niederwertige Druck von dem Patienten-Auslöseschaltkreis festgestellt, der dann die Haupt-Flip-Flop-Schaltung auslöst, um den Einatmungszyklus der Balgenvorrichtung einzuleiten. Sodann liefert während der Be*·

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triebsweise ATEMHILFE der Druckbegrenzungsschaltkreis ein Auslösesignal an die Haupt-Flip-Flop-Schaltungi um den Einatmungszyklus zu -beenden, wenn der Druck in der Patientenbezugsleitung einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Volumenbegrenzungsdetektor in der Balgenvorrichtung liefert ebenfalls ein Auslösesignal an die Haupt-Flip-Flop-Schaltung, um den Einatmungszyklus zu beenden, nachdem eine vorbestimmte maximale Luftmenge von der Balgenvorrichtung zu den Patienten geliefert wurde, oder eine fluidbetriebene Zeitgebervorrichtung liefert ein Auslösesignal an die Haupt-Flip-Flop-Schaltung, um den Einatmungszyklus nach einem vorbestimmten Zeitabschnitt zu beenden. Es löst daher das erste unter den Druck-, Volumen- oder Zeitsignalen, welches seinen vorbestimmten Maximalwert erreicht, die Flip-Flop-Schaltung aus, um den Einatmungszyklus zu beenden. Durch einen Steuerbefehl von dem Patienten-Auslöseschaltkreis wird der Ausatmungszyklus beendet.

Wird der von Hand betätigbare Wählschalter für die Betriebsweise auf die Betriebsweise ATEMSTEUERUNG eingestellt, dann wird die Ausatmungs-Zeitgebervorrichtung aktiviert und der Patienten-Auslöseschaltkreis inaktiviert, so daß die Haupt-Flip-Flop-Schaltung an einem Eingang durch den Ausgang der Ausatmungs-Zeitgebervorrichtung und an ihrem anderen Eingang durch den Druckbegrenzungsschaltkreis, die Einatmungs-Zeitgebervorrichtung und den Volumenbegrenzungsdetektor gesteuert wird. Demgemäß wird bei der Betriebsweise ATEMSTEUERUNG der Ausatmungszyklus automatisch zeitlich gesteuert bzw. begrenzt, wie dies beim Einatmungszyklus der Fall ist, letzterer wird jedoch auch vorzeitig vor der Abgabe eines Signals durch die Einatmungs-Zeitgebervorrichtung beendet, wenn das Druckbegrenzungssignal oder Volumenbegrenzungssignal ihre vorbestimmten maximalen Werte erreichen.

Der Balgen für die Zufuhr von Luft zu dem Patienten hat ein einstellbares Volumen, das durch eine verschiebliche Platte bestimmt wird, die so angeordnet ist, daß sie die Ausdehnung

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des Balgens steuert, und die auch zur Begrenzung des den Balgen umgebenden abgeschlossenen Volumens bzw» Raumes beiträgt. Während des Einatmungszyklus steuert die Haupt-Flip-Flop-Schaltung ein Leistungs- oder Lieferventil, welches unter Druck stehenden Sauerstoff zu dem abgeschlossenen Volumen liefert und dadurch ein Zusammendrücken des Balgens bewirkt. Sodann beginnt auf das Nachlassen des Druckes in dem abgeschlossenen Volumen hin der Balgen unter der Kraft eines darin untergebrachten Gewichtes zu expandieren, und der Sauerstoff wird aus dem abgeschlossenen Volumen heraus und durch das Einlaßventil gedrückt, das durch den logischen Schaltkreis in eine geöffnete Stellung gebracht wird. Ein Mischventil, welches den Sauerstoff von dem Einlaßventil erhält, ist so einstellbar, daß es eine gesteuerte Sauerstoffmenge zusammen mit einer anteiligen Menge an gefilterter Raumluft zu dem Balgen durchläßt. Die Raumluft wird bei Umgebungsdruck aufgenommen und in den Balgen gezogen, infolge des durch sein Expandieren erzeugten Unterdrucks. Da jedoch der Sauerstoff unter Druck geliefert wird, als Folge seines zwangsweisen Ausstoßes aus dem abgeschlossenen Volumen, kann mit Hilfe des Mischventils der Sauerstoffgehalt des dem Balgen zugeführten Gases von 21 bis 100 % verändert werden.

Jede der Zeitgebervorrichtungen umfaßt einen Balgen, der eingeschlossen ist in einer Kammer, die eine Einlaßöffnung für den Einlaß von Sauerstoff mit einem vorbestimmten Druck zur Bewirkung eines zeitgesteuerten Zusammendrückens des Balgens aufweist. Eine Spindel ist mit einem Ende an dem beweglichen Ende des Balgens befestigt, während das andere Ende der Spindel eine Entlüftung an einem Gegendruckdetektor schließt, der an den Eingang der Haupt-Flip-Flop-Schaltung angeschlossen ist. Es wird daher ein Paar von gegenüberliegenden Eingängen der Haupt-Flip-Flop-Schaltung jeweils durch die beweglichen Spindeln an den beiden Zeitgeberbalgen gesteuert. Ferner weist jede der die Zeitgeberbalgen umgebenden Kammern darin montierte Entleerungsventile auf, welche durch gegenüberliegende Ausgänge der Haupt-Flip-Flop-Schaltung betätigbar sind, so daß, sobald der Gegendruckdetektor eines der Balgen ein Signal abgibt, auf welches die

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Haupt-Flip-Flop-Schaltung reagiert, das sich ergebende Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung zu der Balgenkammer rückgekoppelt ist, um sie zu entdrücken (d. h. den zu dem Unterdrucksetzen gegenteiligen Vorgang zu bewirken) und sie so für ihren nächsten ZeitgeberZyklus vorzubereiten. Die zwei Balgenvorrichtungen und ihre umgebenden Kammern sind Seite an Seite montiert und ihre Gegendruckfühler sind beweglich auf Federn montiert, so daß sie durch ein Paar von auf einer Welle montierten Nocken einstellbar angeordnet sind, derart, daß eine Drehung der Welle eine Bewegung der Nocken und eine einstellbare Bewegung der zwei Fühlvorrichtungen bewirkt. Diese Bewegung der Fühlvorrichtungen ändert daher die Zeitgeberperioden sowohl für den Ausatmungszeitgeber als auch für den Einatmungszeitgeber, die im Einklang miteinander durch Drehung der Welle eingestellt werden können. Ferner ist parallel zu der Eingangsöffnung des Einatmungszeitgebers ein Bypassventil vorgesehen, welches zur Verringerung der Einatmungszeit geöffnet werden kann, wodurch eine Einstellung des Verhältnisses Einatmungszeit/Ausatmungszeit (E/A-Zeitverhältnis) erfolgt. Die Zeitgebervorrichtungen sind jedoch so konstruiert, daß das E/A-Zeitverhältnis einen Maximalwert von 1 hat.

Der Patienten-Auslöseschaltkreis und der Druckbegrenzungsschaltkreis sind identisch ausgebildet, und jeder weist einen universelleren Auslöseschaltkreis für automatischen Betrieb in einer Patientenbeatmungsvorrichtung auf. Insbesondere besteht der universelle Auslöseschaltkreis aus einem fluidbetriebenen Sechstorschaltkreis, welcher drei miteinander in Serie geschaltete Proportionalverstärker und drei in Serie geschaltete fluidbetriebene Flip-Flop-Schaltungen aufweist. Der universelle Schaltkreis in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann als Patientenauslösung ujid der Druckbegrenzungsschaltkreis wie oben beschrieben/werden, und je nach den Anschlüssen an seinen Eingängen kann er so betrieben werden, daß er ein Ausgangssignal ansprechend auf einen geringen Druckunterschied an seinen Eingängen liefert. Er kann so betrieben werden, daß er ein Ausgangssignal anspre-

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chend auf einen geringfügig unterhalb des Umgebungsdruckes liegenden Druck liefert, wie dies durch eine Atemanstrengung des Patienten hervorgerufen würde; er kann so betrieben werden, daß er ein Ausgangssignal ansprechend auf Druckwerte über oder unter Atmosphärendruck liefert, wobei die Vorrichtung automatisch vorgespannt wird, so daß sie in Verbindung mit Ausatmungsenddrucksignalen verwendet werden kann; sie kann so betrieben werden, daß sie ein Ausgangssignal ansprechend auf Luftdruckeingaben, die Maximalwerte anzeigen, liefert; und sie kann so betrieben werden, daß sie ein Ausgangssignal ansprechend auf für die Strömung charakteristische Signale oder auf die Druckwechselhäufigkeit liefert, wie dies manchmal wünschenswert ist.

Im Zusammenhang mit der Anwendung der universellen Auslöseschaltkreise, die teilweise durch Ausatmungsenddrucksignale gesteuert werden, wird der Schaltkreis verwendet, um ein Ausgangssignal ansprechend auf geringe Differenzdrücke zu liefern. Um es den positiven Ausatmungsenddrücken (PAED), die während der ATEMHILFE angewendet werden, zu gestatten, den Atemschlauch des Patienten auf Umgebungsdruck zurückzubringen, ohne dazu die Einatmungsanstrengungen des Patienten zu benötigen, wird der PAED-Druck über ein Membranventil auf die Patienten-Auslöseeinheit aufgegeben, um diese Einheit vorzuspannen, so daß sie ausgelöst werden kann, während die Patientenbezugsleitung sich immer noch über dem Umgebungsdruck befindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer als Beispiel dienenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Beatmung eines Patienten;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der fluidbetriebenen Schaltung in Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht der auf der in Fig. 1 dargestellten Balgenvorrichtung montierten Mischvorrichtung;

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Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der Ebene 4-4 in Fig. 3; Fig. 5 eine Querschnittsansicht längs der Ebene 5-5 in Fig. 3; Fig. 6 eine Querschnittsansicht längs der Ebene 6-6 in Fig. 3;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Mischventil-Steuerorgans;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht der schematisch in Fig. 2 dargestellten Zeitgebervorrichtungen; und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines in den Zeitgebervorrichtungen der Fig. 4 verwendeten Entleerungsventils.

Fig. 1 der Zeichnungen zeigt eine Balgenvorrichtung 10 mit einem Balgen 12, der an seinem oberen Ende in einer zylindrisch geformten Kammer 14 befestigt ist. Die Kammer 14 ist an ihrem oberen Ende mit einer Verbindungsleitung 16 und an ihrem unteren Ende mit einer einstellbaren Platte 18, die an ihrem Umfang eine Dichtung 20 zum Abdichten der Platte gegen die Seitenwände der Kammer 14 aufweist, versehen. Die Platte 18 kann mit Hilfe einer Einstellvorrichtun9 15 zum Einstellen durch die Kammer 14 bewegt werden, so daß bei Bewegung der Platte nach oben das abgeschlossene Volumen der Kammer, in welchem der Balgen sich ausdehnen und zusammenziehen kann, verringert wird, während es vergrößert wird, wenn die Platte 18 in der Kammer 14 nach unten' bewegt wird» Beim Betrieb wird der Balgen 12 durch eine Einlaßleitung 22, an der ein Rückschlagventil 24 montiert ist, mit Luft beaufschlagt, und der Balgen wird in Strömungsverbindung mit einem Auslaßventil 26 gebracht, um so betätigt zu werden, daß es Luft in dem Balgen während des Einatmungszyklus zu dem Patienten austreten läßt. Der Luftausstoß aus dem Balgen 12 wird hervorgerufen durch Unterdrucksetzen der Kammer 14 mit durch die Leitung 16 geliefertem Sauerstoff. Wenn die Kammer 14 derart durch Sauerstoff unter Druck gesetzt

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wird, so wird dadurch bewirkt, daß der Balgen 12 zusammenfällt und die vorher in ihn eingelassene Luft ausstößt.

Demzufolge wird das Hubvolumen des Systems durch die Anordnung der Platte 18 bestimmt, die auch den Gasverbrauch minimiert, indem sie das den Balgen 12 umgebende, abgeschlossene Volumen begrenzt. Wie dargestellt, schließt das Rückschlagventil 24 den Einlaß zu dem Balgen während seines Zusammenfallens ab. Das Auslaßventil 26 umfaßt auch ein Rückschlagventil, um zu verhindern, daß Luft aus dem" Atemschlauch 28 des Patienten in den Balgen gerissen wird, und das Ventil 26 wird durch eine Membran 30 gesteuert, die ihrerseits durch die unten beschriebene, fluidbetriebene Schaltung gesteuert wird.

Der Balgen 12 setzt seine Bewegung des Zusammenfaliens fort, bis die Kammer 14 ansprechend auf eines der vier verschiedenen Steuersignale, die zur Beendigung des EinatmungsZyklus ausgebildet sind, entdrückt wird. Eines dieser vier Steuersignale wird durch einen Stab 32 eingeleitet, der oberhalb des Balgens 12 montiert ist und nach unten federgespannt ist, jedoch durch den Druck, der durch die Aufwärtsbewegung des unteren Abschnittes des Balgens nach oben bewegt werden kann, durch welche Bewegung der gesamte Ausstoß der vorher in den Balgen eingeleiteten Luft angezeigt wird. Der Stab schließt eine Entlüftung in einer druckbeaufschlagten Leitung 34, wodurch ein Gegendrucksignal in einer Volumenbegrenzungsleitung 36 erzeugt wird. Die Leitung 34 wird durch eine gesteuerte Sauerstoffmenge, die durch ein Mundstück bzw. einen Stutzen eingespeist wird, unter Druck gesetzt.

Wie oben erwähnt, wird der Einatmungszyklus beendet, wenn die Kammer 14 entdrückt wird, und zu diesem Zeitpunkt dehnt sich der Balgen 12 automatisch unter der Kraft eines Gewichtes 38, das in seinem unteren Abschnitt enthalten ist, aus. Während sich der Balgen ausdehnt, erzeugt er einen Unterdruck, der das Einlaß-Rückschlagventil 24 öffnet und Luft durch die Leitung

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nach innen saugt, die einen mit ihr verbundenen Filter 4 0 aufweist, der in S.trömungsv er bindung mit Raumluft steht. Ein Entdrücken der Kammer 14 wird erzielt durch öffnen eines Balgeneinlaßventils 42, so daß der durch den expandierenden Balgen 12 aus der Kammer 14 gedrückte Sauerstoff durch das Einlaßventil 42 durch ein Dreiwegemischventil 44 gedruckt wird, wie dies im einzelnen weiter unten in Verbindung mit den Fig. 3 bis 7 beschrieben ist. Beim Betrieb wird der aus der Kammer 14 durch das Ventil 42 ausgestoßene Sauerstoff über das Ventil 44 an die Atmosphäre entlüftet, oder er wird in einer einstellbar gesteuerten Menge der Leitung 22 zugeführt, die dem Balgen 12 Luft zuführte. Da der Sauerstoff infolge der Ausdehnung des Balgens 12 unter Druck aus der Kammer 14 ausgestoßen wird, ist der Druck des aus dem Mischventil 44 austretenden Sauerstoffs größer als der Umgebungsdruck der Raumluft, die durch den Filter 40 eintreten kann, und demzufolge kann das Mischungsverhältnis Sauerstoff/ Luft durch Einstellen des Ventils 44 auf eine gewünschte Stellung variiert werden.

Das Einlaßventil 26 und das Auslaßventil 42 der Balgenvorrichtung 10, sowie die Sauerstoffzufuhr zu der Kammer 14, werden durch die als Blockdiagramm in Fig. 1 dargestellt fluidbetriebene Schaltung gesteuert, die durch eine auf 3,5 atü (50 psig) befindliche Sauerstoffquelle 4 6 betrieben wird. Der unter Druck stehende Sauerstoff wird durch einen Filter 48 auf ein Leistungsbzw. Lieferventil 50 aufgegeben, welches so gesteuert wird, daß es Sauerstoff über ein einstellbares Strömungsventil 52 und durch einen Geräuschdämpfungsfilter 54 an die Einlaßleitung 16 für die Balgenkammer 14 liefert. Der Ausgang des Filters 42 ist auch an ein Druckmxnderungsventil 56 angeschlossen, in welchem der Sauerstoffdruck so reduziert wird, daß der aus dem Druckminderungsventil 56 austretende Sauerstoff als Energiequelle für die aktiven Elemente der fluidbetriebenen Schaltung verwendet werden kann. Der druckgeminderte Sauerstoff, der einen Druck von etwa 0,35 atü (5 psig) haben kann, wird auch durch einen Dreistellungswählschalter 58 für den Betriebszustand geschickt, der die Auswahl unter drei Betriebszuständen, nämlich einem Betriebszustand ATEMHILFE, einem Betriebszustand ATEM-

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STEUERUNG und einem Betriebszustand ATEMHILFE/ATEMSTEUERUNG gestattet.

Die fluidgesteuerte Schaltung weist eine Haupt-Flip-Flop-Schaltung 60 mit einem Hauptausgang 62 auf, der das Lieferventil 50 aktiviert, und welche eine Doppel-ODER/WEDER-NOCH-Schaltung 64 betreibt, um Signale des geminderten Sauerstoffdrucks in den jeweiligen Leitungen 66 und 68 zu dem Einlaßventil 42 und dem Auslaßventil 26 der Balgenvorrichtung 10 zu erzeugen. Insbesondere gibt die Doppel-ODER/WEDER-NOCH-Schaltung, wenn der Ausgang 62 der Flip-Flop-Schaltung 60 einen positiven Druck erzeugt, ein positives Signal auf die Ausgangsleitung 66, so daß der Einlaß zu der Balgenvorrichtung geschlossen wird, während der Auslaß 26 sich öffnen kann, so daß der Einatmungszyklus beginnen kann, hervorgerufen durch die zusammenfallende Bewegung des Balgens 12, die ihrerseits von dem Unterdrucksetzen der Kammer 14 herrührt. In ähnlicher Weise rückt nach der Beendigung des Einatmungszyklus die Flip-Flop-Schaltung 60 in ihren entgegengesetzten stabilen Zustand, wodurch ein positives Signal für den geminderten Druck in der Leitung 68 weitergeleitet wird, so daß das Auslaßventil 26 geschlossen wird, während der Druck in der Leitung 66 verringert wird, um ein öffnen des Ventils 42- zu gestatten, so daß der aus der Balgenkammer 14 ausgestoßene Sauerstoff durch das Einlaßventil 42 zu dem Mischventil 44 gelangt.

Die Flip-Flop-Schaltung 60 hat drei Eingänge, die bewirken, daß sie in ihre Steuerstellung für das Einatmen kippt, in welcher sie einen Ausgang oder eine Leitung 62 beaufschlagt, und diese drei Eingänge werden durch einen von Hand betätigbaren Eingangssignalschalter 70, eine Patienten-Auslöseschaltüng 72 und eine Ausatmungs-Zeitgebervorrichtung 74 beaufschlagt. Andererseits weist die Flip-Flop-Schaltung vier Eingänge auf, welche bewirken, daß sie ihre Steuerstellung für das Einatmen beendet, und diese Eingänge sind an eine von Hand betätigbare Ausatmungs-Auslöseschaltung 76, einen Druckbegrenzungs-

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schaltkreis 78, eine Einatmungs-Zeitgebervorrdchtung 80 und den von den in der Balgenvorrichtung 10 angeordneten Elementen 32, 34 und 36 gebildeten Volumenbegrenzungsdetektor angeschlossen. Eine Druckbegrenzungsanzeigevorrichtung 82 kann betätigt werden, um eine rote Anzeige, ansprechend auf ein von einer Aktivierung svor richtung 84, die ihrerseits von dem Ausgang des Druckbegrenzungsschaltkreises 78 aktiviert wird, kommendes Anzeigesignal zu zeigen. Die Anzeigevorrichtung 82 arbeitet mit reflektiertem Licht. In ähnlicher Weise wird eine rote Anzeigevorrichtung 86 durch eine Aktivierungsvorrichtung 88 ansprechend "auf den Ausgang der Einatmungszeitgebervorrichtung 80 betrieben, während ein grünes Anzeigelicht 90 in ähnlicher Weise, gesteuert durch eine Anzeigeaktivierungsvorrichtung 92, die durch einen Ausgang des Patienten-Auslöseschaltkreises 72 aktiviert wird, betrieben wird.

Ist beim Betrieb der Schaltung der Betriebszustand ATEMHILFE eingestellt, so wird ein Signal für geminderten Sauerstoffdruck durch eine Leitung 93 auf den Patienten-Auslöseschaltkreis aufgegeben, um ihn zu aktivieren, und eine Einlaßsteueröffnung für den Patienten-Auslöseschaltkreis ist über eine Patientenbezugsleitung 94 an den Atemschlauch 28 des Patienten angeschlossen, so daß der Patienten-Auslöseschaltkreis ein Ausgangssignal erzeugt, das die Haupt-Flip-Flop-Schaltung 60 in ihre Einatmungsstellung kippen läßt, wenn der Druck in der Patientenbezugsleitung 94 auf ein Minimum absinkt und dadurch die Beendigung des Ausatmungszyklus anzeigt. Während die Anlage im Betriebszustand ATEMHILFE arbeitet, leuchtet das grüne Anzeigelicht 90 jedesmal auf, wenn der Patienten-Auslöseschaltkreis ein Signal abgibt, was wiederum durch die Atmung des Patienten, ansprechend auf ein über die Patientenbezugsleitung 94 weitergeleitetes Signal, gesteuert wird. Ein zusätzlicher Eingang zu der Patienten-Auslöseschaltung 72 umfaßt ein Signal für geminderten Sauerstoff, welches über eine einstellbare Einlaßöffnung 96 zur Steuerung der Empfindlichkeit der Auslöseschaltung 72 weitergeleitet wird, sowie ein Eingangssignal von einem

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positiven Ausatmungsenddruck (PAED) 98, wobei die Patienten-Auslöseschaltung 72 so anpaßbar ist, daß sie ein Ausgangssignal, ansprechend auf eine geringe Eingangsdruckdifferenz zwischen dem über die Leitung 94 angeschlossenen Eingang und dem PAED-Eingang erzeugt. Der PAED-Schaltkreis 98 weist einen Toreingang auf, der an eine Ausgangsleitung 100 der Doppel-ODER/WEDER-NOCH-Schaltung 64 angeschlossen ist, und das Tor wird in geschlossener Stellung durch die positive geminderte Sauerstoffzufuhr gehalten, die über eine kleine öffnung 102, eine einstellbare öffnung 104 und ein Einwegventil 106 auf den Toreingang aufgegeben wird, wobei die Verbindung der einstellbaren öffnung 104 mit dem Einwegventil 106 über eine öffnung 108 in die Atmosphäre entlüftet wird. Während eines Ausatmungszyklus öffnet jedoch der Druck in der Leitung 100 den PAED-Aktivierungsschaltkreis, um zu ermöglichen, daß der über die öffnungen 102 und 104 zugeführte geminderte Druck über eine versetzte Einstellöffnung 110 und eine volumetrische Spitzendämpfungskammer 112 der Patienten-Auslöseschaltung 72 zugeführt wird.

Der Druckbegrenzungsschaltkreis ist in seiner Ausbildung identisch mit dem Patienten-Auslöseschaltkreis, er hat jedoch einen Ausgang, der auf einen hohen Druck, gemessen in der Patientenbezugsleitung 94, anspricht, und die Empfindlichkeit der Anordnung kann mit Hilfe einer verstellbaren öffnung 114 eingestellt werden, die als zweiter Eingang daran angeschlossen ist. Ferner ist ein Druckmesser 116 mit dem zweiten Eingang zu dem Druckbegrenzungsschaltkreis 78 verbunden, um die ausgewählte Druckbegrenzungseinstellung anzuzeigen, auf welche der Schaltkreis anspricht, und ein zweiter Druckmesser 118 ist mit der Patientenbezugsleitung verbunden, so daß der tatsächliche Druck in dieser Leitung überwacht werden kann« Eine Einstellvorrichtung ist vorgesehen aber nicht in Fig- 1 dargestellt, mit deren Hilfe die Perioden der Ausatmungs-Zeitgebervorrichtung und der Einatmungs-Zeitgebervorrichtung simultan eingestellt werden können, und es ist eine, einstellbare öffnung 120 in der Ein-·

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gangsleitung zu der Einatmungs-Zeitgebervorrichtung vorgesehen, so daß das Verhältnis Einatmungszeit/Ausatmungszeit (E/A-Zeitverhältnis) eingestellt werden kann. Diese Einstellungen sind wünschenswert, da medizinische Belüftungs- bzw. Beatmungsanlagen ein Anpassen des E/A-Zeitverhältnisses an die Bedürfnisse des einzelnen Patienten erfordern, und da es gewöhnlich als schädlich angesehen wird, ein E/A-Verhältnis anzuwenden, welches größer ist als 1. Ferner erfordert ein kontrolliertes Atmen gleichförmige Zyklusmengen, diese Mengen sollten jedoch einstellbar sein, um Änderungen in dem Minutenvolumen zu erlauben, ohne das gewählte E/A-Zeitverhältnis zu stören. Die oben erwähnten Steuerungen genügen diesen Anforderungen.

Eine zusätzliche Funktion der hier offenbarten Beatmungsvorrichtung wird durch eine Anschlußleitung 122 zum Anschluß an eine Zerstäubungsvorrichtung erfüllt, bei welcher die Anschlußleitung 122 durch eine einstellbare öffnung 124 an eine Stellung AUS, eine Stellung PERIODISCH, in welcher die Zerstäubungsvorrichtung durch den Ausgang des Lieferventils 50 betrieben wird, und an eine Stellung KONTINUIERLICH, in welcher die Zerstäubungsvorrichtung durch die über eine öffnung 128 angeschlossene Sauerstoffquelle betrieben wird, angeschlossen ist.

Zusammengefaßt läßt sich sagen, daß in Betriebszustand ATEMHILFE der Einatmungszyklus durch den Volumerbegrenzungsschaltkreis 78, durch die von Hand betätigbare Signalvorrichtung 76, durch das über die Leitung 36 angeschlossene Druckbegrenzungssignal, oder durch die Einatmungs-Zeitgebervorrichtung 80, und der Ausatmungszyklus durch die,,Patienten-Auslöseschaltung 72, oder den von Hand betätigbaren Signalschalter 70 beendet wird.

Im Betriebszustand ATEMSTEUERUNG wird die geminderte Sauerstoffquelle über den Wählschalter 58 angeschlossen, um die Ausatmungs-Zeitgebervorrichtung zu aktivieren, während der Patienten-Auslöseschaltkreis 72 inaktiviert wird. Daher wird im Betriebszustand ATEMSTEUERUNG der in der Leitung 62 erzeugte Einatmungs-

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befehl von der Ausatmungs-Zeitgebervorrichtung 74 oder dem von Hand betätigbaren Signalschalter 70 ausgelöst, während der Einatmungszyklus durch irgendeinen der vier Eingänge zu der Haupt-Flip-Flop-Schaltung 60 von dem von Hand betätigbaren Schalter beendet wird, wobei zu diesen Eingängen der Signal-Druckbegrenzungsschaltkreis 78, die Einatmungs-Zeitgebervorrichtung 80 oder das über die Leitung 36 zugeführte Volumenbegrenzungssignal gehören. Während des Normalbetriebes im Betriebszustand ATEMSTEUERÜNG kann die Haupt-Flip-Flop-Schaltung sowohl während des Eina'tmungszyklus als auch während des Ausatmungszyklus in zeitgesteuerter Weise, bestimmt durch die Zeitgebervorrichtungen 74 bzw. 80, betrieben werden. Der Einatmungszyklus wird jedoch vorzeitig vor seinem zeitgesteuerten Ablauf beendet, wenn entweder die Druckgrenze oder die Volumengrenze ihre vorbestimmten Maximalwerte erreichen.

Im Betriebszustand ATEMHILFE/ATEMSTEUERUNG aktiviert der Wählschalter 58 sowohl den Patienten-Auslöseschaltkreis 72 als auch die Ausatmungs-Zeitgebervorrichtung 74 durch Anwendung zweier Einwegventile 58A und 58B, so daß die Schaltung im Hinblick auf den Betriebszustand ATEMSTEUERUNG wie oben beschrieben arbeitet mit der Ausnahme, daß die Flip-Flop-Schaltung 60 zur Erzeugung ihres Einatmungsbefehls längs Leitung 62 durch das Patienten-Auslösesignal von der Vorrichtung 72, wie auch durch die Ausatmungs-Zeitgebervorrichtung 74 ausgelöst wird.

Die in den Blöcken der Fig. 1 enthaltene wirkliche Schaltung ist in größerer Einzelheit in Fig. 2 dargestellt, die eine bevorzugte Ausführungsform des Patienten-Auslöseschaltkreises 72 zeigt, der ein sechsstufiges fluidbetriebenes Schaltelement mit drei Proportionalverstärkern 130A, 130B, 130C enthält, die miteinander und mit drei in Serie geschalteten Flip-Flop-Schaltüngen 132A, 132B, 132C in Serie geschaltet sind. Jeder dieser sechs Schaltkreise ist mit seinem Versorgungs- oder Aktivierungseingang über die Leitung 73 an den Wählschalter 58 für den Betriebszustand angeschlossen, während jeder der

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Schaltkreise 130Β, 130C, 132Α, 132Β und 132C mit seinen Steuereingängen an die jeweiligen Ausgänge der vorhergehenden Stufe

angeschlossen ist. Jeder der Steuereingänge des ersten Proportionalverstärkers 13 0A ist jeweils mit dem Ausgang des PAED-Schaltkreises 98 und mit der Patientenbezugsleitung ^94 verbunden. Ferner ist die einstellbare öffnung 96 zur Einstellung der Empfindlichkeit an einen zweiten Steuereingang des Proportionalverstärkers 130B angeschlossen, und diese Anordnung erlaubt eine stabile Einstellung der Empfindlichkeit von +1 bis mehr als -10 cm H-O, bezogen auf Umgebungsdruck. Der vierte Eingang zu dem Verstärker 130B ist "belüftet. Die Torvorrichtung für die PAED-Aktivierungsvorrichtung 98, die schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt eine Membran 134, die die zu dem PAED-Eingang für den Proportionalverstärker 130A führende Leitung verschließt, und man sieht, daß die PAED-Aktivierungsvorrichtung 98 durch diese Membran 134 infolge des Druckes aus der Leitung 100 während des Einatmens geschlossen gehalten wird. Der Druck, der über das Einwegventil 106 kommt, wird durch ein Signal von der Doppel-ODER/WEDER-NOCH-Schaltung 64 umgekehrt. Die Membran 134 gestattet einen Sauerstofffluß von den Ventilen 102 und 104 und dann durch das einstellbare Ventil 110 und die Dämpfungskammer 112 durch den Proportionalverstärker 130A, während des Ausatmungsvorganges. Auch wird während des Ausatmungsvorganges der Druck durch 106 zu Leitung 100 weitergegeben, wo er verwendet wird, um das Ausatmungsventil des Patientenkreises auf dem PAED-Druck zu halten.

Beim Betrieb wird ein Ausatmungsenddruck, der höher bleibt als der Umgebungsdruck, erzeugt, indem eine kleine Menge Treibgas durch das Einwegventil 106 in die Ausatmungsableitung ausfließt. Hierdurch wird die Membran 134 der PAED-Vorrichtung 98 auf einem geringen positiven Druck gehalten. Da die meisten Ausatmungsventile die Drücke im Atemschlauch des Patienten geringfügig höher halten als ihre Betätigungsdrücke, wird der Druck am Ausgang der ODER/WEDER-NOCH-Schaltung bei PAED gewöhn-' lieh geringer sein als der PAED-Druck, der an dem Druckmesser

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des Patienten angezeigt wird. Man wird daher die Erfahrung - machen, daß die erzielbaren PAED-Drücke mit Ausatmungsverteilern verschiedener Hersteller schwanken. Um PAED während der Atemhilfe anwenden zu können, ohne der Anstrengungen des Patienten beim Einatmen zu bedürfen, um den Atemschlauch des Patienten auf Umgebungsbedingungen zurückzuführen, wird der PAED-Druck auf die Patienten-Auslöseeinheit aufgegeben, um diese Einheit vorzuspannen, so daß sie ausgelöst werden kann, während der Druck im Atemschlauch des Patienten sich noch über Umgebungsdruck befindet. Die Größe der erforderlichen Druckdifferenz zur Betätigung der Auslöseeinheit wird durch das versetzte Einstellventil 110 voreingestellt. Während des Einatmungsvorganges ist die Membran 134 geschlossen und hält das Vorspannung ssignal von der Patienten-Auslöseeinheit fern, so daß hohe Ausatmungsventildrücke die Beatmungsvorrichtung nicht im Zustand der Einatmung halten. Während des Ausatmungsvorganges öffnet jedoch die Membran 134 und läßt den PAED-Druck zu der Einheit 130A des Patienten-Auslöseschaltkreises durch. Das System wird gewöhnlich voreingestellt, so daß die zum Auslösen der Patienten-Auslöseeinheit erforderliche Druckdifferenz relativ groß im Vergleich zu der ist, die normalerweise ohne PAED zum Ausgleich von Lecks erforderlich ist. Das versetzte einstellbare Ventil 110 ist so ausgebildet, daß es als Leckkompensierungsvorrichtung zum Unempfindlichmachen der Patienten-Auslöseeinheit während des PAED-Betriebes dient.

Der Druckbegrenzungsschaltkreis 78 ist mit dem oben beschriebenen Patienten-Auslöseschaltkreis 72 in seiner Konstruktion identisch, mit der Ausnahme, daß die an jeden der sechs Einzelschaltkreise.angeschlossene Quelle an die geminderte Sauerstoffquelle am Ausgang des Druckminderungsventils 56 angeschlossen ist, während die Steuereingänge des Druckbegrenzungsschaltkreises 78 wie oben in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ausgebildet sind.

Man sieht somit, daß die Schaltkreise 72 und 78, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, identisch sind, obgleich ihre Eingangssignale auf unterschiedliche Weise erzeugt werden können, um den

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Schaltkreis auf unterschiedliche Eingangsparameter ansprechen
zu lassen. Zusätzlich zu den oben anhand Fig. 2 beschriebenen
Ansprechgrößen können die Eingänge des sechsstufigen Schaltkreises in wenigstens drei unterschiedlichen Ausbildungen angesteuert werden, so daß der Schaltkreis als universeller Auslöseschaltkreis bezeichnet werden kann. So können beispielsweise die Eingänge wie bei 72 in Fig. 2 dargestellt, geschaltet sein, während der PAED-Eingang durch einen Umgebungsdruckeingang ersetzt ist, so daß der Schaltkreis auf geringe negative Drücke anspricht. Als anderes Beispiel kann der PAED-Eingang
zu dem Schaltkreis 72, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, so
geschaltet sein, daß er automatisch vorgespannt wird, um ein
Auslösen bei Druckwerten über oder unter Atmosphärendruck zu
gestatten. Zum Beispiel kann der Eingang mit einem Dreistellungsschalter verbunden sein, so daß bei Anwendung von PAED-Drücken ein geringfügig über Atmosphärendruck liegender Druck angewendet wird, während bei negativen Ausatmungsenddrücken (NAED) ein geringfügig unter Atmosphärendruck liegender Druck über eine
zweite Stellung des Schalters anwendbar ist. Bei derartigen
NAED-Anwendungen wird das Bezugs- und Einstellungsgas benützt, um eine Venturidüse zur Evakuierung des Atemschlauches des Patienten zu betreiben, wodurch der für die negative Vorspannung erforderliche Unterdruck erzeugt wird. Die dritte Stellung des Schalters kann normalen Betrieb herstellen, so daß der universelle Auslöseschaltkreis vom Betriebszustand NORMAL in den Betriebszustand PAED und weiter in den Betriebszustand NAED geschaltet werden kann, ohne die Notwendigkeit einer erneuten Einstellung der Empfindlichkeitssteuerung. Ein weiteres Beispiel für das
Ansprechverhalten des universellen"Schaltkreises ergibt sich,
wenn eine geeignete Verengung in dem Eingang des Atemschlauches des Patienten angebracht wird, während eine Rückkoppelungsverbindung an den Schaltkreis 72 anstelle des PAED-Eingangs angeschlossen wird, so daß die Zyklen der Beatmungsvorrichtung als Funktion des Durchflusses, oder als Funktion der Druckwechselhäufigkeit gesteuert werden. Das heißt, die Rückkoppelungsverbindung kann verwendet werden, um den Durchfluß zu messen, da

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die Druckdifferenz über die Verengung in dem Atemschlauch des Patienten kennzeichnend für den Durchfluß ist. Diese zuletzt erwähnte Anordnung kann verwendet werden, um die Beatmungsvorrichtung durch eine geringe Atemanstrengung des Patienten in Gang zu setzen, und wenn ein Zeitverzögerungsschaltkreis wie z. B. ein fluidbetriebener RC-Schaltkreis in einer parallelen Rückkoppelungsleitung vorgesehen ist, kann das Patienten-Auslösesignal hinausgezögert werden.

Der Doppel-ODER/WEDER-NOCH-Schaltkreis 64 ist ebenfalls schematisch in Fig. 2 dargestellt und umfaßt eine zweistufige Vorrichtung, in welcher die erste Stufe 136 einen Ausgang für positiven Druck über die Leitung 66 ansprechend auf ein Eingangssignal, das von der Flip-Flop-Schaltung 60 über die Leitung kommt, aufweist. In ähnlicher Weise weist die zweite Stufe einen Ausgang über die Leitung 100 während des Einatmungszyklus auf, die das Ausatmungsventil in dem Atemschlauch des Patienten während des EinatmungsZyklus in geschlossener Stellung hält.

Fluidbetriebene Zeitgebervorrichtungen sind für die Ausrüstung des Atmungsgerätes konstruiert worden, die es einem bestimmten Fluidvolumen (Kapazität) gestatten, langsam bis zu einem gewünschten Schaltdruck anzuwachsen oder abzunehmen. Es ist jedoch schwierig, solche Drücke zu wiederholen, und es ist daher gewöhnlich eine sorgfältig ausgearbeitete Schaltung erforderlich, um die notwendige Wiederholbarkeit herzustellen ο Eine andere Art von Zeitgebervorrichtungen weist einen fluidbetriebenen Oszillator in Kombination mit komplizierten digitalen Addierstufen auf. Diese Konstruktion hat ebenfalls offensichtliche Nachteile.

Die Erfindung schafft genaue und relativ einfache Zeitgebervorrichtungen 74 und 80, die einen logischen Schaltkreis 74A und 80a, sowie eine Balgenvorrichtung 74B bzw! 8OB aufweisen. Wenn die Flip-Flop-Schaltung 60 geschaltet wird, um einen Ein-

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atmungsbefehl über die Leitung 62 zu erzeugen, dann erzeugt der logische Schaltkreis 74A am Ausgang einen geminderten Druck, der über eine öffnung 74C zu der Kammer der Balgenvorrichtung 74B gelangt und bewirkt, daß der dort befindliche Balgen zusammenfällt. Ein Stab 74D ist an dem beweglichen Teil des Balgens so befestigt, daß er einen Fühler 74E erreicht, um einen Gegendruck in einer Leitung 74F zu erzeugen, der als Beendigungssignal des Einatmungszyklus für die Flip-Flop-Schaltung 60 geschaltet ist. In ähnlicher Weise ist der Eingang des logischen Schaltkreises 8OA der Zeitgebervorrichtung 80 so geschaltet, daß er den gegenüberliegenden Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 60 aktiviert, während der Fühler 8OE ein Signal über die Leitung 8OF schickt, um den Ausatmungszyklus der Vorrichtung durch Umschalten der Flip-Flop-Schaltung 60 zu beenden. Zusätzlich ist die einstellbare öffnung 120 parallel zur öffnung 8OC geschaltet, um das E/A-Zeitverhältnis wie oben beschrieben zu verändern.

Verschiedene zusätzliche Einzelheiten der Konstruktion der Ventilvorrichtung sind in den Fig. 3 bis 7 dargestellt. Insbesondere Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Ventilkonstruktion, die in der Balgenvorrichtung 10 verwendet wird, bei welcher Raumluft durch den Filter 40 gezogen wird, das Gemisch Sauerstoff/Luft durch den Ventilkno'pf 44A gesteuert wird, und der Patienten-Ausgangsschlauch an den Ausgangsstutzen 28A angeschlossen ist. Die innere Konstruktion der Ventilvorrichtung ist in den Figuren 4 bis 6 dargestellt, die Querschnittsansichten zeigen, und in welchen die öffnung 140, wie in Fig. 4 dargestellt, die Einlaßöffnung des Balgens 12 bildet, während das Einlaß-Rückschlagventil 24 in Strömungsverbindung mit einer Leitung 22 entsprechend der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Einlaßleitung 22 dargestellt ist. Ähnlich ist auch der Luftfilter 40 in Fig. 4 dargestellt, und die Verbindungsleitung 16, die in Strömungsverbindung mit der Balgenkammer 14 und dem Ventil 42 steht, ist in Fig. 5 dargestellt. Auch die einstellbare • Durchflußsteueröffnung 52 und der Sauerstoffilter 54 sind in Fig. 6 dargestellt, während das Ventilorgan des. Mischventils 44 als Teil 44B in den Fig. 5 und 7 dargestellt ist. Wenn das

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Ventilorgan 44B mit Hilfe des Ventilknopfes 44A in seine äußerste Stellung im Gegenzeigersinn gedreht wird, dann wird der gesamte aus der Kammer 14 durch den expandierenden Balgen 12 hinausgedrückte Sauerstoff an die Atmosphäre durch eine Entlüftungsöffnung 142, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, entlüftet. Wird der Knopf .44A jedoch im Uhrzeigersinn gedreht, so können wachsende Mengen an Sauerstoff durch die Leitung 22 fließen, zunächst ■ durch einen Schlitz 44C in dem Ventilorgan 44B und dann durch den voll geöffneten Querschnitt 44D in dem Ventilorgan, so daß, wenn der Ventilknopf 44A vollständig im Uhrzeigersinn gedreht ist, die gesamte aus der Kammer 14 gedrückte Sauerstoffmenge
in den Balgen 12 gesogen wird. Die Druckbälle 26A und 42A,
dargestellt in den Fig. 4 bzw. 5, werden durch ÜberLeitungen
68 bzw. 66 zugeführte Drucksignale gesteuert, wie dies oben
im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde.

Da das Sauerstoff/Luft-Gemisch durch die expandierenden Balgen hergestellt und durch das Ventil 44 eingestellt wird, wird die Sauerstoffkonzentration nicht beeinträchtigt durch die Atmung des Patienten, den Durchsatz der Strömung bei der Einatmung,
das Hubvolumen, den Druck im Atemschlauch des Patienten, oder die Zyklusdauer, wodurch diesbezüglich ein genau steuerbares
System geschaffen wird.

Die Zeitgebervojnrichtungen 74B und 8OB, die in Fig. 3 schematisch dargestellt sind, sind in Fig. 8 dargestellt, wobei die Vorrichtung 74B teilweise im Querschnitt gezeigt ist,, Die Zeitgebervorrichtungen weisen abgedichtete Kammern 150, 151 auf, in welch jeder ein abgedichteter, zusammendrückbarer Balgen 152 montiert ist. Wie die Darstellung zeigt, wird der Fühler 74E von einer Feder 154 getragen, und seine Höhenstellung wird durch den
Druck bestimmt, der auf ihn durch einen Nocken 156, der auf einer Welle 158 montiert ist, ausgeübt wird. In ähnlicher Weise ist der Fühler 8OE durch einen entsprechenden Nocken 160, der auf der Welle 158 montiert ist, in seiner Lage bestimmt. Beim Betrieb der Zeitgebervorrichtungen wird ein geminderter Luftdruck selektiv über eine der öffnungen 74C und 8OC auf die

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Kammern 150 und 151 aufgegeben. Wenn dann beispielsweise die Kammer 150 beaufschlagt wird, so fällt der Balgen 152 zusammen und bewirkt, daß der daran befestigte federgespannte Stab 74D sich nach oben bewegt, bis er den Fühler 74E erreicht und auf diese Weise eine Entlüftungsöffnung in der Leitung 74F schließt, so daß die Flip-Flop-Schaltung 60 ein Eingangssignal empfängt, durch das sie so geschaltet wird, daß sie über die Leitung 62, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, einen Einatmungsbefehl erteilt. Die Balgen 152 und die Federspannung auf den Stab 74D sind so abgestimmt, daß die Stabbewegung keinen großen Druckwechsel erfordert, so daß die Bewegungszeit für den Stab genau eingestellt werden kann. Während des Eichens ist die einstellbare öffnung 120, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, vollständig geschlossen, wogegen die Nocken 156 und 160 so eingestellt sind, daß sie die erforderlichen Ausatmungs- und Einatmungs-Zeitdauern erzeugen, so daß der gewünschte maximale Wert für die Größe E/A bestimmt wird. Dann können die Zeitgeberperioden sowohl für die Zeitgebervorrichtung 74B wie auch 8OB gleichzeitig eingestellt werden, indem man die Welle 158 dreht, um die Fühler 74E und 8OE mit Hilfe der Nocken 156 und 160 wieder in Stellung zu bringen. Danach kann das E/A-Zeitverhältnis durch öffnen des Ventils 120 bis zu einer gewünschten Stellung verkleinert werden.

Die oben im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Entleerungsventile sind in Fig. 8 dargestellt, und ein Querschnitt des Entleerungsventils 74G ist in Fig. 9 gezeigt, aus welcher hervorgeht, daß ein Druckball 162 einen Ventilsitz 164 gegenüber einer Auslaßöffnung in der Seiterwandung der Kammer 150 geschlossen hält. Wenn dann die Haupt-Flip-Flop-Schaltung durch die Ausatmungs-Zeitgebervorrichtung 74 aktiviert wird, um über die Auslaßleitung 62 einen Einatmungsbefehl zu erteilen, dann wird der gegenüberliegende Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 60 an den Druckball 162 angeschlossen, um dort einen geringen negativen Druck zu erzeugen, so daß der in der Zeitgeberkammer 150 gespeicherte Sauerstoff durch den Auslaß 166 infolge des

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geöffneten Ventilsitzes 164 indie Atmosphäre ausgestoßen wird.

Das Entleerungsventil verschließt die Auslaßöffnung in der Kammer 150, wenn die Flip-Flop-Schaltung aus ihrer Einatmungsbefehl-Stellung gekippt ist.

Die beschriebene und in den Zeichnungen dargestellte Beatmungsvorrichtung wird also allein durch eine fluidbetriebene Schaltung so gesteuert, daß sie ansprechend auf die Atembedürfnisse eines Patienten manuell, automatisch, oder halbautomatisch funktioniert.

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Claims

Patentansprüche

Π J Vorrichtung für die Beatmung eines Patienten, die über ein fluides Medium gesteuert ist, gekennzeichnet durch einen Atemschlauch (28) für den Patienten; eine Einrichtung (10) für die Zufuhr einer vorbestimmten Luftmenge zu dem Atemschlauch des Patienten; einen fluidbetriebenen Flip-Flop-Schaltkreis (60), der in einen ersten und in einen zweiten stabilen Zustand geschaltet werden kann, mit gegenüberliegenden Eingängen zur Steuerung des Flip-Flop-Schaltkreises und wenigstens einem Ausgang (62) zur Erzeugung eines Drucksignals, während der Flip-Flop-Schaltkreis in seinen ersten stabilen Zustand gekippt wird; zwischen den Ausgang des Flip-Flop-Schaltkreises und die Luftzufuhreinrichtung geschaltete Betätigungselemente(50, 64) zur Betätigung der Luftzufuhreinrichtung für die Zufuhr von Luft zu dem Atemschlauch ansprechend auf das Drucksignal, wodurch eine Einatmungsperiode des Betriebes definiert wird; eine erste fluidbetriebene Zeitgebervorrichtung (80), die während der Einatmungsperiode aktivierbar ist, sowie eine zweite fluidbetriebene Zeitgebervorrichtung (74), die während einer Ausatmungsperiode aktivierbar ist, wobei die erste und die zweite Zeitgebervorrichtung jeweils Ausgänge haben, die an gegenüberliegende Eingänge des Flip-Flop-Schaltkreises zur Steuerung der Kippbewegungen des Flip-Flop-Schaltkreises zwischen seinem ersten und seinem zweiten stabilen Zustand angeschlossen sind, wobei ein Ausgangssignal von der ersten Zeitgebervorrichtung den Flip-Flop-Schaltkreis aktiviert, so daß er aus seiner ersten in seine zweite stabile Stellung kippt, und ein Ausgangssignal von der zweiten Zeitgebervorrichtung den Flip-Flop-Schaltkreis aktiviert, so daß er aus seiner zweiten in seine erste stabile Stellung kippt; einen fluidbetriebenen

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Auslöseschaltkreis (72) mit einem an dem Atemschlauch des Patienten angeschlossenen Eingang zur Erzeugung eines Auslösesignals an einem seiner Ausgänge ansprechend auf einen Minimaldruck in dem Atemschlauch des Patienten entsprechend der Beendigung eines Ausatmungszyklus des Patienten, wobei das Auslösesignal auf einen der Eingänge des Flip-Flop-Schaltkreises aufgegeben wird, um diesen so zu steuern, daß er aus seiner zweiten in seine erste stabile Stellung kippt und hierdurch die Einatmungsperiode einleitet; einen fluidbetriebenen Druckbegrenzungsschaltkreis (78) mit einem an dem Atemschlauch des Patienten angeschlossenen Eingang zur Erzeugung eines Begrenzungssignals an einem Ausgang davon ansprechend auf einen vorbestimmten Maximaldruck in dem Atemschlauch des Patienten, wobei das Begrenzungssignal auf einen der Eingänge des Flip-Flop-Schaltkreises aufgegeben wird, um diesen so zu steuern, daß er aus seiner ersten in seine zweite stabile Stellung kippt und hierdurch die Einatmungsperiode beendet; eine Einrichtung (32, 34) zur Erzeugung einesVoilumenhegrenzungssignals, die an den Atemschlauch des Patienten angeschlossen ist, um ein Auslöseausgangssignal ansprechend auf die Messung einer durch die Luftzuführungseinrichtung zu dem Atemschlauch des Patienten gelieferte, vorbestimmte Luftmenge, wobei das Volumenbegrenzungssignal auf einen der Eingänge des Flip-Flop-Schaltkreises aufgegeben, um diesen so zu steuern, daß er aus seiner ersten in seine zweite stabile Stellung kippt und hierdurch die Einatmungsperiode beendet; sowie eine Wähleinrichtung (58) für den Betriebszustand, mit welcher entweder der Auslöseschaltkreis oder die erste Zeitgebervorrichtung selektiv inaktiviert werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ' Luftzuführungseinrichtung eine Balgenvorrichtung mit einer Balgenkammer (14) und einem zusammendrückbaren Balgen (12) in der Kammer zur Lieferung der vorbestimmten Menge an Luft zu dem Atemschlauch des Patienten während der Bewegung des Zusammenfaliens des Balgens aufweist, wobei der Balgen ein

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auf Druck ansprechendes Einlaßventil (42) für den Einlaß von Luft in den Balgen und ein auf Druck ansprechendes Aus-' laßventil (26) für den Ausstoß von Luft aus dem Balgen während seiner Bewegung des Zusammenfaliens aufweist; und daß ein fluidbetriebener logischer Schaltkreis (64) zwischen den Ausgang des Flip-Flop-Schaltkreises (60) und die auf Druck ansprechenden Einlaß- und Auslaßventile des Balgens geschaltet ist, welcher zur Aktivierung auf das Drucksignal an dem Ausgang des Flip-Flop-Schaltkreises anspricht, um während der Einatmungsperiode das Einlaßventil des Balgens zu schließen und das Auslaßventil des Balgens zu öffnen, und bei Beendigung der Einatmungsperiode das Einlaßventil zu öffnen und das Auslaßventil zu schließen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet ferner durch ein einstellbarer Sauerstoff/Luft-Mischventil (44), welches zwischen das Einlaßventil des Balgens und den Balgen geschaltet ist, um den Sauerstoffgehalt der Luft in dem Balgen zu steuern, und welches an eine Raumluftquelle und über das Einlaßventil an eine Sauerstoffquelle angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Balgenkammer (14) ein festgesetztes Volumen hat und Einrichtungen (64, 42) aufweist, die auf das Drucksignal von dem Ausgang des Flip-Flop-Schaltkreises ansprechen, um die Balgenkammer mit Sauerstoff zu beaufschlagen und hierdurch den Balgen zusammenfallen und Luft durch sein Auslaßventil aus ihm austreten zu lassen, wobei der Balgen ein in ihm montiertes Gewicht (38) aufweist, welches sein Expandieren nach dem Entdrücken der Balgenkammer bewirkt, sowie eine Verbindungsleitung (16) zur Verbindung der Balgenkammer mit dem Einlaßventil des Balgens, die vorgesehen ist, um den in die Balgenkammer eingetretenen Sauerstoff durch das an den Balgen angeschlossene Einlaßventil austreten zu lassen.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flip-Flop-Schaltkreis einen zweiten Ausgang zur Erzeugung eines Drucksignals während der Flip-Flop-Schaltkreis sich in seiner zweiten stabilen Stellung befindet, die eine Einatmungsperiode der Vorrichtung bestimmt, aufweist, und daß die erste und zweite Zeitgebervorrichtung einen ersten bzw. einen zweiten logischen Steuerschaltkreis (8OA, bzw. "74A) , eine erste bzw. eine zweite abgedichtete Kammer (151 bzw. 150), einen ersten bzw. einen zweiten in den abgedichteten Kammern angeordneten, unter Druck setzbaren Balgen (152) aufweisen, wobei der erste SteuerSchaltkreis einen Ausgang aufweist, der so geschaltet ist, daß er ansprechend auf das Drucksignal von dem zweiten Ausgang des Flip-Flop-Schaltkreises (60) aktiviert wird, um eine druckgeminderte Luftmenge in die erste Kammer zu liefern, und der zweite Steuerschaltkreis einen Auslaß aufweist, der so geschaltet ist, daß er ansprechend auf das Drucksignal des ersten Ausganges des Flip-Flop-Schaltkreises aktiviert wird, um die. zweite Kammer zu beaufschlagen, 'wobei das Beaufschlagen der Kammern das Zusammenfallen der darin befindlichen Balgen bewirkt, und daß ferner ein erster bzw. ein zweiter Fühler (8OE bzw. 74E) zur Erzeugung der Ausgangssignale der Zeitgebervorrichtungen ansprechend auf das Zusammenfallen der jeweiligen Balgen nach einer vorbestimmten Zeit der Luftzufuhr zu den Kammern vorgesehen sind, welche an die gegenüberliegenden Eingänge des Flip-Flop-Schaltkreises angeschlossen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Fühler (8OE, 74E) durch ihre Bewegung die vorbestimmten Luftzufuhrzeiten, während welcher die AusgangssignaIe der Zeitgebervorrichtungen erzeugt werden, verändern, wobei eine drehbare Welle (158) mit einem Paar von darauf im Abstand voneinander montierten Nocken (156, 160), zur Berührung mit dem ersten und dem zweiten Fühler vorgesehen ist, durch deren und der Nockendrehung die

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Fühler bewegt und hierdurch die Zeitgeberperioden der ersten und der zweiten Zeitgebervorrichtung verändert werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet ferner durch ein einstellbares Bypassventil (80B), welches so geschaltet ist, daß es die Füllzeit der ersten Kammer zur unabhängigen Einstellung der Zeitgeberperiode der ersten Zeitgebervorrichtung (80) verändert.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet ferner durch ein erstes und ein zweites Entleerungsventil (8OG, 74G), die zwischen die erste bzw. zweite Kammer zur Entdrückung der Kammern ansprechend auf Eingangssignale geschaltet sind, welche von dem zweiten Ausgang des Flip-Flop-Schaltkreises (60) bzw. dessen anderem Ausgang kommen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschaltkreis (72) und der Druckbegrenzungsschaltkreis (78) identisch konstruiert sind und jeder drei in Serie geschaltete Proportionalverstärker (130A, 130B, 130C) und drei fluidbetriebene, miteinander und mit einem Ausgang der drei fluidbetriebenen Verstärker in serie geschaltete Flip-Flop-Schaltungen (132A, 132B, 132C) aufweisen, wobei der Auslöseschaltkreis ferner Verbindungseinrichtungen aufweist, um zunächst Eingänge eines der drei fluidbetriebenen Verstärker mit einer Druckquelle (96) zur Einstellung von deren Empfindlichkeit zu verbinden, und sodann Eingänge eines anderen der fluidbetriebenen Verstärker mit einer ein Signal für positiven Ausatmungsenddruck abgebenden Einrichtung (98 bis 112) und dann mit dem Atemschlauch (28) des Patienten zu verbinden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet ferner durch einen auf positiven Ausatmungsenddruck.ansprechenden Schaltkreis (98) mit einem Ausgang, der an einen Eingang des Auslöseschaltkreises zur Aufgabe eines Vorspannungssignals auf diesen angeschlossen ist, wobei der Ausatmungs-

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enddruck-Schaltkreis eine fluidbetriebene Kapazität (112) mit einem als Eingang zu dem Auslöseschaltkreis geschalteten Ausgang aufweist; ein einstellbares, versetzt angeordnetes Druckventil (110) mit einem als Eingang der fluidbetriebenen Kapazität geschalteten Ausgang; ein druckbetätigtes Torventil (98) mit einem an den Eingang des versetzten Druckventils angeschlossenen Ausgang, einem an eine Quelle (102 bis 108) für positive Ausatmungsenddrucksignale angeschlossenen Eingang, sowie einem Toreingang (100), der so geschaltet ist, daß er durch den Flip-Flop-Schaltkreis während der Einatmungsperiode aktiviert wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet ferner durch einen ersten und einen zweiten von Hand betätigbaren Druckschalter (70, 76), die an die gegenüberliegenden Eingänge des Flip-Flop-Schaltkreises (60) angeschlossen sind, um den Flip-Flop-Schaltkreis aus einer seiner stabilen Stellungen in seine andere stabile Stellung kippen zu lassen, sowie durch eine erste, eine zweite und eine dritte Anzeigevorrichtung (90, 82, 86), die jeweils an die Ausgänge des Auslöseschaltkreises (72) , des Druckbegrenzungsschaltkreises (78) und der ersten Zeitgebervorrichtung (80) geschaltet sind, um das Vorliegen von Signalen an ihren jeweiligen Ausgängen anzuzeigen.
12. Vorrichtung für die Beatmung eines Patienten, gekennzeichnet durch einen ersten, einen zweiten und einen dritten fluidbetriebenen Schaltkreis, die jeder aus einem Proportionalverstärker (130A, 130B, T30C) bestehen, sowie durch einen vierten, einen fünften und einen sechsten fluidbetriebenen Schaltkreis, die jeder aus einer Flip-Flop-Schaltung (132A, 132B, 132C) bestehen, wobei jeder fluidbetriebene Schaltkreis ein Paar von Eingängen und ein Paar von Ausgängen aufweist, wobei die Ausgänge des ersten bis fünften fluidbetriebenen Schaltkreises an die Eingänge des nächstfolgenden Schaltkreises angeschlossen sind, die Ausgänge des sechsten

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fluidbetriebenen Schaltkreises Auslöseschaltkreis-Ausgangssignale erzeugen, einer der Eingänge des ersten fluidbetriebenen Sehaltkreises an eine Quelle (102, 108) für Eingangssteuersignale angeschlossen ist, und der andere Eingang des ersten fluidbetriebenen Schaltkreises an eine Quelle (94) für Bezugssignale angeschlossen ist, und wobei der zweite fluidbetriebene Schaltkreis ein zweites Paar von Eingängen zum Anschluß an eine Quelle für einen Vorspannungsbezugsdruck bzw. eine Quelle (96) für Empfindlichkeitssignale aufweist.
13. Fluidbetr!ebener Zeitgeberschaltkreis, gekennzeichnet durch eine Balgenkammer (150), einen unter Druck setzbaren Balgen (152) in der Balgenkammer, einen fluidbetriebenen Schalter (74A) zur selektiven Lieferung einer gesteuerten Luftmenge zu der Balgenkammer zur Erzeugung einer zusammenfallenden Bewegung des Balgens, und durch einen Fühler (74E), der das Ende eines Zeitgeberzyklus bestimmt, indem er ein Drucksignal ansprechend auf ein Vorbestimmtes Ausmaß der Bewegung des Zusammenfaliens des Balgens erzeugt.
14. Schaltkreis nach Anspruch 13, gekennzeichnet ferner durch ein einstellbares Ventil (120), das zwischen den fluidbetriebenen Schalter und die Balgenkammer zur Einstellung des Luftstroms in die Balgenkammer geschaltet ist.
15. Schaltkreis nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet ferner durch ein druckbetätigtes Entleerungsventil (74G), das zur Entleerung der Balgenkammer an diese angeschlossen ist, um nachfolgend den Beginn eines Zeitgeberzyklus zu ermöglichen.

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