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Steuerung für automatische druck-, zeit- oder volumen-
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gesteuerte Beatmungsgeräte Anwendungsgebiet der erfindung: Die Erfindung
betrifft eine Steuerung für automatische druck-, zeit- oder voluniengesteuerte Beatmungsgeräte
zur assistierenden und kontrollierten Beatmung, die aus pneumatisch-logischen Schalt-
und Steuerelementen besteht, mit einer Steuerungsanordnung zur intermittierenden
Zwangsbeatmung (IMV), der Mittel für eine O2-Dosierung, eine tiberdrucksicherung
und einen Druckausgleich zugeordnet sind.
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Die IMV (intermittend mandatory ventilation) ist eine wichtige Maßnahme
zur Entwöhnung des Patienten von der automatischen Beatmung und findet im allgemeinen
während bzw. im Anschluß zu der assistierten IPPB (intermittierende
Überdruckbelastung)
statt. Am Anfang des Entwöhnungsvorganges sind die Zwangsbeatmungszyklen der tigenatmungsfrequenz
des Patienten angepaßt, jedoch werden dann die 7.wischenintervalle zwischen den
Zwangsbeatmungs Zyklen allmählich vei-größert, so daß die Zwangsbeatmungszyklen
jeweils durch einen oder mehrere Spontanatemzüe voneinander getrennt werden. Mit
fortschreitendem Entwöhnungvorgang wird die Anzahl dieser Eigenatmungszüge erhöht,
bis die Zwangsbeatmungszyklen nur noch eine vernachlässigbare Wirkung auf den Patienten
haben, wonach das Beatmungsgerät vom Patienten getrennt werden kann, weil der Patient
nunmehr in der Lage ist, selbständing und ohne Unterstützung zu atmen.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Ss sind Beatmungsgeräte
bekannt, die entweder nachträglich mit der zusätzlichen Betriebsart der intermittierenden
Zwangsbeatmung ausgestattet worden sind oder die eine Kinrichtung zum Zwecke der
Durchführung einer intermittierenden Zwangsbeatmung aufweisen (Anaesthesia, London,
1977 Bd. 32, Nr. 2, Seiten 163 bis 169).
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Die vorgestellte Einrichtung, die das Problem der Entwöhnung von der
intermittierenden Überdruckbeatmung lösen soll, zeigt einen zusätzlich großvolumigen
Aufbau.
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Die verwendeten Bauteile sind besonders durch ein Konstantdruck-Reservoir
gekennzeichnet, aus welchem der Patient atmen kann und das mit Atemgas verschiedener
Zusammensetzung
bis zu einem vorgewählten Innendruck aufgefüllt wird und diesen Jederzeit beibehält.
Die Winrichtung ist mit entsprechenden Adaptern an ein herkömmliches Beatmungsgerät
angeschlossen, in welches das Atemgas geleitet und das in zweckmäßigen Atemzugvolutaina
in die Lunge des Patienten entleert wird. Der so hergestellten Funktionseinheit
sind mehrere pneumatische Ventile zugeordnet, von denen eines der erforderlichen
positiven Endausatemdruck (PwgP) oder kontinuierlichen positiven Atemwegdruck (CPAP)
sichern soll. Die Verwendung des in der Literatur noch ausführlicher beschriebenen
Systems erreicht zwar eine zur zwangsläufigen Minutenvolumengabe (MMV) abgewandelte
IMV, jedoch steht der apparative Aufwand in keinem Verhältnis zur erzielten Wirkung.
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Ss sind fernerhin zeitgesteuerte Beataungsgeräte bekannt, die bei
Bedarf auf Drucksteuerung umschaltbar sind und deren Entwöhnungsapparatur während
der Inspirationsphase einer Zwangsbeatmung die angestrebte Kontinuität der Zeit-Volumen-
und Druckcharakteristik zerstört und Korrekturen erfordert. Ein Beispiel von Geräten
dieser Art ist das unter der Bezeichnung Universal-Ventilator 1" bekanntgewordene
Laagzeitbeatmungsgerät (Prospekt 5662.1 der Firma Drägerwerk AG Lübeck, Juni 1978)
mit dem neben der kontrollierten und assistierenden Beatmung auch die IMV-Beatsung
durchgeführt werden kann. Mit dem Umschalten auf IMV wird die der kontrollierten
Beatmung zugrunde liegende
Frequenz bzw. die der assistierenden
Beatmung zugrunde liegende Sicherheitsfrequenz zunächst gezehntelt und darüber hinaus
die Inspirationsdauer für den maschinell abzuliefernden Beatmungshub manuell direkt
eingestellt. Die restliche Zeit ist Pausenzeit, in der dem Patienten die Spontanatmung
gestattet wird. Auch bei dieser Lösung wird durch Binstellung eines positiven Endausatemdruckes
die Atmung unter kontinuierlich positivem Atemwegdruck ermöglicht.
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Bei einer solchen Betriebsart sind jedoch Korrekturen zur Gewährleistung
des ursprünglichen Atemzugvolumens für den nunmehrigen maschinell abzuliefernden
Beatmungshub unvermeidlich. Die bekannten Beatmungsgeräte mit der zusätzlichen Betriebsart
der intermittierenden Zwangsbeatmung sind für eine synchronisierte IMV (SIMV) ausgelegt,
deren angeblich physiologischer Vorteil jedoch nicht annehmbar ist.
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bestens ist der Patient in der Entwöhnungsphase unruhig und zweitens
ist schon deshalb die Häufigkeit der apontanen Einatmung auf dem Höhepunkt eines
zwangs läufigen Beatmungszuges selten. Tritt dieser Fall doch ein, dann entspricht
dies einem "Seufzer", dessen Auftreten bei kontrollierter Beatmung sowieso eine
Grundforderung ist.
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Der Zweck der Erfindung besteht in der Beseitigung der aufgezeigten
Mängel, wobei in der Zielstellung bewußt auf die Möglichkeit einer synchronisierten
IMV verzichtet wird.
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Ziel der erfindung: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
in Beatmungsgeräten zusätzliche Betriebsart der intermittierenden Zwangsbeamung
dahingehend zu verbessern, daß die hierfür notwendige Steuerungsanordnung unter
weitestgehender Nutzung bereits vorhandener pneumatisch-logischer Schalt- und Steuerelemente
sowohl die IMV und bei Vorhandensein eines Ventiles zur Erzeugung eines endexspiratorischen
positiven Druckplateaus (PEEP) die Spontanatmung bei Aufrechterhalten eines kontinuierlichen
positiven Atemwegdruckes (CPAP) ermöglicht als auch die Ergonomie in den Beziehungen
zwischen Patient und Beatmungsgerät mittels nur einer hinzukommenden Schalt-und
Signalgebereinheit optimal gestattet.
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Darlegung des Wesens der Erfindung: Die Aufgabe wird gemäß der SrSindung
dadurch gelöst, daß die Steuerungsanordnung eine mit einem Wahlschalter, einem ODSR-Block
und zwei UND-Blöcken versehene Zusatzsteuerung ist, daß der Wahlschalter eingangsseitig
mit der Steuerdruckleitung der Beatmungsgerätesteuerung und ausgangsseitig mit jeweils
einem Eingang des OD-Blockes und der UND-Blöcke verbunden ist und daß der ODSR-Block
und die UND-Blöcke über ihre zweiten Eingänge an die Signalleitungen des Druck-,
Zeit- und Volumensteuermechanismus der Beatmungsgerätesteuerung und über ihre Ausgänge
an ein mit der Steuerdruckleitung in Verbindung stehendes Wegeventil, einen Schwellwertschalter
und eine Riickschlag-Wegeventil kombination angeschlossen sind, die ihrerseits über
bekannte
Schalt- und Steuerelemente mit dem -Stück am Patientenanschluß
verknüpft sind. Durch die Erfindung wird eine Überlegenheit gegenüber der SIMV geschaffen,
die besonders im in Etappen vollzogenen Entwöhnungsprozeß als einfache Lösung offenbart
ist. Ausgangspunkt deO Vorganges der Entwönnung ist im allgemeinen die intermittierende
bberdruckbeatmung (IPPB). Ihr folgt die assistierende intermittierende Überdruckbeatmung
mit hoher Triggerempfindlichkeit und denach die assistierende intermittierende Uberdruckbeatmung
mit niedriger Triggerempfindlichkeit und verlängerter Pausenzeit.
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Schließlich folgt das Umschalten auf IMV bei Nutzung aller technischen
Mittel der zwangsweisen assistierenden Beatmung im Falle ausbleibenden Eigenatmungsversuches
des Patienten nach Ablauf' der Pausenzeit. Der Vorteil wird besonders in der letzten
Etappe offensichtlich, denn in ihr erfolgt der Zwangsbeatmungshub mit, den zinstellungen
zur assistierenden Beatmung oder mit blockiertem Trigger, und in der dazugehörigen
Pausenzeft kann der patient spontan atmen. Die Pausenzeit kann mit zunehmender Entwöhnung
kontinuierlich verlängert werden.
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Vorzugsweise besitzt der Wahlschalter 3/2-Funktion und ist er eingangsseitio
mit der zu einem O2-Anschluß geführten Steuerdruckleitung der Beatmungsgerätessteuerung
und ausgangsseitig über einen direktten statischen Eingang mit dem ODER-Block sowie
über jeweils einen iversen statischen eingang mit dem ersten UND-Block und dem zweiten
UND-Block verbunden.
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Die in der Zusatzsteuerung verwendeten und die mit ihr verbundenen
Schalt- und Steuerelemente bilden selbst keinen Teil der Erfindung, so daß auf diese
nicht weiter eingegangen wird. Die Ausbildung der Erfindung jedoch ist zweckmäßig
dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter eine Verbindung mit dem Patientenanschluß
aufweist, der einerseits über ein PiP/CPAP-Ventil und ein mit diesem verbundenes
Exspirationsventil an die Beatmungsgerätesteuerung, andererseits einmal an ein Uberdrucksicherheitsventil
und ein Hustenventil und zum anderen an einen mit einem Stromventil und dem Wegeventil
verbundenen Injektor angeschlossen ist, daß der Injektor einen Zugang vom membrangesteuerten
Verschluß der Rückschlag-Wgeventilkonibination besitzt, die über ihren einen Weg
mit dem Hustenventil und einem Luftfilter und über ihren anderen Weg erstens und
unter Zwischenschaltung eines weiteren Stromventils und Durchflußmessers mit dem
O2-Anschluß und zweitens mit einem Ausgleichsbehälter und einem Uberdrucksicherheitsvcntil
für O2-Zufluß verbunden ist.
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Die Zusatzsteuerung kann platzmäßig in jedem Beatmungsgerät untergebracht
werden. Hierbei bilden der Wahlschalter, der ODZR-Block und die UND-Blöcke eine
Baueinheit und sind diese kompakt miteinander verbunden. Die Zweckmäßigkeit besteht
auch noch darin, daß die Stromventile, der Schwellwert schalter, das PEEP/CPAP-Ventil
und das in Patientennähe
eingeorctnete Uberdrucksicherheitsventil
einstellbar gestaltet sind.
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Es ist fernerhin moglich, einen entsprechenden Mechanismus mit optischer
oder akustischer Singnalgabe vorzusehen, der bei der IMV wirkt und die Zwangsbeatmungen
nach den zigenataunien in der Pausenzeit anzeigt. inrichtungen dieser Art sind jedoch
bekannt und werden deshalb hier nicht weites beschrieben.
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Ausführungsbeispiel: in Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben, die ein Schema der erfindungsgemäßen
Zusatzsteuerung und der Schaltungsanordnung mit der Beatmungsgerätesteuerung zeigt.
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Das in der Zeichnung dargestellte Beatmungsgerät umfaßt die mit der
Bezugszahl n versehene Beatmungsgerätesteuerung, deren Druck-Volumen-Zeitsteuermechanisinus
zur assistierenden und kontrollierten Beatmung an sich bekannt ist und deshalb hier
nicht weiter beschrieben wird. Mit diesem ist eine für die zusätzliche Betriebsart
der intermittrenden Zwangsbeatmung bestimmte Zusatzsteuerung 2 verbunden, deren
Hauptbestandteil ein Wahlschalter 3, ein ODER-Block 4 und zwei UND-Blöcke 5,6 sind.
Der mit einer 3/2-Funktion ausgestattete Wahlschalter 3 ist eingangsseitig mit einer
zum O2-Anschluß 7 geführten Steuerdruckleitung 8 der Beatmungsgerätesteuerung 1
und ausgangsseitig über einen direkten statischen eingang mit dem ODER-Block 4 sowie
über jeweils einen inversen statischen eingang mit dem ersten UND-Block 5 und dem
zweiten UND-Block 6 verbunden. Die anderen Singänge
des ODdR-Blockes
4 und der UND-Blöcke 5,6 stehen mit den Signalleitungen 9 des Druck-Volumen-Zeitsteuermechanismus
der Beatmungsgerätesteuerung 1 in Verbindung.
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Der Ausgang des ODER-Blockec 4 ist an ein Wegeventil 13 der Ausgang
des UND-Blockes 5 ist an einen Schwellwertschalt er 11 und der Ausgang des UND-Blockes
6 ist an eine Rückschlag-Wegeventil-Kombination 12 angeschlossen. Die Leitung 13
verbindet den Schwellwertschalter 11 mit dem Y-Stück 14 am Patientenanschluß 15,
der einerseits über ein P;P/CPAP-Ventil 16 und ein mit diesem verbundenes Expirationsventil
17 an die Beatmungsgerätesteuerung 1 und andererseits einmal an ein uberdrucksicherheitsventil
13 und ein Hustenventil 19 und zum anderen an einen mit einem Stromventil 20 und
dem Wegeventil 10 verbundenen Injektor 21 angeschlossen ist. Der Injektor 21 besitzt
einen Zugang vom membrangesteuerten Verschluß der Räckschlag-Wegeventil-Kombination
12, die außer dem Zugang vom UND-Block 6 zwei weitere jedoch von diesem getrennte
Wege aufweist, von denen der eine Weg mit dem Hustenventil 19 und einem im Nebenschluß
angeordneten Luftfilter 22 verbunden ist. Der andere Weg ist unter Zwischenschaltung
eines Stromventiles 23 und eines Durchflußmessers 24 an dem 02-Anschluß 7 aber auch
an einen Ausgleichsbehälter 25 und ein Uberdrucksicherheitsventil 26 geführt.
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Von dem unter Druck stehenden Sauerstoff wird ein für Steuerzwecke
abgezweigtes Teil über die Steuerleitung 8 zur Beatmungsgerätesteuerung 1 und zur
Zusatzsteuerung 2
geführt. Die logischen Verknüpfungsglieder (in
4, 5 und 6) deren leistungsmäßige Anpassung zu den nachfolgenden druckmittelbetriebenen
elementen durch eine bevorzugte Verwendung bekannter Doppelmembranrelais besonders
vorteilhaft ist und die eine Verbindung der Beatmungsgerätesteuerung 1 mit der Zusatzsteuerung
2 herstellen, sind auf der Grundlage der logischen Operation UlW bzw. ODER aufgebaut.
Hierbei realisieren der ODiR-Block 4 die punktion einer Disjunktion und die UND-Blöcke
5,G die Funktion einer Inhibition, so daß entsprechend der getroffenen Entscheidung
am Wahlschalter 3 die Informationen in Fcrm der Eingangssignale entsprechend verarbeitet
werden. Diese in Abhängigkeit vom Druck-Volumen oder Zeitsteuermechanismus zur assistierten
oder kontrollierten Beatmung der Beatmungsgerätesteuerung 1 sowie von der gewählten
zusätzlichen Betriebsart der intermittierenden Zwangsbeatmung entstehenden Drucksignale
werden über Membranen in Kräfte umgesetzt, welche die erforderliche Umschaltung
der Leitungsverbindung ermöglicht.
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Es erübrigt sich eine Beschreibung der mit dem ODER-Block 4 und den
UND-Blöcken 5,6 ausführbaren logischen Funktionen, da diese aus der Steuerungsanordnung
der Zeichnung hervor geht. Diese zeigt das Beatmungsgerät im Schaltzustand einer
intermittierenden Überdruckbeatmung (IPPB), die während der Inspirationsphase dem
Patienten ein Atemgas mit einer Sauerstoffkonzentation von 21 bis 100 Vol.%O zuführt.
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Die Entwöhnung des Patienten von dieser automatischen Beatmung
erfolgt
über die assistierte IPPB zunächst mit hoher Triggerempfindlichkeit und kurzer Pausenzeit,
dann mit niedriger Triggerempfindlichkeit und verlängerter Pausenzeit, bis schließlich
auf die intermittierende Zwangsbeatmung (IMV) z. B. mit konstantem positiven Luftwegedruck
(CPAP) umgeschaltet wird, Während der Pausenzeit, die am Timer vorwählbar ist, erfolgen
die spontanen Atembfibe. Das geatmete Hubvolumen weist hierbei gleichbleibend die
vorgewählte Sauerstoffkonzentration auf, d. h. der Patient atmet die gleiche Gasqualität
wie bei der kontrollierten bzw. assistierten IPPB.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt in der Kontinuität
des Überganges von der IPPB über die IMV zur Spontanatmung und zeigt sich besonders
darin, daß die Inspirationsphase hinsichtlich der Zeit-, Volumen- und Druckcharakteristik
und die Gasqualität konstant bleiben. Auch das Ausführungsbeispiel vermeidet bewußt
die Möglichkeit zur sogenannten synchronisierten TMV (SIMV), weil in der Regel der
Patient beim Absetzen vom Beatmungsgerät unruhig ist. BB wurde auch bereits dargelegt,
daß die Häufigkeit der spontanen iinatauag auf dem Höhepunkt eines zwangsläufigen
Beatmungszuges selten ist. Tritt dieser Fall doch ein, dann entspricht dies dem
"Seufzer", der bei kontrollierter Beatmung eine Grundforderung ist.
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Die für den Patienten möglicherweise schädigenden Druckspitzen werden
durch das Uberdrucksicherheitsventil 18 verhindert.
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Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft eine Steuerung für automatische
druck-, zeit- oder volumengesteuerte Beatmungsgeräte zur assistierenden und kontrollierten
Beatmung, mit einer Steuerungsanordnung zur intermitt lerend en Zwangsbeatmung (Mv).
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Ziel der erfindung ist, die Betriebsart IMV zu verbessern und bei
endexpiratorischen positiven Druckplateaus (PEEP) die Spontanatmung bei Aufrechterhalten
eines kontinuierlichen positiven Atemwegdruckes (CPAP) zu ermöglichen.
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Gemäß der erfindung ist die Steuerungsanordnung eine aus einem Wahlschalter,
einem ODER-Block und zwei UND-Blöcken bestehende Zusatzsteuerung, die eingangsseitig
über Signalleitungen des Druck-, Zeit- und Volumensteuermechanismus mit der Beatmungsgera'testeuerung
und ausgangsseitig über ein Wegeventil, einen Schwellwertschalter und eine Rückschlag-WeOeventilkombination
sowie nachgeordnete Schalt-und Steuerelemente mit dem Patientenanschluß verbunden
ist.
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