DE2637366A1

DE2637366A1 - Beatmungsgeraet

Info

Publication number: DE2637366A1
Application number: DE19762637366
Authority: DE
Inventors: William Robert Dahl
Original assignee: Sandoz AG
Current assignee: Sandoz AG
Priority date: 1975-08-21
Filing date: 1976-08-19
Publication date: 1977-03-03
Also published as: US4003377A; SE7609026L; BE845392A; CH608371A5; JPS5233399A; SE415958B; DD125469A5; FR2321273A1; ES450809A1; NL7609111A; DK364076A; FR2321273B1; GB1562604A; CA1042308A; DE2637366C2; IT1044380B

Description

MÜLLER-BORE · GROENING · DEOTEL · SCHÖN · 1123RTEL

PAT E NTA Ji "WÄ LTE S/S 89 — 36 DR. WOUFGANG MUUUER-BORE

CPATENTANWAUT VON 1927 - 1973) HANS W. GROENING, DIPU.-ING. DR. PAUL. DEUFEU. DIPU.-CHEM.

, . DR-AUFREDSCHoN₁DIPU₁-CHEM.

- . WERNER HERTEU, DIPU.-PHYS.

Sandoz-Patent-GmbH 7850 Lörrach

Be atmung s ge rät

Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät.

Beatmungsgeräte, d. h. Vorrichtungen zum Steuern und Unterstützen der Atmung eines Patienten, sind bekannt.

Das erfindungsgemäße Beatmungsgerät ist ein Gerät, mit welchem ein gewünschtes Sauerstoff-Luft-Geraisch unter Druck einem Patienten mit einer spezifischen gewünschten Menge in gewünschten Einatmungs-Ausatmungs-Halbzyklen zugeführt wird. Das Beatmungsgerät kann beispielsweise durch eine Haupt-Flip-Flop-Schaltung pneumatisch oder elektrisch betätigt gesteuert werden, so daß sowohl der Einatmungs- als auch der Ausatmungshalbzyklus durch Handauslösungen und durch Zeitschaltungsauslösungen begonnen werden kann, wobei der Einatmungshalbzyklus . auch durch eine Detektoreinrichtung ausgelöst werden kann, welche den Versuch des Patienten, einzuatmen, erfühlt -_t während der Ausatmungshalbzykius durch einen Druckgrenzensensor eingeleitet werden kann.

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Bei der Verwendung einer solchen bekannten Vorrichtung zum Steuern der Atmung von Patienten ist es oft erforderlich, den Patienten von der Abhängigkeit des Gerätes zu "entwöhnen". Für diesen Zweck wird die Vorrichtung so eingestellt, daß die Anzahl der dem Patienten aufgezwungenen Beatmungszyklen langsam verringert wird, bis der Patient in der Lage ist, selbst zu atmen. Dieses Konzept wird als "intermittierende zwangsweise Beatmung", abgekürzt IMV, bezeichnet.

Bei der Verwendung einer solchen Vorrichtung wird bevorzugt sichergestellt, daß jede zwangsweise Atmung, mit der der Patient versorgt wird, begonnen wird, wenn der Patient von sich aus einen Ausatmungs-Halbzyklus abgeschlossen hat, = so daß das Ausatmen der Luft, vom Patienten selbst nicht unterbrochen wird. Dieses Konzept wird als synchronisierte intermittierende Zwangsbeatmung, abgekürzt SIMV, bezeichnet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, für ein derartiges Beatmungsgerät eine Schaltung zu schaffen, mit der sich diese synchronisierte Funktion erreichen läßt.

Erfindungsgemäß wird ein Steuersystem für die Verbindung mit einem Atmungsgerät für einen Patienten derart vorgesehen, daß das Gerät betrieben werden kann, um einen Patienten von der Abhängigkeit vom Gerät zu "entwöhnen". Die Erfindung betrifft somit ein Gerät, welches es dem Patienten ermöglicht, von selbst zu atmen, welches jedoch dem Patienten auf einer intermittierenden Basis mit einer zwangsweisen Atmung versorgt, bis seine Eigenatmungskapazität ausreichend ist. Erfindungsgemäß werden die intermittierenden Atmungen sychronisiert zum Atmen des Patienten von sich aus vorgesehen.

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Um dies zu erreichen, ist ein Steuerschalter vorgesehen, der den Normalbetrieb des Beatmungsgerätes ermöglicht, wobei ein Ausatmungsventil während des Einatmungs-Halbzyklus geschlossen wird, so daß jeder Atem zwangsweise ist, und um ein synchronisiertes intermittierendes zwangsweises Beatmungsverfahren (VIMV) zu wählen zu können, wenn man den Patienten von der Abhängigkeit vom Gerät entwöhnen möchte.

Wie vorstehend erläutert wurde, kann das Beatmungsgerät so gesteuert werden, daß die Einatmungs-Ausatmungs-Halbzyklen mittels einer Haupt-Flip-Flop-Schaltung be*· gönnen werden, wobei die Flip-Flop-Schaltung von Hand oder durch Zeit- bzw. Taktgeber in beiden Halbzyklen gesteuert werden kann und der Einatmungs-Halbzyklus durch eine Patienten-Triggerschaltung begonnen werden kann, welche den Versuch eines Patienten, einzuatmen, feststellt, während der Ausatitiungs-Halbzyklus ebenfalls durch einen Volumengrenzensensor und einen Druckgrenzensensor begonnen werden kann. Während des SIMV-Verfahrens ist die Zeitgebereinrichtung für den Einatmungshalbzyk^s abgeschaltet, da ihre Steuergeschwindigkeit nicht mit der niedrigeren Geschwindigkeit des Ausatmungs-Zeitgebers übereinstimmt. Die Einrichtung für die Zeitsteuerung bzw. Taktsteuerung des Ausatmungs-Halbzyklus wird so gesteuert, daß die normale Zeitsteuerperiode vergrößert wird. Diese gesteigerte Zeitgeberperiode wird einstellbar gesteuert, so daß der Zeitgeber benutzt werden kann, um die zwangsweisen Atmungen einzuleiten, die gegenüber der normalen Beatmungsgeschwindigkeit mit einer verringerten Geschwindigkeit ausgeübt werden, und daß die Einatmungs-Halbzyklen synchron zu den Versuchen des Patienten begonnen werden, einzuatmen. Das bedeutet, daß der Zeitgeber für die Ausatmungsperiode für einen zwangsweise Einatmungs-Halbzyklus auf einer intermittierenden Basis sorgt, und zwar in einer

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Weise, bei welcher die Atmungsperiode synchronisiert zu der normalen Atmungsperipde des Patienten ist. Wenn somit die ausgedehnte Steuerperiode für den Einatmungszeitgeber vor der normalen Anfangsperiode für einen Einatmungs-Halbzyklus endet, verzögert die Einrichtung automatisch einen solchen Beginn für ein Periode von bis zu 4 Sekunden, worauf, wenn die Einatmungsperiode von dem Patienten nicht begonnen worden ist, die Einrichtung automatisch auf eine Einatmungsperiode bei zwangsweiser Beatmung schaltet.

Diese Funktionen werden bei einer Ausführungsform der Erfindung durch eine Schaltung ausgeführt, welche eine monostabile Schaltung zur Erzeugung eines Signals am Beginn der ersten Einatmungsperiode aufweist, nachdem das SIMV-Verfahren gewählt ist. Das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung schaltet eine SIMV-Flip-Flop-Schaltung, wodurch ein Eingangssignal für eine ODER/ ODER-NICHT-Schaltung tOR/NOR) erzeugt wird. Das ODER-Ausgangssignal der ODER/ODER-NICHT-Schaltung schaltet den Einatmungszeitgeber ab. Das Ausgangssignal der SIMV-Flip-Flop-Schaltung lädt auch eine kapazitive Einrichtung, die einen pneumatischen Schalter im offenen Zustand hält, während sie geladen bleibt. Die Wahl des SIMV-Verfahrens öffnet außerdem eine Bypass-Schaltung, die normalerweise einen Speiseweg für den Ausatmungszeitgeber bildet, und koppelt eine variable Begrenzung in den Speiseweg, so daß die Zeitsteuerperiode erhöht wird. Während des SIMV-Verfahrens bleibt das Ausatmungsventil offen, ausgenommen während der zwangsweisen Beatmungsperiode, so daß der Patient normal atmen kann. Wenn die Zeitsteuerperiode des AusatmungsZeitgebers schließlich "abläuft", erzeugt der von der kapazitiven Einrichtung gesteuerte pneumatische Schalter eine 4-Sekunden-Verzögerung, die es dem Patienten ermöglicht, von selbst einen Einatmungs-HaIbzyklus freiwillig einzuleiten. Am Ende der vier Sekunden

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wird ein Signal erzeugt, um den Einatmungs-Halbzyklus einzuleiten, wenn ein solcher Beginn nicht bereits stattgefunden hat. Das Ausgangssignal des Ausatmungs-Zeitgebers ist ebenfalls mit der SIMV-Flip-Flop-Schaltung und der ODER/ODER-NICHT-Schaltung gekoppelt, um dafür zu sorgen, daß das Ausatmungsventil während der zwangsweisen Beatmungsperiode geschlossen bleibt, so daß eine volle Menge an Sauerstoff dem Patienten zugeführt wird.

Bei einer weiteren Ausfuhrungsform sind eine monostabile Schaltung, eine Flip-Flop-Schaltung und eine ODER/ ODER-NICHT-Schaltung vorgesehen, die wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform arbeiten. Der SIMV-Wahlschalter erzeugt jedoch zwei Bereiche von zwangsweisen Beatmungen pro Minute. In dem höheren Bereich hat die oben beschriebenen variable Begrenzungseinrichtung eine zweite Begrenzungseinrichtung, die parallel dazu gekoppelt ist und die Wahl einer höheren Anzahl von Atmungen pro Minute ermöglicht. Im unteren Bereich ist der parallele Weg mit der zweiten Begrenzungseinrichtung blockiert, so daß die variable Begrenzungseinrichtung einen viel niedrigeren Bereich von Atmungen pro Minute ermöglicht.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild die Funktion des erfindungsgemäßen Gerätes.

Fig. 2 zeigt in einem Schaltbild die Bauelemente einer Ausführungsform des Gerätes.

Fig. 3 zeigt in einem Schaltbild eine Modifizierung der Ausführungsform von Fig. 2. .

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Das SIMV-Konzept wird im folgenden in Verbindung mit den Bauelementen eines bereits vorhandenen Beatmungsgerätes erläutert, das im einzelnen bekannt ist. In einem Abschnitt des vorhandenen Systems ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, eine Haupt-Flip-Flop-Schaltung 1o mit einem Ausgang 12 vorgesehen, die Steuersignale für den Start des Einatmungs-Halbzykius beim Betrieb des Beatmungsgerätes erzeugt. Dafür wird an der Ausgangsleitung 12 ein Einatmungsbefehl abhängig von einem Eingangssignal erzeugt, das an der linken Seite der Flip-Flop-Schaltung 1o empfangen wird, wobei eine Beendigung eintritt, wenn ein Eingangssignal an der rechten Seite empfangen wird. Die Flip-Flop-Schaltung ist in der Lage, ihren Einatmungsbefehl abhängig von irgendeinem von drei Signalen zu erzeugen, die von einer Patienten-Triggerschaltung 14, einer von Hand betätigten Triggerschaltung 16 oder von einem Einatmungszeitgeber 18 empfangen werden können. Die Patienten-Triggerschaltung wird durch den Druck in einer Patienten-Bezugsleitung betätigt, so daß, wenn ein Druck in dieser Leitung vorhanden ist, der unter einem bestimmten Bezugspegel liegt, ein Versuch angezeigt wird, daß der Patient einatmen will, wodurch die Patienten-Triggerschaltung ein Ausgangssignal erzeugt, um die Flip-Flop-Schaltung 1o zu triggern und um den Einatmungsbefehl zu veranlassen. Im Normalbetrieb ist, wenn sich ein SIMV-Wahlschalter 2o in der AQS-Stellung befindet, eine Luftzuführung über den Schalter mit dem Ausatmungszeitgeber 18 gekoppelt, damit der Zeitgeber immer dann arbeiten kann, wenn ein Rücksetzsignal von der Steuerschaltung 22 fehlt. Wenn der Wahlschalter 2o sich in der AüS-Stellung befindet, steuert die Steuerschaltung 22 einen Schalter 24, wodurch das Ausgangssignal des Zeitgebers 18 direkt mit der Eingangsseite der Flip-Flop-Schaltung gekoppelt wird. Somit "läuft" im Normalbetrieb und bei fehlendem älteren Signal von der Patienten-Triggerschaltung 14 und der Handtriggerschaltung 16 der Zeitgeber 18 "ab". Sein Ausgangssignal

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veranlaßt die Flip-Flop-Schaltung, sofort einen Einatmungsbefehl zu erzeugen. Dann koppelt die Steuerschaltung 22 ein Rücksetzsignal mit dem Ausatmungszeitgeber, sobald sie . den Einatmungsbefehl in der Leitung 12 feststellt, so daß der Zeitgeber während der Einatmungsperiode abgeschaltet wird. Bei dem bekannten Beatmungsgerät läuft der Einatmungsabschnitt des Zyklus wieter, bis beispielsweise, von einer handbetätigten Triggerschaltung, einer Druckgrenzen-Fühleinrichtung, einem Einamtungszeitgeber oder einer Volumengrenzenfühleinrichtung ein Beendigungssignal empfangen wird.

Wenn ein Patient von der Abhängigkeit von dem Beatmungsgerät entwöhnt werden soll, wird der SIMV-Wahlschalter 2o in seine EIN-Stellung bewegt, wodurch der "Ablauf"-Zeitraum (timing out period) des AusatmungsZeitgebers erhöht wird, so daß zwangsweise Atmungen intermittierend entsprechend der verlängerten Zeitperiode veranlaßt werden. Bei dem SIMV-Verfahren arbeitet die Steuerschaltung 22 so, daß der Einatmungszeitgeber abgeschaltet wird, da seine Zeitsteuerperiode nicht der verlängerten Periode des AusatmungsZeitgebers angepaßt ist. Die Ausatmungssteuerperiode wird so eingestellt, daß zwangsweise Atmungen mit wählbaren intermittierenden Intervallen dadurch erreicht werden, daß die Zeitsteuerperiode des Ausatmungszeitgebers variiert wird, wodurch dieser ein Ausgangssignal mit einer auf die Atmungsfrequenz bezogenen Rate, abgibt und das Ausgangssignal des Zeitgebers eine "Vollatmung" am Beatmungsschlauch veranlaßt.

Um die Zeitsteuerperiode für den Ausatmungszeitgeber zu verlängern, wird die durch eine Einrichtung 26 zugeführte Luft verringert, wobei diese Einrichtung einfach aus einer Begrenzung im Einlaß zu dem Zeitgeber bestehen kann. Wenn dann bei dem SIMV-Verfahren der Zeitgeber schließlich "abläuft" steuert ein Ausgangssignal aus der Steuerschaltung 22 den Schalter 24 so, daß das Ausgangssignal des Zeitgebers

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über eine Verzögerungsschaltung 28 der Flip-Flop-Schaltung 1o zugeführt wird. Die Verzögerungsschaltung 28 verzögert das Betatigungssignal um einen Zeitraum von vier Sekunden, so daß der Patient selbst die Flip-Flop-Schaltung ansprechend auf seinen Versuch, einzuatmen, triggern kann. Wenn andererseits die Patienten-Triggerschaltung 14 keinen solchen Versuch, einzuatmen, feststellt, betätigt das Signal aus dem Ausatmungszeitgeber 18 schließlich die Flip-Flop-Schaltung 1o nach der Verzögerung von vier Sekunden.

Besondere Bauelemente, um diese Funktionen in der in dem Blockschaltbild von Fig. 1 gezeigten Weise zu bewirken, sind in Fig. 2 gezeigt. Ein erfindungsgemäßer Vorteil besteht darin, daß eine einfache Kombination mit einer bereits vorhanden Beatmungsgerät-Schaltung möglich ist, so daß alle vorstehend erläuterten gewünschten Funktionen ausgeführt werden können.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wird für das Arbeiten der Bauelemente ein nicht gezeigter primärer Verfahrensschalter so eingestellt, daß die Beatmungsgeräteschaltung nach einem Unterstützungs-Steuerungs-Modus, im folgenden A/C-Modus bezeichnet, arbeitet, wobei die Vorrichtung nur die Atmungsversuche des Patienten unterstützt, jedoch automatisch die Atmung des Patienten steuert, wenn ein solches Atmen vom Patienten aus nicht festgestellt wird. Das SIMV-Verfahren kann nur dann ausgeführt werden, wenn der A/C-Modus an dem primären Verfahrensschalter gewählt ist» In diesem Fall wird ein Eingehaltsignal an die Leitung 3o gelegt, so daß die Patienten-Triggerschaltung 14 eingeschaltet wird und einen Einatmungs-Halbzyklus ansprechend auf einen entsprechenden Versuch des Patienten, einzuatmen, veranlaßt. Bei Fehlen eines solchen Versuches veranlaßt der Ausatmungszeitgeber 18, wenn der SIMV-Schalter sich in der AUS-Stellung befindet, die Einleitung des Einatmungsabschnittes des Halbzyklus. Der Ausatmungszeitgeber kann beispielsweise aus

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NACHGEREICHT I

einer ODER-NICHT-Schaltung 18A (NOR) einem Steuerbalg 18B und einem Sensor 18C bestehen. Das Ausgangssignal der ODER-NICHT-Schaltung 18A wird mit dem Steuerbalg 18B über einen Schalter 32 gekoppelt, der eine flexible Membran 34 hat, welche zwei öffnungen 36A, 36B in einer abgedichteten Kammer des Schalters schließt. Die öffnung 36A ist mit dem Ausgang der ODER-NICHT-Schaltung 18A verbunden, während die öffnung 36B mit einer abgedichteten Kammer des Steuerbalgs 18B verbunden ist. Parallel zu den beiden öffnungen 36A und 36B ist außerhalb des Schalters 32 eine variable Begrenzungseinrichtung 26 geschaltet _t die dazu verwendet wird, die Ladezeit des Balgs 18B bei dem SIMV-Verfahren_r wenn die Membran 34 die öffnungen innerhalb des Schalters 32 abdichtet, zu verlangsamen. Bei dieser Bauweise werden die öffnungen 36A und 36B während des Normalbetriebs des Beatmungsgerätes in Verbindung gehalten, wenn der Wahlschalter 2o sich in der AüS-Stellung befindet» Wenn unter diesen Betriebsbedingungen kein Signal axrf die Einatmungs*- befehlsleitung 12 gegeben wird, die als Eingang mit der ODER-NICHT-Schaltung 18A verbunden ist, wird ein Ausgangssignal durch die ODER-NICHT-Schaltung 18A erzeugt und über den Schalter 32 zum Balgelement 18B kurzgeschlossen« Dadurch wird das Balgelement 18B mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zum Kollabieren gebrachtρ bis schließlich der Hübsensor 18C geschlossen wird und ein Signal zur Haupt-Flip-Flop-Schaltung über den Schalter 24 sendet und die Ausatinungsperiode beendet. An dem Steuerbalg 18B ist ein Ablaßventil 18C vorgesehen. Wenn ein Drucksignal aus einer Leitung 38, die mit dem Auslaßventil verbunden ist, ausgetragen wird, wird die darin über die ODER-NICHT-Schaltung 18a eingebrachte Luft vollständig zur Atmosphäre entlüftet.

Unter der Arbeitsbedingung, bei welcher sich der SIMV-Schalter 2o in der AUS-Stellung befindet, kann die Atmungsperiode des Patienten mittels der Haupt-Flip-Flop-Schaltung Io gesteuert werden, deren Einatmungsbefehlsausgang 12

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so angeschlossen ist, daß ein Leistungsventil zur Betätigung einer Balgeinrichtung gesteuert wird, welche ein gewünschtes Sauerstoff-Luft-Gemisch dem Patienten über einen Beatmungsschlauch zuführt. Die Luft kann dem Patienten kontinuierlich zugeführt werden, bis eine Druckgrenzen-Triggerschaltung 4o ansprechend auf einen vorgegebenen Druck in einer Leitung betätigt wird, die mit dem Sauerstoff zuführungssehiatich zum Patienten verbunden ist. Wenn somti der Druck des Sauerstoff-Luft-Gemisches, das dem Patienten zugeführt wird, eine vorgegebene Höhe überschreitet, erzeugt die Druckgrenzenschaltung ein Ausgangssignal, welches der Seite der Flip-Flop-Schaltung zugeführt wird, welche den Einatmungshalbzyklus beendet. Ein Volumengrenzensensor 42 hat einen Eingang, dem ein Signal aufgegeben wird, welches anzeigt _B daß eine vorgegebene Menge des Sauerstoff-Luft-Gemisches dem Patienten zugeführt worden ist, so daß, wenn dieses vorgegebene Volumen erreicht ist, die Haupt— Flip-Flop-Schaltung so schaltet _s daß der Einatmungs-Halbzyklus beendet wird. Weiterhin ist ein Einatmungszeitgeber 44 vorgesehen, der identisch zu dem Ausatmungszeitgeber 18 ist, mit der Ausnahme, daß sein Ausgang direkt mit einem Eingang der Haupt-Flip-Flop-Schaltung verbunden ist, so daß, wenn der Zeitgeber eine vollständige Einatmungsperiode anzeigt, die Flip-Flop-Schaltung diese Periode beendet. Das Auslaßventil für den Steuerbalg des EinatmungsZeitgebers wird durch das Einatmungsbefehls-Ausgangssignal der Haupt-Flip-Flop-Schaltung geschlossen gehalten, so daß der Zeitgeber nur während der Einatmungsperiode betätigbar ist.

Insgesamt steuert die Haupt-Flip-Flop-Schaltung die Einatmungs-Ausatmungs-Perioden und wird ihrerseits durch die Eingänge von den Handtriggern, den Zeitgebern, der Druck- und Volumentriggerschaltung sowie der Patienten-Triggerschaltungschaltung gesteuert. Wenn sich der SIMV-Schalte£ 2o in der AüS-Stellung befindet, wird ein Ventil in der

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Ausatmungsleitung während der Einatmungsperiode durch das Ausgangssignal des ODER-NICHT-Ausgangs einer ODER/ODER-NICHT-Schaltung 46 geschlossen gehalten, da keiner der Eingänge dieser Schaltung ein Signal während der Einatmungsperiode empfängt. Immer wenn das Ausatmungsventil geschlossen ist, muß der Patient ein volles Sauerstoffvolumen annehmen.

Bezüglich der Bauelemente für das SIMV-Verfahren ist auszuführen, daß, wenn der Schalter 2o in seine Ein-Stellung bewegt ist, ein Einschaltsignal dem Schalter 32 zugeführt wird, so daß die Membran 34 die öffnungen 36A_r 36B abdichtet und die variable Begrenzungseinrichtung 26 in die Zuführungsleitung für den Ausatmungs-Steuerbllg 18B schaltet. Das über den Schalter 2o angeschlossene Signal wird zugeführt, um eine monostabile Schaltung 48, eine SIMV-Flip-Flop-Schaltung 5o und eine Anzeigeeinrichtung 52 einzuschalten, die den SIMV-Betrieb anzeigt. Das Eingangssignal der monostabilen Schaltung 48 (one-shot-circuit) wird von dem Ausgang der ODER-NICHT-Schaltung 18A des AusatmungsZeitgebers angeschlossen, so daß am Anfang der ersten Ausatmung sper iode , nachdem der Schalter 2o in die EIN-Stellung bewegt ist, der eingeschalteten monostabilen Schaltung 48 ein Signal zugeführt wird. Der Ausgang der Schaltung 48 ist als einer der Eingänge der SIMV-Flip-Flop-Schaltung 5o angeschlossen. Dadurch wird ein Ausgangs— signal durch die Flip-Flop-Schaltung 5o erzeugt, das über die Leitung 5oA als einer der Eingänge der ODER-NICHT-Schaltung 46 und als ein Eingang zur kapazitiven Einrichtung 28A zugeführt wird. Die andere Seite der kapazitiven Einrichtung ist als Steuereingang mit dem Schalter 24 verbunden, der eine Membran 24A aufweist, welche ein Paar von öffnungen 28B, 28C abdichtet, die jeweils mit dem Hubsensor 18C und als ein Eingang mit der Haupt-Flip-Flop-Schaltung Io verbunden sind, um einen Einatmungs-Halbzyklus einzuleiten. Der andere Eingang zur SIMV-Flip-Flop-Schaltung 5o ist mit dem Hubsensorausgang 18C des Ausatmungs Zeitgebers

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verbunden, während der andere Ausgang 5oB für das Abschaltsignal mit dem Einatmungszeitgeber 44 verbunden ist.

Der ODER-Ausgang der ODER/ODER-NICHT-Schaltung 46 ist zur Übermittlung eines Abschaltsignals mit dem Einatmungszeitgeber 44 und mit dem Auslaßventil 18D des AusatmungsZeitgebers verbunden. Der zweite Eingang der ODER/ODER-NICHT-Schaltung 46 ist an den ODER-NICHT-Ausgang einer doppelten ODER/ODER-NICHT-Schaltung 54 angeschlossen, deren Eingang mit der Einatmungsbefehlsleitung 12 verbunden ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung der SIMV-Bauelemente ergibt sich, daß der Einatmungszeitgeber immer dann außer Betrieb ist, wenn das SIMV-Verfahren dadurch gewählt wird, daß der Schalter 2o in die EIN-Stellung gebracht wird. Dies wird durch die Signale, die dem Einatmungszeitgeber von dem ODER-Ausgang der ODER/ODER-NICHT-Schaltung 46 zugeführt werden, die immer während der Steuerperiode des Einatmungszeitgebers vorhanden sind, und durch die Signale erreicht, die von dem Ausgang 5oB der SIMV-Flip-Flop-Schaltung 5o zugeführt werden, wobei ein Ausgangssignal ansprechend auf ein Signal aus dem Hubsensor 18C erzeugt wird. Man sieht, daß der Einatmungszeitgeber ansprechend auf jedes Ausgangssignal der SIMV-Flip-Flop-Schaltung 5o außer Betrieb gesetzt wird und daß der eine oder der andere Ausgang davon immer während des SIMV-Verfahrens ein Ausgangssignal erzeugt.

Abgesehen von dem Abschalten des Einatmungszeitgebers arbeiten die Elemente genauso während des Einatmungshalbzyklus, wobei der Halbzyklus in gleicher Weise unabhängig davon beendet wird, ob sich der SIMV-S halter 2o in der EIN- oder AüS-Stellung befindet. Bei Fehlen eines Einatmungsbefehls, der am Ausgangs 12 der Haupt-Flip-Flop-Schaltung 1o erzeugt wird, sorgt die ODER-NICHT-Schaltung 18A des EinatmungsZeitgebers für einen Beschickungsstrom für den Balgabschnitt 18B über die Beschränkungseinrichtung

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da die öffnungen 36A und 36B abgedichtet sind, wenn der SIMV-Schalter 2o sich in der EIN-Stellung befindet. Dementsprechend bewegt sich die Balgeinrichtung 18B langsam, proportional zur Einttellung der einstellbaren Begrenzungseinrichtung 26. So kann beispielsweise die Begrenzungseinrichtung 26 so eingestellt sein, daß ein voller Hub der Balgeinrichtung 18B zu einem Zeitraum von vier Ausatmungs-* halbzyklen ausgeführt wird. Wenn jedoch der Hub des Ausatmungszeitgebers 18 abgeschlossen ist, erzeugt der Hubsensor 18C ein Signal an der öffnung 24B und schaltet die SIMV-Flip-Flop-Schaltung 5o so, daß ihr Ausgang 5oA zur kapazitiven Einrichtung 2SA beendet wird. Die Memhran 24A hält jedoch die öffnungen 24B und 24C in einem abgedichte-, ten Zustand, bis die kapazitive Einrichtung 28A sich über die ODER/ODER-NICHT-Schaltung 46 für einen vorgegebenen Zeitraum entlädt. Wenn sich die kapazitive Einrichtung 28A ausreichend entlädt, so daß die Abdichtung der Öffnungen 24A und 24B freigegeben wird, wird das Signal aus dem Hubsensor als ein Eingangssignal zur Haupt-Flip-Flop-Schaltung 1o geführt, die dadurch einen Einatmungsbefehl gibt. Da während einer solchen Periode keine Ausgangssignale von der ODER/ODER-NICHT-Schaltung 46 empfangen werden, erzeugt diese Schaltung ein Signal an ihrem ODER-NICHT-Ausgang, welches zum Schließen des Ausatmungsventils benutzt wird.

Wenn somit in Betrieb der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform die Vorrichtung im Unterstützungs-Steuer-Modus arbeitet und wenn der SIMV-Schalter 2o sich in der AüS-Stellung befindet, werden die Atmungszyklen des Patienten mittels der Haupt-Flip-Flop-Schaltung 1o gesteuert, die in-Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Einatmungs-Ausatmungs-Verhältnis abhängig vom Einatmungszeitgeber 44 und vom Ausatmungszeitgeber 18 betätigt wird. Die Vorrichtung kann ansprechend auf Atmungen vom Patienten aus die Atmung des Patienten mittels der Patienten-Triggerschaltung 14 unterstützen, die die Haupt-Flip-Flop-Schaltung 1o veranlaßt,

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ein Einatraungssignal vor dem "Ablauf bzw. zeitlichen Aussteuern" (timing-out) des AusatmungsZeitgebers zu erzeugen. Während einer solchen Arbeitsweise wird auf jeden Fall das Ausatmungsventil während der Einatmungshalbzyklen in der Schließstellung gehalten, so daß der Patient während eines jeden Halbzyklus eine zwangsweise Atmung empfängt. Wenn man den Patienten von der Abhängigkeit von der Vorrichtung entwöhnen möchte, wird der SIMV-Schalter in die EIN-Stellung gebracht, so daß die zeitliche Steuerperiode für den Ausatmungszeitgeber 18 verlängert wird. Der Patient kann dann von sich aus seinen Atmungszyklus mittels der Patienten-Triggerschaltung 14 beginnen. Das Ausatmungsventil bleibt jedoch offen, so daß der Patient von sich aus auch während des Einatmungs-Halbzyklus ausatmen kann. Wenn jedoch der verlängerte Steuerzeitraum für den Zeitgeber 18 endet und wenn der Patient seine nächste Einatmungsperiode beginnt, wird das Ausatmungsventil geschlossen, so daß der Patient die volle Zuführung von Sauerstoff während der Einatmungsperiode aufnehmen muß. Wenn andererseits der Patient keinen Einatmungshalbzyklus nach Beendigung der verlängerten SIMV-Ausatmungssteuerperiode beginnt, wird ein solcher Zyklus automatisch vier Sekunden später eingeleitet.

Während des SIMV-Verfahrens kann der Patient von sich aus atmen. In intermittierenden Perioden jedoch, die durch die Einstellung der Begrenzungseinrichtung 26 bestimmt sind, wird der Patient einer zwangsweisen Atmung unterworfen, wobei die zwangsweise Atmung zur Atmung des Patienten von sich aus synchronisiert ist.

In Fig. 3 ist eine Modifizierung der vorstehend beschriebenen SIMV-Schaltung gezeigt, die zwei Bereiche intermittierender Perioden für zwangsweise Beatmungen hat. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform arbeiten eine monostabile Schaltung 48, eine Flip-Flop-Schaltung 5o, eine

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ODER/ODER-NICHT-Schaltung 46, eine kapazitive Einrichtung 28A und ein Schalter 24 im wesentlichen wie bei der Ausführungsform von Fig. 2. Dabei wird die Flip-Flop-Schaltung 5o immer dann abgeschaltet, wenn der Schalter 2oA sich in der AUS-Stellung befindet, so daß die SIMV-Schaltung nicht arbeitet. Die Atmung des Patienten wird dann durch den Ausatmungszeitgeber und den Einatmungszeitgeber entsprechend dem dadurch bestimmten speziellen Einatmungs-Ausatmungs-Verhältnis gesteuert. Wenn der Schalter 2oA sich in der AUS-Stellung befindet, kann die Atmung des Patienten von sich aus durch die Schaltung nur unterstützt werden. Seine Versuche, einzuatmen, können einen Einatmungs-Halbzyklus ansprechend auf ein Ausgangssignal · aus der Patienten-Triggerschaltung 14 auslösen. Das Ausatmungsventil wird jedoch in einer geschlossenen Stellung während der Einatmungsperioden gehalten, so daß der Patient gezwungen ist, volle Volumina von Sauerstoff während einer solchen Periode anzunehmen.

Wenn die Fähigkeit des Patienten, von sich aus zu atmen, bis zu einem Punkt fortgeschritten ist, an welchem man ihn von der Abhängigkeit von dem Gerät entwöhnen möchte, wird der Wahlschalter 2oA auf ein HI SIMV-Verfahren geschaltet, bei welchem die zeitliche Steuerperiode für den Ausatmungszeitgeber dadurch verlängert ist, daß Luft durch die variable Begrenzungseinrichtung 26 und eine dazu parallel geschaltete feste Begrenzungseinrichtung 26A über einen Membranschalter 56 zugeführt wird. Die Parameter der Begrenzungseinrichtungen 26 und 26A können so gewählt werden, daß sie beispielsweise einen Bereich von vier bis sechzehn zwangsweisen Atmungen pro Minute ermöglichen. Wenn die Fähigkeit des Patienten, von sich aus zu atmen, weiter fortschreitet, kann der Wahlschalter 2oA auf ein LO SIMV-Verfahren gestellt werden, bei welchem der Membranschalter 56 die parallele Bahn durch die Verengungseinrichtung 26A

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blockiert, so daß Luft zu dem Ausatmungszeitgeber nur über die variable Begrenzungseinrichtung 26 zugeführt wird, um so die zeitliche Steuerperiode für den Ausatmungszeitgeber 18 zu verlängern. Die Eigenschaften der Begrenzungseinrichtung 26 können eine Zwangsbeatmung von o,3 bis 5 Atmungen pro Minute ermöglichen. Bei dem LO SIMV-Verfahren ist Luft mit der Begrenzungseinrichtung 26 über eine Diode 58 gekoppelt, die parallel zu den HI- und LÖ-SIMV-Kontakten des Schalters 2oA geschaltet ist. wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, wird die Flip-Flop-Schaltung 5o nur dann aktiviert, wenn eines der SIMV-Verfahren gewählt worden stt und ein Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 5o von der ODER-Schaltung 48 am Anfang eines jeden Ausatmungszyklus miteis einer Leitung zugeführt wird, die mit dem Ausatmungsbefehlsausgang 12A der Flip-Flop-Schaltung 1o verbunden ist. Somit kann wie bei der A.usführungsform von Fig. 2, wenn eines der SIMV-Verfahren gewählt ist, der Patient von sich aus jeden Einatmungszyklus mittels der Triggerschaltung 14 beginnen, wobei das Ausatmungsventil während des Einatmungshalbzyklus und während der Steuerperiode des Ausatmungszeitgebers offen bleibt, so daß der Patient von sich aus ausatmen kann. Am Abschluß der Steuerperiode des Ausatmungszeitgebers 18 erzeugt der Sensor 18C ein Ausgangssignal, das mit der SIMV-Flip-Flop-Schaltung 5o gekoppelt wird, welche die Speisung der kapazitiven Einrichtung 28A beendet, so daß sich die Einrichtung zu entladen beginnt. Wenn der Patient von sich aus einen Einatmungshalbzyklus einleitet, während die kapazitive Einrichtung sich entlädt, wird das Ausatmungsventil durch die ODER/ODER-NICHT-Schaltung 46 geschlossen, so daß der Patient gezwungen wird, eine zwangsweise Atmung anzunehmen. Wenn jedoch der Patient von sich aus keinen Einatmungshalbzyklus während einer Periode von vier Sekunden nach der Erzeugung des Signals vom Sensor 18C einleitet, hat sich die kapazitive Einrichtung 28A ausreichend entladen, damit der Schalter 24 einen

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Kurzschluß zwischen dem Sensorsignal und einem Eingangssignal zur Haupt-Flip-Flop-Schaltung 1o herstellt, wodurch automatisch ein Einatmungshalbzyklus eingeleitet wird.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausfuhrungsform ist die Zuführung von Luft zu dem Ausatmungszeitgeberbalg 18B direkt ausgehend von der Ausgangsschaltung gekoppelt, die mit einem Wahlschalter 28A verbunden ist, so daß der Steuerbalg kontinuierlich mit Luft im Gegensatz zur Ausführungsform von Fig. 2 beschickt wird, bei welcher Luft über die ODER-NICHT-Schaltung 18A zum Balg 18B nur während der Ausatmungshalbzyklen geführt wird. Dementsprechend kann bei der Ausführung von Fig. 3 die Steuerperiode des AusatmungsZeitgebers genauer gesteuert werden, da sie nicht in irgendeiner Weise von der Dauer der Einatmungshalbzyklen abhängt.

Die fortlaufende Zuführung von Luft zu dem Ausatmungszeitgeber 18 bei der Ausführungsform von Fig. 3 macht es neben der Erhöhung der Genauigkeit der Frequenz der zwangsweisen intermittierenden Atmungen möglich, daß der Ausatmungszeitgeber 18 während eines Einatmungshalbzyklus abläuft. Wenn eine Atmung des Patienten von sich aus relativ langsam ist, kann die von der kapazitiven Einrichtung 28A erzeugte 4-Sekunden-Verzögerung enden. Um zu verhindern, daß die SIMV-Schaltung mit der Einleitung eines zwangsweisen Einatmungshalbzyklus beginnt, während ein Einatmungshalbzyklus des Patienten von sich aus im Fortschreiten begriffen ist, ist eine Begrenzungseinrichtung 6o in der Schaltung zwischen dem Sensor 18C und dem Eingang zur Flip-Flop-Schaltung 5o vorgesehen, so daß das Sensorsignal nicht ausreicht, um die Flip-Flop-Schaltung 5o zu triggern. Eine Verstärkereinrichtung 62 ist mit ihrem Ausgang mit der Sensorsignalleitung verbunden, um ausreichend Luft über die Begrenzungseinrichtung 6o bzw. Drossel 6o zuzuführen, um die Flip-Flop-Schaltung 5o nur dann zu triggern,

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wenn, die Haupt-Flip-Flop-Schaltung sich in einem Ausatmungszustand befindet. Diese Funktion wird dadurch erreicht, daß der Ausgang der ODER-NICHT-Schaltung 18A mit dem Eingang des Verstärkers 62 verbunden wird.

Bei der in Fig. 3 gezexgten Ausführungsform ist ein zusätzlicher Membranschalter 64 vorgesehen, um jeden unabsichtlichen Betrieb der SIMV-Schaltung auszuschließen, wenn der primäre Verfahrenswähler sich in irgendeiner anderen Stellung als in der Stellung für den Unterstützungs-Steuer-Modus befindet. Um dies zu erreichen, besteht eine Verbindung über die Verbindungsöffnungen des Membranschalters 64 von dem Zuführungseingang zur Flip-Flop-Schaltung 5o zu einem Einatmungstriggereingang zu der Haupt—Flip— Flop-Schaltung to. Die Verbindungsöffnungen des Membran— schalters 64 sind während des Unterstützungs-Steuer-Modus immer abgedichtet, bringen die Haupt-Flip-Flop-Schaltung 1o jedoch in einen fortlaufenden Ansaugzyklus, wenn ein Signal an dem Zuführungseingang zur Flip-Flop-Schaltung während anderer Verfahren als dem Unterstützungs-Steuer-Modus festgestellt wird. Ein solches fortlaufendes Einatmen erzeugt ein Alarmsignal bei der Vorrichtung, um ihre Fehlfunktion anzuzeigen.

Während des Betriebs der Schaltung nach dem SIMV-Verfahren ist_r wenn die Atmungsfrequenz zwölf Atmungen pro Minute überschreitet, die 4-Sekunden-Verzögerung durch die kapazitive Einrichtung 28A zu groß. Es wird deshalb eine Begrenzungseinrichtung 66 in der Zuführungsleitung 5oA aus der Flip-Flop-Schaltung 5o vorgesehen, um die Ladezeit für die kapazitive Einrichtung 28A zu erhöhen. Infolge dieser erhöhten Ladezeit lädt sich die kapazitive Einrichtung 28A während Zyklen mit hoher Atmungsgeschwindigkeit nicht vollständig auf, so daß die 4-Sekunden-Verzögerungsperiode aufgrund der kapazitiven Einrichtung 28A verringert wird.

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Claims

ANSPRÜCHE

( 1J Beatmungsgerät, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen von Luft zu einem Patienten über einen Beatmungsschlauch, durch eine Leitung, durch welche der Patient ausatmen kann, durch eine Schaltung zum Steuern der Atmung des Patienten und zum Unterstützen der Atmung des Patienten von sich aus, durch eine Einrichtung zum Einleiten eines Einatmungshalbzyklus einer Atmungsperiode, während welcher Luft dem Patienten über einen Beatmungsschlauch zugeführt wird, durch eine Einrichtung zum Einleiten eines Ausatmungshalbzyklus einer Atmungsperiode, während welchem der Patient über eine Leitung ausatmen kann, durch eine Patienten-Triggerschaltungseinrichtung (14) zum Fühlen eines Einatmungsversuches eines Patienten, mit einem Ausgang, der zum Betätigen der Einrichtung zum Einleiten der Einatmung angeschlossen ist, durch eine Zeitgebereinrichtung (18) mit einem Ausgang, der ein Triggersignal am Ende einer vorgegebenen Periode liefert, durch eine Verzögerungsschaltung (28), die zwischen den Ausgang der Zeitgebereinrichtung (18) und einem Eingang zu der der Einrichtung zum Einleiten der Einatmung angeschlossen ist, um diese Einrichtung, wenn sie nicht vorher durch die Patienten-Triggerschaltungseinrichtung. CI4) betätigt worden ist, nach einer Verzöger-ungsperiode ansprechend auf das Triggersignal der Zeitgebereinrichtung (18) zu betätigen, durch eine Einrichtung zum wahlweisen öffnen und Schließen der Ausatmungsleitung und durch eine Steuerschaltungseinrichtung mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der Zeitgeber-

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einrichtung verbunden ist, mit einem ersten Ausgang, der für eine Betätigung der Leitungsöffnungs- und Schließeinrichtung angeschlossen ist, welche die Leitung während des Einatmungshalbzyklus schließt, der sofort auf die Erzeugung von Triggersignalen durch die Zeitgebereinrichtung eingeleitet wird, und die Leitung während aller anderen Abschnitte der Atmungsperioden öffnet, und mit einem zweiten · Ausgang, der mit der Zeitgebereinrichtung (18) für ihre Rücksetzung verbunden ist, wenn die sofort darauffolgenden Einatmungshalbzyklen eingeleitet sind, wobei die Atmung des Patienten von sich aus intermittierend ansprechend auf die vorgegebene Steuerperiode unterbrochen wird, wonach als Ergebnis des Schließens der Ausatmungsleitung ein zwangsweiser Einatmungshalbzyklus herbeigeführt wird, der zu der Einatmung des Patienten von sich aus ansprechend auf die Patienten-Triggerschaltungsexnrichtung (14) synchronisiert ist.
2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung (28) eine kapazitive Einrichtung (28A), die mit der Steuerschaltungseinrichtung (22) verbunden ist und so betätigt wird, daß sie eine Luftbeschickung während eines vorgegebenen Steuerzeitraums empfängt, und einen Membranschalter (24) mit einer abgedichteten Kammer aufweist, die mit einer ersten und einer zweiten öffnung (24B, 24C) versehen ist, die jeweils mit dem Ausgang der Zeitgebereinrichtung und der Einrichtung zum Einleiten der Einatmung verbunden sind, wobei der Schalter 24 eine Membran (24a) zum Abdichten der ersten und zweiten öffnung (24B, 24C), während die kapazitive Einrichtung (28A) geladen wird, und zum Herstellen einer Verbindung

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zwischen den Öffnungen (28B, 28C), wenn sich die kapazitive Einrichtung (28A) nach der Verzögerungsperiode entlädt.
3. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Wahlschalter (2o) mit einem Wahlkontakt und Einrichtungen, die zwischen den Wahlschalterkontakt und die Zeitgebereinrichtung geschaltet sind, um den vorgegebenen Zeitraum der Zeitgebereinrichtung zu vergrößern, wobei der Wahlschalterkontakt mit der Steuerschaltungseinrichtung (22) für deren Einschalten verbunden ist, um wahlweise die Leitungsöffnungs- und Schließeinrichtung zu steuern, damit die Leitung während eines jeden Einatmungshalbzyklus geschlossen wird.
4. Beatmungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Wahlschalter mit einem Wahlkontakt und Einrichtungen, die zwischen den Wahlkontakt und die Zeitgebereinrichtung geschaltet sind, um die vorgegebene Periode der Zeitgebereinrichtung zu erhöhen, wodurch die Frequenz des zwangsweisen Einatmungshalbzyklus verringert wird.

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