DE2801546C2

DE2801546C2 - Beatmungsgerät insbesondere für Kleinkinder

Info

Publication number: DE2801546C2
Application number: DE2801546A
Authority: DE
Inventors: Detlef Ing.(grad.) 2401 Groß Grönau Warnow; Hans-Jörg 2400 Lübeck 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: 1982-09-09
Also published as: NL184309B; SE434338B; FR2414338B1; NL7811056A; FR2414338A1; DE2801546A1; NL184309C; US4227523A; GB2012172A; GB2012172B; IT1120728B; SE7900260L; CH641361A5; IT7909316A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Beatrr ungsgerät. Insbesondere für Kleinkinder, entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

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

Vital geförderte Früh- oder Neugeborene bedürfen zunächst einer Intermittierenden Positlvdruck-Beatmui_äg (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 Langzeltbeatmung oft einer Gewöhnung, aus der sie ohne apparative Hilfe nur zu einer ungenügenden Einatmung 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 Aufbereltungs-, 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 alls dem Steuerventil geregelt und damit dementsprechend selek^ tlv Elnatmungs- und Ausatmungszustände in der zum Patienten führenden öffnung geschaffen.

Die pneumatische Steuerung enthält einen variablen pneumatischen Schwinger, der wiederholt entsprechend der Zeltdauer für den Elnatem- und Ausatemvorgang zwei sich mit der Zelt 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 Steuerventil: alternierend zwei unterschiedlichen Gasdrücken ausgesetzt. Durch Verknüpfungsglieder und logische Bauelemente Ist eine Vielzahl von Betriebsarten, wie beispielsweise die IPPV-, die PEEP-, die CPAP- und die IMV-Atmung möglich.

Nachteilig 1st die Zeitsteuerung dieses Gerätes. Sie erlaubt nicht die Anwendung des IMV-Verfahrens mit Einstellung einer konstanten Inspirationszelt bei gleichzeitiger Verlängerung der Exsplrationszelt in einem weiten Bereich. Voraussetzung dazu wäre die Einstellung dieser Zelten über getrennte Zeiiglleder (DE-OS 25 25 359).

Ein früher vorgeschlagenes Beatmungsgerät erlaubt die Zuführung des Atmungsgases wahlweise nach dem IPPV-Verfahren, dem PEEP-Verfahren, dem CPAP-Verfahren und dem IMV-Verfahren durch Steuerung des AusatemventHs. Die Steuerung erfolgt dabei derart, daß die Beatmung nur nach voller Ausatmung, wie es das SIMV-Verfahren verlangt, einsetzen kann.

Die Steuerung der Elnatem- und Ausatemphase erfolgt über ein vorgeschaltetes 1. Doppelmembran-Ventil durch eine Zeitsteuerung mit einer bistabilen Kippstufe, die in einem ersten Zweig über ein 2. Doppelmembran-Ventil und ein 1. Volumen zur Vorgabe der Einatemzelt und In einem zweiten Zweig über ein 3. Doppelmembran-Ventil und ein 2. Volumen zur Vorgabe der Ausatemzelt angesteuert wird. Eine verknüpfte Drucksteuerung, Trigger-Schaltung, unter Verwendung von pneumatischen Bauteilen mit statischem Steuerungsprinzip setzt das Zeltsteuersystem jederzeit In Gang und beginnt dieses sofort mit der Ausatemphase. In dei Zeltspanne der Ausatmung kann damit der Patient durch Einatmen jederzeit die Einatemphase herbeiführen.

Dieses Beatmungsgerät besitzt nur ein Regelventil für die Beatmung; das Atemzeitverhältnis t,„: /„ ist fest und unveränderbar festgelegt und soll vor allem einen möglichst schonenden Übergang von der Beatmung IPPV über SIMV zur Spontanatmung CPAP durchführen können (DE-OS 2746924).
Aufgabe der Erfindung Ist ein Beatmungsgerät, Insbesondere für Kleinkinder, mit einfachem Aufbau zur Anwendung der bekannten Beatmungsarten, mit dem es dem Patienten möglich gemacht wird, zu einer eigenen Atmung (Spontanatmung) zurückzukommen. Es soll dabei für alle Patienten mit unterschiedlichsten Atemorganerkrankungen eine umfassende Beatmungstherapie anbieten können, wozu die Verstellung des Atemzeltverhältnlsses In grof3en Bereichen gehört.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß den Kennzeichen des Patentanspruchs.

Mit dieser Lösung sind In vorteilhaft einfacher Welse zwei Im zeltlichen Ablauf voneinander unabhängige ZeItketten aufgebaut, die eine völlig getrennte Zeiteinstellung für die Inspirationszelt und die Exsplrationszelt zulassen. Ermöglicht wird dies durch die beiden als Fein* dosierventil ausgelegten Regelelemente* Weiterhin Ist es möglich, die Zeltkonstante für die Exsplrationszelt durch Zuschalten des Volumens V3 Um einen Fäktöf zU Vef* größern. Der praktische Vorteil dieses Verfahrens Ist foU

28 Ol

gender: Bei getrennter Einstellung von Insplratlonszelt tin und Exsplrationszelt tex lassen sich alle gewünschten Atemzeltverhältnlsse l_m:t_ex einstellen, und durch Zuschalten des Volumens V3 ist darüber hinaus noch eine Bereichsvergrößerung möglich. Dadurch eignet sich das Gerät nach der Erfindung Insbesondere für die Langzeltbeatmung, well es der Atemphysiologie eines großen Patientenkreises anpaßbar Ist.

Ein Beispiel der Erfindung Ist In der Zeichnung dargestellt, dabei zeigen ι ο

Flg. 1 das Funk:ionsschema des Beatmungsgerätes;

Flg. 2 die Zeitsteuerung 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-Ventll 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 Durchströmungsrichuing ein Zusatziuftventii 12 und ein Druckbegrenzungsventil 13, das vom Ventil 14 geregelt wird.

Der Patient 1st symbolisch durch das elastische Volumen 15 dargestellt. Die Umsteuerung der Insplratlons- und Exsplratlonsphasen erfolgt mit dem Ausatemventll 16. Über die Leitung 17 atmet der Patient Ins Freie aus.

Die Ansteuerung des Ausatemventils 16 erfolgt über die Leitung 18 durch die beiden Steuerungen 19, 20. Dabei übernimmt die Zeltsteuerung 19 die Zeltsteuerung und die Drucksteuerung 20 die Drucksteuerung. Beide Steuerungen 19, 20 geben Ihre Steuersignale auf das

1. Doppelmembran-Ventil 21. Die Zeltsteuerung 19 führt die Zeitsteuerung durch

und bestimmt dabei mit dem 1. Feindoslerventil 22 die Insplratlonszelt und mit dem 2. Feindosierventil 23 die Exsplratlonszelt. Pneumatisch versorgt werden beide Felndoslerventlle 22, 23 vom Anschluß 24, der hinter dem CPAP/IPPV-Wahlschalter 25 angeordnet ist. Die Zeitsteuerung i9 baut sich aus den pneumatischen

2. Doppelmembran-Ventilen 26-29 mit dem 1. Volumen Vl 34, den pneumatischen 3. Doppelmembran-Ventilen 30-33 mit dem 2. Volumen V2 35 und dem an das « 2. Volumen V2 35 angeschlossenen Umschalter 37 mit dem 3. Volumen V3 36 auf. Über Anschluß 24 wird das

1. Felndoslerventll 22 mit Druckgas versorgt. Das Druckgas fließt über Leitung 38 durch das

2. Doppeimembran-Ventll 26 zum 1. Volumen Vl 34. welter über die Leitung 39 zur Kammer 40 des

2. Doppelmembran-Ventlls 27. Die Konstantdruck ansteuerung von Anschluß 24 auf das 2. Doppelmembran-Ventll 27 ergibt ein 1-Signal In Leitung 41 und entsprechend ein 0-Slgnal In Leitung 42. (1-Signal = Betriebsdruck p. 0-Slgnal = Druck O). Der exponentiell Druckanstieg Im 1. Volumen Vl 34, der Leitung 39 und der Kammer 40 führt bei 0,8 ρ (ρ = Betriebsdruck am Anschluß 5 und am Anschluß 24) zum Umschalten des

2. Doppelmembran-Ventlls 27. so daß die Leitung 41 ein 0-Slgnal hat und damit die Leitung 42 ein 1-Signal, das wiederum das 2. Doppelmembran*Ventll 29 so umsteuert, daß der Anschluß 24 rrilt 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, Doppelmembran··Ventil 33 auf ein O-Slgrial. GlelchzeN tlg sperrt es das 2. Döppilrrtembran-Ventll 26, so daß das 1. Volumen Vl 34 Über die Entlüftung 45 entlüftet wird.

Damit wird auch die Kummer 40 drucklos; der Anschluß 24 Ist wieder mit der Leitung 41 verbunden, das 1-Signal In der Leitung 41 sperrt das 2. Doppelmembran-Ventil 28, und die Leitung 42 kann sich über die Entlüftung 46 entlüften. Das 0-Slgnal in der Leitung 42 beeinflußt die Schaltung des 2. Doppelmembran-Ventlls 29 nicht, das zusammen mit dem 3. Doppelmembran-Ventll 33 einen bistabilen Speicher bildet. Ebenso steuert das 1-Signal in der Leitung 43 das 3. Doppelmembran-Ventll 30 durch, so daß Druckgas vom Anschluß 24 über das 2. Felndoslerventll 23, das 3. Doppelmembran-Ventll 30 zum 2. Volumen V2 35 und zum 3. Doppelmembran-Ventll 31 fließen kann. Der exponentiell Druckanstieg Im 2. Volumen V2 35 führt ebenfalls bei 0,8 ρ zum Umsteuern des 3. Doppelmembran-Ventils 31, die Leitung 47 erhält ein 0-Slgnal, 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. Doppelmembran-Ventll 29 um, so dai die Leitung 43 ein 0-Slgnal erhält. Damit Ist das 3. Doppeimembran-Ventll 33 als Teil des Speichers bestehend aus dem

2. Doppelmembran-Ventll 29 und derr ."·. Doppelmembran-Venin 33 wieder bistabil auf der LelMmg 44. Die Leitung 44 sperrt das 3. Doppelmembran-Ventll 30 und öffnet das 2. Doppelmembran-Ventll 26. Der Vorgang läuft von neuem ab.

Die Aufl.idezelten der 1. Volumen Vl 34 und 2. Volumen V2 35, die von Hand über das 1. Feindosierventil 22 imd das 2. Feindosierventil 23 einstellbar sind, bestimmen also die Taktzelten des 1-Signals In der Leitung 43 bzw. in der Leitung 44.

Die Funktionsgruppe für die Durchführung des IMV-Verfah/ens Ist in der Zeitsteuerung 19 enthalten. Die technische Forderung für die Durchführung des IMV-Verfahrens Hegt In der zeitlich genau fixierbaren Verlängerung der Exsplratlonszelt bei gleichzeitiger Beibehaltung der Inspirationszeit. Diese Forderung wird mit dem Umschalter 37 durch Zuschalten des 3. Volumens V3 36 zum 2. Volumen V2 35 erfüllt. Es wird eine Aufladezelt erreicht, die entsprechend der //-fachen Größe des

3. Volumens V3 36 eine («+D-fache Exsplrationszelt ergibt.

Die drucksteuerung 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 die Zeltsteuerung 19 an.

Über die Leitung 50 wird das 4. Doppelmembran-Ventl! 51 angesteuert und gesperrt, übet die Leitung 52 das 5. Doppelmembran-Ventll 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 oeführt. um den Gasfluß zu begr^p.nzp:,. Der Druck In der Leitung 55 kann von Hand über das Druckregelventil 57 geregelt werden. Die Leitung 55 führt In die Kimmer 58 des I Doppeitnembran-Venttls 21.

Über die Leitung 52 wird ebenfalls der Druckminderer

59 versorgt, der ml' einem konstanten Hinterdruck von ca. 0.15 bar arbeitet. Das Druckgas wird mit diesem Druck über eile Leitung 60 In die Kammer 61 des 1, Doppelmembran-Ventlls 21 geführt,

Liegt auf der Leitung 44 der Zeitsteuerung 19 ein 1-Signal an, dann steuert dieses das 1, Doppelmembran-Ventll 21 so durch, daß die Leitung

60 mit der Leitung 18 Verbunden Ist. Damit liegt der Hlriterdruck des Druckminderers 59 dem Ausatemventll

26 an, das Verschlossen wird und damit den Aüsatemweg 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 1-Slgnals In der Leitung 44 zum O-Slgnal wird das 0-Signal In der Leitung 43 zum 1-Signal. Dieses !^Signal gelangt über das ODER-Element 62 In die Leitung 63 und steuert das 1. Doppelmembfärt-Ventll 21 so an, daß der Durchgang von der kammer 61 zur Leitung 18 gesperrt wird. Der Durchgang von der Leitung 55 über die Kammer 58 In die Leitung 18 wird frei. Mittels des DfUckregelventlls 57 Ist In der Leitung 55 ein Druck zwischen 0 bis ca. 20 mbaf einstellbar, der dann über die Leitung 18 auf das Ausatemvenlll 16 wirkt. Mit einem Druck von 0 bar kann der Patient frei In die Atmosphäre ausatmen. Mit einer anderen Einstellung atmet der Patient mit diesem "gewünschten endexsplratorlschen Druck (PEEP) aus. Der Druck Ist am Druckmesser 69 kontrollierbar.

So!! sp.s'.al! dss !PP-Yerfshrens dss CPAP-Vp-rfahr?" oa 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 Liiltung 50 unterbrochen, ebenso die ganze Zeltsteuerung 119 drucklos. Daraus resultiert für die beiden Leltungen 43, 44 ein O-Slgnal. Im 4. Doppelmembran-Ventil 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. Dojppelmembran-Ventll 21 so durch, daß die Leitung 55 über die Kammer 58 mit der Leitung 18 Verbunden 1st. Gleichzeitig wird dabei über die Leltun» 64 die Leitung 65 versorgt und das 5. Doppelmembran-Ventll 54 so durchgesteuert, daß die Leitung 65 über die 1. Drossel 66 mit der Leitung 55 verbunden Ist. Der mit dem Druckfegelventll 57 eingeregelte Gasdruck In der Leitung 55 liegt über die Leitung 18 dem Aüsatemventll 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 die Zeitsteuerung 19, wie In Flg. 2 dargestellt, mit pneumatischen Funktlonselementen, beispielsweise Kolbenelementen, ausgeführt sein. Dabei entfällt der bei den

2. Doppelmembran-Ventllen 27, 28, 29 und den

3. Doppelmembran-Ventllen 31, 32, 33 aus Schalturtgsnrllmlen notwendige Weg. den Druckschaltwert In den pneumatischen Kapazitäten erst über eine doppelte Negation In ein 1-Signal für das 2. Doppelmembran-Ventll 29 und das 3. Doppelmembran-Ventll 33 zu verwandeln. Die Schaltcharakteristik des 1. Kolbenelementes 67 und des 2. Kolbenelementes 68 verlangt, daß erst ein bestimmter Schaltdruck erreicht sein muß, um ein schlagartiges Umschalten zu erreichen. Dann läuft der gleiche Funktlonsablauf ab, wie er oben für die Zeitsteuerung 19 In Flg. 1 beschrieben Ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

28 Ol 546

Patentanspruch:

Beatmungsgerät, Insbesondere für Kleinkinder, mit Zuführung des Atmungsgases wahlweise nach dem IPPV-Verfahren, dem PEEP-Verfahren, dem CPAP-Verfahren und dem IMV-Verfahren durch Steuerung des AusatemventHs zur Schaltung der Elnatem- und Ausatemphase über ein vorgeschaltetes 1. Doppelmembran-Ventil durch eine Zeltsteuerung mit einer bistabilen Kippstufe, die in einem ersten Zweig über ein 2. Doppelmembnm-Ventll und ein 1. Volumen zur Vorgabe der Elnatemzell und In einem zweiten Zweig über ein 3. Doppelmembran-Ventil und ein 2. Volumen zur Vorgabe der Ausatemzelt angesteuert wird und eine verknüpfte Drucksteuerung unter Verwendung von pneumatischen Bauteilen mit statischem Steuerungsprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeltkonstanten der beiden Zweige über je ein Feindosierventil (22, 23) getrennt einstellbar sind, und daß dem 2. Volumen V2 (35) mittels eines Umschalters (37) ein weiteres Volumen V3 (36) zugeschaltet werden kann, und daß die über ein ODER-Element (62) mit der Zeitsteuerung (19) verknüpfte Drucksteuerung (20) druckversorgt (6, 7) ein 4. Doppelmembran-Ventil (51) zur Umschaltung von der CPAP- und zur IPPV-Funktlon sowie ein weiteres über eine 1. Drossel (66) uns.", eine 2. Drossel (56) druckversorgtes (24) 5. Doppelmembran-Ventil (54) enthält, das ein Druckregelventil (57) zur Vorgabe des positiven Ausatemgegendrucks beaufschlagt.