DE2801546A1

DE2801546A1 - Beatmungsgeraet insbesondere fuer kleinkinder

Info

Publication number: DE2801546A1
Application number: DE19782801546
Authority: DE
Inventors: Detlef Ing Grad Warnow; Hans-Joerg Ziebrecht
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1978-01-14
Filing date: 1978-01-14
Publication date: 1979-07-26
Also published as: GB2012172B; SE7900260L; US4227523A; NL184309B; IT7909316A0; NL7811056A; IT1120728B; CH641361A5; GB2012172A; NL184309C; DE2801546C2; FR2414338B1; FR2414338A1; SE434338B

Description

Dräqerwerk Aktiengesellschaft Molslinqer Allee 53-55, 2400 Lübeck

Beatmungsgerät insbesondere für Kleinkinder

Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät insbesondere für Kleinkinder entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Erzielung eines optimalen Therapieerfolges ist es notwendig, die Beatmungsgeräte so auszubilden, daß sie mit unterschiedlichen Betriebsarten den jeweiligen physiologischen Erfordernissen anpaßbar sind.

Vital geförderte Früh- oder Neugeborene bedürfen zunächst einer intermittierenden Positivdruck-Beatmung (IPPV), meistens kombiniert mit einem Endausatmungsüberdruck (PEEP). Nach einer Erholungsphase der Thoraxmuskulatur und beginnender Normalisierung der Blutgaswerte kann bei Spontanatmung Atemgas mit der notwendigen Sauerstoffkonzentration, gegebenenfalls bei kontinuierlich positivem Druck (CPAP) gegeben werden.

Beatmungspatienten unterliegen nach einer durchgeführten Langzeitbeatmung oft einer Gewöhnung, aus der sie ohne apparative Hilfe nur zu einer ungenügenden Eigenatmung zurückkommen können. Zur Entwöhnung erfolgt eine Beatmung, in der die Anzahl der dem Patienten aufgezwungenen Beatmungszyklen langsam verringert wird, bis der Patient wieder in der Lage ist, selbst zu atmen (IMV).

Bei einem bekannten Atemgerät wird Atemgas in einem Leitungsstrom über Aufbereitungs-, Anzeige- und Sicherheitseinrichtungen sowie durch eine Abzweigung mit einer Öffnung für den Patienten geführt und dann über ein Steuerventil in die Umgebung entlassen. Mittels einer an das Steuerventil angeschlossenen pneumatischen Steuerung wird durch verschieden hohe Drücke die Abgabe des die Atmung unterhaltenden Gases aus dem Steuerventil geregelt und damit dementsprechend selektiv Einatmungs- und Ausatmungszustände in der zum Patienten führenden Öffnung geschaffen.

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Die pneumatische Steuerung enthält einen variablen pneumatischen Schwinger, der wiederholt entsprechend der Zeitdauer für den Ein-· atem- und Ausatemvorgang zwei sich mit der Zeit ändernde Druckniveaus erzeugt, sowie ein bistabiles pneumatisches logisches Element, das im Ansprechen auf diese zwischen seinen beiden stabilen Zuständen umgeschaltet wird. Dadurch wird die angeschlossene Steuerkammer des Steuerventils alternierend zwei unterschiedlichen Gasdrücken ausgesetzt. Durch Verknüpfungsgi iaier und logische Bauelemente ist eine Vielzahl von Betriebsarten wie beispielsweise die IPPV-, die PEEP-, die CPAP- und die IMV-Atmung möglich.

Nachteilig an diesem Atmungsgerät, das nach einem dynamischen Steuerungsprinzip arbeitet, ist der große Gasverbrauch. Er entsteht durch einen dauernden Gasverlust in Drosseln, durch die die dem Gasvorrat entnommene, als Steuergas verwendete Gasmenge nach Durchführung von Schaltfunktionen ins Freie abströmt. Ein bekanntes Gerät nach diesem Prinzip hat einen Gasverbrauch für die Steuerung von etwa 4 l/min, während für die Beatmung der mit diesem Gerät behandelten Patienten in der Regel zwischen 0,5 bis 3 l/min Atemgas benötigt werden. (DT-OS 25 25 359)

Aufgabe der Erfindung ist ein Beatmungsgerät insbesondere für Kleinkinder mit einfachem Aufbau unter Verwendung von~pneumatischen Bauteilen zur Anwendung der bekannten Beatmungsarten mit einem geringen Gasverbrauch, der eine mobile Anwendung möglich macht.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1.

Die mit dieser Lösung erzielten Vorteile bestehen vor allem darin, daß für die gesamte Steuerung erprobte statische pneumatische Bauelemente verwendet werden. Diese nach statischem Steuerungs-

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prinzip funktionierendenBauelemente verbrauchen praktisch kein Atemgas, die Steuervorgänge laufen in geschlossenen Systemen ab. Die für die Entlüftung der kleinen Kammern und Volumen anfallenden Gasmengen können unberücksichtigt bleiben.

Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Diese Lösungen erlauben auf einfache und sichere Art und Meise die Anwendung der benötigten bekannten Beatmungsarten.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,.-dabei zeigen:

Fig. 1 das Funktionsschema des Beatmungsgerätes;

Fig. 2 das Zeitsteuersystem 19 unter Verwendung von Funktionselementen.

Atemgas wird als Druckgas bei Anschluß 1 dem Beatmungsgerät zugeführt und gelangt über das Filter 2 zum Hauptschalter 3. Der folgende Druckminderer 4 stellt den Betriebsdruck ein, der über Anschluß 5 den Versorgungsstellen 6 und 7 zugeführt wird. Das von Hand betätigte Flow-Ventil 8 regelt den Atemgasstrom, der im Mischer-Ventil 9 auf die Leitung 11 geschaltet wird. Bei Umschaltung kann ein Mischer 10 angeschlossen werden. In der Leitung 11 befinden sich weiterhin in Durchströmungsrichtung ein Zusatzluftventil 12 und ein Druckbegrenzungsventil 13, das vom Ventil 14 geregelt wird.

Der Parbient ist symbolisch durch das elastische Volumen 15 dargestellt. Die Umsteuerung der Inspirations- und Exsoirationsphasen erfolgt mit dem Ausatemventil 16. Über die Leitung 17 atmet der Patient ins Freie aus.

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Die Ansteuerung des Ausatemventils 16 erfolgt über die Leitung 18 durch die beiden Steuersysteme 19,20. Dabei übernimmt das Zeitsteuersystem 19 die Zeitsteuerung und das Drucksteuersystem 20 die Drucksteuerung. Beide Steuersysteme 19,20 geben ihre Steuersignale auf das 1. Logikelement 21.

Das Zeitsteuersystem 19 führt die Zeitsteuerung durch und bestimmt dabei mit dem 1. Regelelement 22 die Inspirationszeit und mit dem 2. Regelelement 23 die Exspirationszeit. Pneumatisch versorgt werden beide Regelelemente 22,23 vom Anschluß 24, der hinter dem CPAP/IPPV-Wahlschalter 25 angeordnet ist. Das Zeitsteuersystem 19 baut sich aus den pneumatischen 2. Logikelementen 26-29 mit dem Volumen Vl 34, den pneumatischen 3. Logikelementen 30-33 mit dem Volumen V2 35 und dem an das Volumen V2 35 angeschlossenen Umschalter 37 mit dem Volumen V3 36 auf. Über Anschluß 24 wird das feindosierende 1. Regelelement 22 mit Druckgas versorgt. Das Druckgas fließt Ober Leitung 38 durch das 2. Logikelement 26 zum Volumen Vl 34, weiter über die Leitung 39 zur Kammer 40 des 2. Logikelementes 27. Die Konstantdruckansteuerung von Anschluß auf das 2. Logikelement 27 ergibt ein 1-Signal in Leitung 41 und entsprechend ein O-Signal in Leitung 42. (1-Signal = Betriebsdruck p, O-Signal = Druck O) Der exponentielle Druckanstieg im Volumen Vl 34, der Leitung 39 und der Kammer 40 führt bei 0,8 ρ (pa Betriebsdruck am Anschluß 5 und am Anschluß 24) zum Umschalten des 2. Logikelementes 27, so daß die Leitung 41 ein O-Signal hat und damit die Leitung 42 ein 1-Signal, das wiederum das 2. Logikelement 29 so umsteuert, daß der Anschluß 24 mit der Leitung 43 verbunden wird und diese 1-Signal hat. Das 1-Signal in der Leitung 43 schaltet nun die Leitung 44 hinter dem 3· Logikelement 33 auf ein O-Signal. Gleichzeitig sperrt es das 2. Logikelement 26, so daß das Volumen Vl 34 über die Entlüftung 45 entlüftet wird. Damit wird auch die Kammer 40 drucklos; der Anschluß 24 ist wieder mit der Leitung 41 verbunden, das 1-Signal

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in der Leitung 41 sperrt das 2. Logikelemcnt 28,und die Leitung 42 kann sich über die Entlüftung 46 entlüften. Das O-Siqnal in der Leitung 42 beeinflußt die Schaltung des 2. Logikelementes 29 nicht, das zusammen mit dem 3. Logikelement 33 einen bistabilen Speicher bildet. Ebenso steuert das 1-rSignal in der Leitung 43 das 3. Logikelement 30 durch, so daß Druckgas vom Anschluß 24 über das feindosierende 2. Regelelement 23, das 3- Logikelement 30 zum Volumen V2 35 und zum 3. Logikelement 31 fließen kann. Der exponentielle Druckanstieg im Volumen V2 35 führt ebenfalls bei 0,8 ρ zum Umsteuern des 3. Logikelementes 31, die Leitung 47 erhält ein O-Signal, damit erhält die Leitung 48 und auch die Leitung 44 ein 1-Signal. Die Leitung 44 steuert über Druck ρ in der Kammer 49 das 2. Logikelement 29 um, so daß die Leitung 43 ein O-Signal erhält. Damit ist das 3. Logikelement 33 als Teil des Speichers bestehend aus dem 2. Logikelement 29 und dem 3. Logikelement 33 wieder bistabil auf der Leitung 44. Die Leitung 44 sperrt das 3. Logikelement 30 und öffnet das 2. Logikelement 26. Der Vorgang läuft von neuem ab.

Die Aufladezeiten der Volumen Vl 34 und Volumen V2 35, die von Hand über das 1. Regelelement 22 und das 2. Regelelement 23 einstellbar sind, bestimmen also die Taktzeiten des 1-Signals in der Leitung 43 bzw. in der Leitung 44.

Die Funktionsgruppe für die Durchführung des IMV-Verfahrens ist in dem Zeitsteuersystem 19 enthalten. Die technische Forderung für die Durchführung des IMV-Verfahrens liegt in der zeitlich genau fixierbaren Verlängerung der Exspiräionszeit bei gleichzeitiger Beibehaltung der Inspirationszeit. Diese Forderung wird mit dem Umschalter 37 durch Zuschalten des Volumens V3 36 zum Volumen V2 35 erfüllt. Es wird eine Aufladezeit erreicht, die entsprechend der η-fachen Größe des Volumens V3 36 eine (n+D—fache Exspirationszeit ergibt.

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Das Drucksteuersystem 20 zur Durchführung der Drucksteuerung wird über den Anschluß 6 mit Druckgas versorgt, wenn der CPAP/IPPV-Wahlschalter 25 in die Stellung IPPV gebracht, also geschlossen wird. Dann liegt an dem Anschluß 24 der Betriebsdruck für das Zeitsteuersystem 19 an. Über die Leitung 50 wird das 4. Logikelement 51 angesteuert und gesperrt, über die Leitung 52 das 5. Logikelement 54 angesteuert, durch das damit der Durchgang vom Anschluß 24 in die Leitung 55 frei wird. Der Anschluß 24 wird hier durch eine abzustimmende 2. Drossel 56 geführt, um den Gasfluß zu begrenzen. Der Druck in der Leitung kann von Hand über das Druckregelventil 57 geregelt werden. Die Leitung 55 führt in die Kammer 58 des 1. Logikelementes 21.

Über die Leitung 52 wird ebenfalls der Druckminderer 59 versoigt, der mit einem konstanten Hinterdruck von ca. 0,15 bar arbeitet. Das Druckgas wird mit diesem Druck über die Leitung in die Kammer 61 des 1. Logikelementes 21 geführt.

Liegt auf der Leitung 44 des Zeitsteuersystems 19 ein 1-Signal an, dann steuert dieses das 1. Logikelement 21 so durch, daß die Leitung 60 mit der Leitung 18 verbunden ist. Damit liegt der Hinterdruck des Druckminderers 59 dem Ausatemventil 16 an, das verschlossen wird und damit den Ausatemweg des Patienten über die Leitung 17 in die Atmosphäre versperrt. Der Patient wird mit dem über die Leitung 11 zufließenden Atemgas beatmet. Mit der Einstellung des !-Signals in der Leitung 44 zum O-Signal wird das O-Signal in der Leitung 43 zum 1-Signal. Dieses 1-Signal gelangt über das ODER-Element 62 in die Leitung 63 und steuert das 1. Logikelement 21 so an, daß der Durchgang von der Kammer zur Leitung 18 gesperrt wird. Der Durchgang von der Leitung 55 über die Kammer 58 in die Leitung 18 wird frei. Mittels des Druck-

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regelventils 57 ist in der Leitung 55 ein Druck zwischen O bis ca. 20 mbar einstellbar, der dann über die Leitung 18 auf das Ausatemventil 16 wirkt. Mit einem Druck von O bar kann der Patient frei in die Atmosphäre ausatmen. Mit einer anderen Einstellung atmet der Patient mit diesem gewünschten endexspiratorischen Druck (PEEP) aus. Der Druck ist am Druckmesser 69 kontrollierbar.

Soll anstatt des IPPV-Verfahrens das CPAP-Verfahren benutzt werden, dann ist der CPAP/IPPV-Wahlschalter 25 in die Stellung CPAP zu bringen, also zu öffnen. Damit ist die Druckgasversorgung vom Anschluß 6 in die Leitung 50 unterbrochen, ebenso das ganze Steuersystem 19 drucklos. Daraus resultiert für die beiden Leitungen 43,44 ein O-Signal. Im 4. Logikelement 51 wird der Anschluß 7 über die Leitung 64 mit dem ODER-Element 62 verbunden. Der Gasdruck liegt damit auch auf der Leitung 63 und steuert das 1. Logikelement 21 so durch, daß die Leitung 55 über die Kammer 58 mit der Leitung 18 verbunden ist. Gleichzeitig wird dabei über die Leitung 64 die Leitung 65 versorgt und das 5. Logikelement 54 so durchgesteuert, daß die Leitung 65 über die 1. Drossel 66 mit der Leitung 55 verbunden ist. Der mit dem Druckregelventil 57 eingeregelte Gasdruck in der Leitung 55 liegt über die Leitung 18 dem Ausatemventil 16 an. Der Patient atmet gegen diesen eingestellten geringen Überdruck aus.

In Erweiterung des Beatmungsgerätes kann mittels des Mischer-Ventils 9 ein in seinem Ausgang mit Niederdruck arbeitender Mischer 10 an die Versorgung zum Patienten angeschlossen werden.

In einer anderen Ausführung kann das Zeitsteuersystem 19, wie in Fig. 2 dargestellt, mit pneumatischen Funktionselementen, beispielsweise Kolbenelementen, ausgeführt sein. Dabei entfällt der

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bei den 2. Logikelementen 27,28,29 und den 3. Logikeiomenten 31,32,33 aus Schaltungsgründen notwendige Weg, den Drucksen^!t.--wert in den pneumatischen Kapazitäten erst über eine doppelte Negation in ein !-Signal für das 2. Logikelement 29 und das 3. Logikelement 33 zu verwandeln. Die Schaltcharakteristik des 1. Punktionselementes 67 und des 2. Funktionselementes 68 verlangt, daß erst ein bestimmter Schaltdruck erreicht sein muß, um ein schlagartiges Umschalten zu erreichen. Dann läuft der gleiche Funktionsablauf ab, wie er oben für das Zeitsteuersystem 19 in Fig. 1 beschrieben ist.

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Claims

28Ü 1546

Patentansprüche

ί1J Beatmungsgerät insbesondere für Kleinkinder mit Zuführung des Beatmungsgases wahlweise nach dem IPPV-Verfahren, dem PEEP-Verfahren, dem CPAP-Verfahren und dem IMV-Verfahren durch Steuerung des Ausatemventils zur Schaltung der Einatem- und Ausatemphase unter Verwendung von pneumatischen Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Ausatemventils (16) über ein vorgeschaltetes 1. Logikelement (21) durch ein Zeitsteuersystem (19) und ein verknüpftes Drucksteuersystem (20), aufgebaut aus logischen Bauelementen nach statischem Steuerungsprinzip funktionierend, erfolgt.
2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitsteuersystem (19) druckversorgt (24) aus einem durch ein 1. Regelelement (22) einstellbare Zweig zur Steuerung der Einatemzeit mit pneumatischen 2. Logikelementen (26,27,28,29) und einem Volumen Vl (34) und einem durch ein 2. Regelele.-ment (23) einstellbaren Zweig zur Steuerung der Ausatemzeit mit pneumatischen 3. Logikelementen (30,31,32,33) und einem Volumen V2 (35) besteht.
3. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitsteuersystem (19) druckversorgt (24) aus einem durch ein 1. Regelelement (22) einstellbaren Zweig zur Steuerung der Einatemzeit mit hintereinandergeschaltet einem pneumatischen 2. Logikelement (26), einem Volumen Vl (34) und einem pneumatischen 1. Funktionselement (67) und einem durch ein 2, Regelelement (23)einstellbaren Zweig zur Steuerung der Ausatemzeit mit hintereinandergeschaltet einem pneumatischen 3. Logikelement (30), einem Volumen V2 (35) und einem pneumatischen

2. Funktionselement (68) besteht.

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4. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Volumen V2 (35) mittels eines Umschalters (37) ein Volumen V3 (36) zugeschaltet werden kann.
5. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das über ein ODER-Element (62) mit dem Zeitsteuersystem (19) verknüpfte Drucksteuersystem (20) druckversorgt (6,7) hinter einem CPAP/IPPV-Wahlschalter (25) ein 4. Logikelement (51) sowie mit Ansteuerung des 1. Logikelementes (21) über ein Druckregelventil (57) ein weiteres vom 4. Logikelement (51) über eine Drossel (66) und eine 2. Drossel (56) druckversorgtes (24)

5. Logikelement (54) und einen Druckminderer (59) mit einem konstanten Hinterdruck, angelegt an das 1. Logikelement (21), enthält.

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