DE2948576A1

DE2948576A1 - Thermistorsonde fuer die stuetzbeatmung

Info

Publication number: DE2948576A1
Application number: DE19792948576
Authority: DE
Inventors: Raymond Arnold Ellestad; Finn Sveen
Original assignee: Bourns Medical Systems Inc
Current assignee: Bird Products Corp
Priority date: 1979-03-05
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1980-09-18
Also published as: SE431060B; DE2948576C2; SE7909464L

Description

Thermistorsonde für die Stützbeatmunq
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein mechanische Beatmungsgeräte ("ventilaturs") und Atmungshilfen und insbesondere eine den Atmungsaufwand eines Patienten erfassende Einrichtung, mit der der lüfter in einen geeigneten Betriebszustand geschaltet werden kann.
Vorhandene Beatmungssysteme können aufgrund verschiedener Parameter in unterschiedlichen Betriebsarten arbeiten. Bei sehr schwachen Patienten muß jedoch bereits ein sehr schwacher Atmungsversuch erfaßt werden. Gibt man jedoch dem Atmungsbedarf des Patienten zu sehr nach, kann dieser sich so an den Lüfter gewöhnen, daß er mit eigener Kraft nicht mehr atmen kann, auch wenn er sich körperlich so weit erholt hat, duß er dazu in der Lage wäre.
Man hat daher moderne Beatmungsgeräte entwickelt, die auf den Atmungsbedarf des Patienten ansprechen und eine Anzahl von Betriebszuständen einnehmen können, von denen einer üblicherweise ein Steuerbetrieb ist. In diesem Betriebszustand hängt der Patient für die Atmung vollständig vom Beatmungsgerät ab, d.h. das Iseatmungsgerät steuert sämtliche Atmungsfunktionen des Patienten einschließlich der Atmungsfrequenz des vom Patienten einzuatmenden Atemgas volumens sowie aller anderen Größen und Drücke, die das G.erät dem Patienten bereitstellen kann und bereitstellt.
In einer weiteren BetriebsalL, dem Stützbetrieb, unterstützt der Lüfter ansprechend auf einen anfänglichen Atmungsversuch des Patienten diesen, indem er ihm eine vorbestimmte Atemgasmenge zuführt. Diese Beatmungsart entspricht dem oben beschreibenen Steuerbetrieb, wobei jedoch die Atmungsfrequenz vom Patienten selbst durch seine eigenen Atmungsversuche bestimmt wird. Im Stützbetrieb wird also dem Patienten kein Atemgas zugeführt, sofern er sich nicht selbst zu atmen bemüht. Ist dies nicht der lall, führt ihm die Maschine kein Atemgas zu. Es ist daher äußerst wichtig, daß jedexauch noch so schwache Atmungsversuch des Patienten erfaßt wird. Geschieht dies nicht, wird dem Patienten kein Atemgas zugeführt, so daß er von der ltilfsbeatmung durch das Beatmungs(lerät, sofern vorgesehen, abhängt. Dann nimmt aber auch eine Abhängigkeit von der und Gewöhnung an die Maschine zu.
Eine weitere, im vorliegenden Fall weniger interessante Betriebsart ist der Spontanbetrieb. Dabei führt das lseatmungsgerät dem Patienten die Atemgasmischung zu, die erforderlich ist, um einen konstanten Ubt.rdruck in den Luftwegen (CPAP "constant positive airway pressure") beizubehalten. In dieser Betriebsart muß der Patient kräftig genug sein, um eine für einen vollständigen Atmuiigszyklus ausreichende Atemgasmenge in seinen Körper einzuziehen. In der zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung beispielhaft zu beschreibenden Beatmungsmaschine findet diese Betriebsart jedoch eine wenn überhaupt nur geringe Anwendung.
Obgleich einige Beatmungsgeräte des Standes der Technik bis zu einem gewissen Punkt in ihren funktionen zufriedenstellend waren, reichte ihre Empfindlichkeit nicht iniiner aus.
Unter bestimmten Bedingungen ließ sich daher der Patient nicht ausreichend versorgen. Beispielsweise können manche Patienten stärker Atmungsversuche unternehmen als andere.
Werden die Atmungsversuche schwächerer Patienten nicht ebenfalls erfaßt, läßt sich das Ziel des Stützbetriebs nicht erreichen. Es ist daher wichtig, ein System zu erstellen, daß so empfindlich wie möglich ist, um jeden auch noch so schwachen Atmungsversuch des Patienten zu erfassen.
Man hat zahlreiche unterschiedliche Systeme eingesetzt, um die oben erläuterten Probleme zu beseitigen. I)ie meisten von ihnen haben aber neue Schwierigkeiten auf-geworfen oder die bereits vorliegendtn nur teilweise gelöst oder beides. Sie erfüllen die speziellen Forderungen spezieller Fälle und sind daher nur in (ng begrenzten Problembereichen einsetzbar. Unter anderen Nachteilen sind sie in ihrer Funktion unzuverlässig und im Dauerbetrieb nicht ausreichend voraussehbar; weiterhin sinti sie in der Herstellung kompliziert und teuer. Einige dieser Vorrichtungen des Standes der Technik sind in den US-Patentschriften 3 903 876, 3 645 133, 3 438 254, 3 368 212, 3 316 902, 3 085 431, 3 972 327, 3 434 471 und 3 220 255 beschrieben, die der Anmelderin bei der Neuheitsrecherche durch das Patent- und Warenzeichenamt der Vereinigten Staaten von Amerika mitgeteilt wurden.
Die Uberprüfung dieser Patentschriften durch die Anmelderin hat folgendes gezeigt.
Die in der US-PS 3 903 876 vorgeschlagene Vorrichtung wäre zum Einsatz mit einem Beatmuriqsgerit nicht geeignet, da sie nicht zur Verwendung in einem geschlossenen System gedacht ist. Die Leitungen sind an mehreren Punkten - einschließlich einer Stelle unmittelbar am patienten - zur Umluft offen; eine derartige Anlage kann mit einem Uberdruckbeatmungsgerät nicht einwandfrei arbeiten. Die Vorrichtung hat im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung u.a. drei weitere wesentliche Nachteile. Zunächst ist sie darauf einyerichtet, die Strömung unabhängig von deren Richtung zu ermitteln.
Es ist daher möglich, daß ein zusätzliches Atemtiasvolumen zugeführt wird, wenn der Patient aus-, nicht einatmen will.
Da weiterhin Strömungen beliebiger Richtung erfaßt werden, kann unter Umständen die Totzeit zu kurz werden, um ein Erfolen des Thermistors zu erlauben. Weiterhin würde sich diese Vorrichtung nicht mit der Empfindlichkeit ausführen lassen, die mit der vorliegenden Erfindung erreicht worden ist.
In der Vorrichtung nach der US-PS 3 645 133 ist ein Thermistor in der Atemgasleitung zum Patienten und ein weiterer Thermistor separat angeordnet, um eine Temperaturkompensation zu erreichen. Da der erste Theriiistor in der llauptleitung liegt, muß der Leitungsquerschnitt dort ausreichend groß bemessen sein, um den Patienten die volle Atemgasströmung zuführen zu können. Es muß also ein verhältnismäßig großes Luftvolumen am Thermistor vorbeiströmen, so daß im Vergleich zur Erfindung die Empfindlichkeit und die Ansprechschnelligkeit wesentlich schlechter sind.
Das System nach der US-PS 3 438 254 ist ebenfalls ein Hauptleitungsfühlsystem und hat die oben erwähnten Nachteile.
Weiterhin ist diese Anordnung komplizierter und voluminöser als die nach der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung nach der US-PS 3 368 212 wertet den Druckunterschied zwischen dem Patientensystem und der Atmosphäre, den die Patientenströmung verursacht, aus, um Luft durch ein Rohr zu Schicken, tiie eintii Thermistor kühlen soll. Da diese Anordnung kein geschlossenes System darstellt, ist es für die Verwendung mit e allem Überdruckbeatmungsgerät nicht verwendbar.
Der größte Teil der US-PS 3 i16 902 befaßt sich mit der Schultungsanordnung und den grundsätzlichen Prinzipien von Beatmungs- und Atmungsüberwachungsgeräten. bei dieser Vorrichtung ist die Thermistorsonde unmittelbar auf dem Körper des Patienten angeordnet. Dieser Ansatz wirft: jedoch unter anderem folgende Probleme auf: (1) Es besteht die Gefahr eines elektrischen Schlags, wenn immer eine elektrische Anordnung unmittelbar auf einem Patienten angeordnet ist.
Ist der Thermistor so gut isoliert, daß die Gefahr ausreichend abgewendet ist, muß man Einbußen an Empfindlichkeit und Ansprechzeit in Kauf nehmen (2) Im Bereich des Patienten treten Feuchtigkeit, Schleim und andere Fremdstoffe auf, die sich auf dem Thermistor ansammeln und dessen Funktion beieinträchtigen können. (3) Anlagenteile außerhalb des Lüfters, die von Therapeutikern, Pflegern und anderem Personal gehandhabt werden müssen, können fehlbehandelt und beschädigt werden. (4) Steht der Thermistor in Berührung mit dem Patienten, muß er zur Sterilisieren vom Lüfter abgenommen werden können. Weiterhin muß er die Sterilisierungstemperatur aushalten können. Diese Nachteile wiegen im Vergleich zur vorliegenden Erfindung schwer gegen den bekannten Vorschlag.
Die in der US-PS 3 085 431 vorgeschlagene Anordnung ist zwar interessant, aber zu kompliziert. Sie ist für präzise Messungen gedacht, nicht nur zur Erfassung eines Versuchs, eine Strömung einzuleiten.
Ein System, das empfindlichen auf die Atmungsversuche des Patienten anspricht als die derzeit bekannten Anordnungen wäre daher ein wesentlicher Fortschnitt Es ist also ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine empfindlichere Einrichtung zum Erfassen der Atmungsversuche eines Patienten zu erstellen, als bisher verfügbar ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das oben erläuterte empfindlichere System so zu erstellen, daß es sich zur Abänderung vorhandener Anordnungen eignet.
Ein weiters Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein solches System in Form einer wirtschaltlichen und bequemen Einheit anzugeben, so daß sich vorhandene Systeme mit ihm leicht modifizieren lassen.
Schließlich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein solches System zu erstellen, das zwischen einem Ein-und einem Ausatmungsversuch des Patienten untersctzeiden kann.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung schafft eine Fühlmechanik, die eine Thermistoranordnun<, der eine empfindliche Membran zugeordnet ist, sowie eine Kammer und ein Rohr geringen Durchmessers enthält, die einander derart zugeordnet sind, daß an der Thermistoranordnunq die Strömung mit hoher Geschwindigkeit vorbeiführt, so daß man eine maximale Empfindlichkeit und, wenn bevorzugt, eine maximale Richtungsempfindlichkeit für den Atmungsversuch des Patienten erhält.
Weitere Vorteile und Besondenheiten der vorliegenden Erfindung sollen nun unter Bezug auf die Beigefügten Zeichnungen (in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichen) an einem Ausführungsbeispiel erläuter werden.
Fig. 1 ist ein idealisiertes Strömungsflußdiagramm, das die allgemeinen Eigenschaften eines modernen Beatmungsgeräts erläutert; Fig. 2 ist eine Zusammenfassung einer Perspektivdarstellung mit einem Flußdiagramm eines Beatmungsgeräts unter Eibezichtung der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 ist eine ausführliche geschnittene Perspektive einer Konfiguration der Thermistor-Fühlsondenanordnung nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 ist eine geschnittene Perspektive einer weiteren Konfiguration der Thermistor-Fühlsondenanordnung nach der vorliegenden Erfindung; Fig. Cj ist eine geschnittene Perspektive einer weiteren Konfiguration einer Thermistor-Fühlsondenanordnung nach tier Erfindung; Fig. 6 ist eine geschnittene Perspektive einer weiteren Konfiguration einer Thermistor- Fühlanordnung nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 7 ist das Schaltbild einer Logikschaltung, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Obgleich unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen speziellc Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden sollen, gelten diese nur beispielhaft und stellen eine kleine Anzahl der vielen möglichen Ausführungsformen dar, in denen die Erfindung sich grundsätzlich realisieren läßt.
Für den Fachmann sind zahlreiche Änderungen unmittelbar ersichtlich, die voll im Rahmen der Erfindung liegen, wie sie in den Ansprüchen definiert ist.
Die Fig. 1 zeigt als verallgemeinertes Flußdiagramm die Eigenschaften eines modernen Beatmungsgeräts. Luft wird durch einen Lufteinlaß 2 aufgenommen und über einem Regler 10 in ein Mischventil 14 eingespeist; desgleichen wird Sauerstoff von einem Sauerstoffeinlaß 4 iibel- t Suuerstoffregler 12 dem gleichen Mischventil 14 zugeführt. Nach dem Vermischen im Mischventil 14 geht die Luft-Sauerstoff-Mischung in die Einlaßkammer 15 eines Bedarfsregler 18, der mit einer biegsamen elastischen Membran 24 zu einer Bezugskammer 20 und einer Fühlkammer 22 unterteilt ist. Die Einlaßkammer 15 und die Fühlkammer 22 werden von einer Wand 26 mit einer mittigen Öffnung 28 voneinander getrennt, durch die eine Stange 30 von der Membran 24 in das Innere der Kammer 15 vorsteht. Ein am Ende der Stange 30 in der Kammer 15 angebrachter Verschlußkolben liegt normalerweise an der Trennwand 26 an, um die Öffnung 28 abzudecken und so eine Luftströmung zwischen den Kammern 15, 22 zu unterbinden. Diese Sperre wird aus dem Strömungskanal herausgenomnien, wenn der Gasdruck in der Kammer 22 um einen vorbestimmten Betrag sinkt, während der Gasdruck in der Kammer 20 konstant bleibt. In diesem Fall biegt die Membran 24 sich in die Kammer 22 hinein (nach rechts in Fig. 1), so daß der Verschluß 32 sich von der Trennwand 26 abhebt und die Gasmischung von dem Luft- und Sauerstoffanschluß in die Luft- bzw. Sauerstoffeinlässe 2 bzw. 4, durch die Regler 10, 12, das Mischventil 14 und die Kammer 15 in die Kammer 22 strömen kann. Der Bedarfsregler 18 wirkt also wie der Regler am Atemgastank für Tauciler, bei dem ein Druckabfall auftritt, wenn der Benutzer zu atmen versucht; dieser Druckabfall öffnet eine von der Atemluftversorgung abgehende Leitung.
Die Fühlkammer 22 ist über eine Leitung 34 und ein Rückschlag ventil 36 mit einer Atmungsstützmechanik verbunden, in der ein Kolben 40 verschiebbar in einem Zylinder 42 angeordnet ist. Ein Steuerschalter 55 steuert die Funktion der Atmungsstützmechanik. In der Fühlkammer 22 entsteht ein Unterdruck, wenn d(r Kolben 40 rückgezoqen wird (nach links in Fig. 1); dan lenkt die Membran 24 aus und deckt die Öffnung 28 ab, so <laß die Atemgase vom ruft- und Sauerstoffanschluß über die leegler 10, 12 durch das Mischventil 14, durch die Kammer 22, die Jeitung 34 und das Rückschlagventil 36 in den Zylinder 42 strömen kann, so lange der Kolben 40 sich weiter zurückbewegt. Der Steuerschalter 44 aktiviert, wenn betätigt, die Atmungcsstützmechanik; diese treibt den Kolben 40 vor, der daraufhin die Ateligasmischung im Zylinder 42 über das Rückschlagventil 48 und den filter 50 in dieversorgungsleitung 4G zum Patienten drückt. Das dem Patienten zugeführte Gasvolumen kann entweder voreingestellt oder dynamisch bestimmt werden unter Benutzung bekannter Vorrichtungen, die den Lungendruck des Patienten messen und die Vorwärtsbewegung des Kolbens 40 beenden, wenn der Lungendruck einen erwünschten Wert erreicht hat.
Die Versorgungsleitung 46 stellt eine Verbindung zwischen der Atmungsstützeinrichtung und dem Patienten her. Das Leitungssystem enthält ein Rückschlagventil 48, das einen Rückstrom des ausgeatmeten Gases vom Patienten zu den Atemgasquellen verhindert, sowie eine Filter- und/oder Pefeuchtereinrichtung 50, die die Atemluft vor der Abgabe an den Patienten behandelt. Ein Endotrachealschlauch 52 kann in die Leitungsanordnung über ein T-Stück eingefügt werden, um Luft zum und vom Patienten zu leiten.
Weiterhin enhält das Leitungssystem einen Auslaß-bzw.
Ausatemzweig 54 mit einem Auslaß 56, der in eine Kammer 58 mündet, deren eine Wandung eine auf den Auslaß 56 ausgerichtete Membran 60 bildet. Ein Kolben G2 ist so angeordnet, daß er die Membran abwechselnd in eine lage, in der sie den Auslaß sperrt, wenn der Kolben sich in cler vorderen Stellung befindet, und in eine eingezogene tage des Kolbens lenkt, in der er die Membran 60 freigibt und Gas aus dem Leitungssystem ',4 durch den Auslaß S6 strömen kann. Eine Kolbensteuereinrichtung 64 wie beispielsweise ein Elektromagnet unter der Steuerung eines Stützwandlers 80 und der Steuerschaltung ')0 bewirkt, daß der Kolben 62 den Auslaß 56 be im Einatmen sperrt und beiro Ausatmen öffnet.
Während die Atemtätigkeit de. Patienten auf vielfältige Art und Weise erfaßt werden kann (beispielsweise durch Messen des Drucks im Leitungssystem 46 und Betätigen der Atmungsstützmechanik, wenn der Druck unter einen bestimmten Wert fällt), befaßt die vorliegende Erfindung sich mit einer neuartigen und äußerst emlofindlichen Methode, die im folgenden erläutert werden soll.
Bei einem herkömmlichen Beatmungsgerät steht die Kammer 58 mit der zweiten Kammer 66 über ein Rückschlagventil 60 in Verbindung, das eine Gasströmung nur von der Kaninier 58 zur Kammer 66 erlaubt. Der Druck in der Kammer 66 wird zwangsweise konstant gehalten mit einer Gasstrahlquelle 70, die einen stetigen Strahl durch eine Venturidüse 72 in die Kammer 66 schickt. Zwischen der Gasstrahlquelle 70 und der Venturidüse 72 leigt eine Anzilil von Auslaßöffnungen 74, damit vom Patienten ausgeatmetes Gas aus dem Beatmungssystem entweichen kann. Die Gasstrahlquelle 70 ist innerhalb eines Bereichs verstellbar, der erlaubt, den Druck in der Kammer 66 zwischen null und 150 mm WS (ca. 0,014 kp/cm2 Überdruck (0,2 psig)) einzustellen. Eine Ablaßleitung 76 erlaubt eine Gasrückströmung aus der Kammer 66 in die Kammer 58, wobei ein verstellbares Nadelventil 78 eine Drosselstellc in der leitung bildet, nit der die Strömungsstärke begrenzt werden kann (die in der entgegengesetzten Richtung aus der Kammer 58 in die Kammer 66 durch das Rückschlagventil 68 verläuft). Das Nadelventil 78 kinn von einem vollständig geöffneten Zustand, in dem die Gasströmun durch die Ablaßleituntj 76 im wesentlichen unbehindert ist, bis in den vollständigen geschlossenen Zustand verstellt werden.
Die dynamische Steuerung der Atmungsstützmechanik beginnt am Wandler 80. Ein Druckunterschied zwischen der BEEP-Bezugsleitung 88 und der Verbindungsleitung 84 muß erfaßt werden. Dabei bedeutet das Kürzel PEEP einen "positiven Ausatem-Enddruck". Weiterhin wirkt der PEEP-Druck auf die PEEP-Bezugskammer 20. Der Wandler 80 erzeugt Signalinformation zur Ansteuerung der Kolbensteuerung 64 über die Signalleitung 91 und der Atmungsstützsteuerschaltung 90 über die Signalleitung 92. Der Steuerschalter 44 spricht auf das auf der Signal leitung 128 von der Steuerschaltung 90 abyegebene Signal an und steuei-t die Kolbenbewequng im Zylinder 42. Wie sich hieraus ergibt, hängt die Empfindlichkeit des gesamten Beatmungssystems von der Empfindlichkeit des Wandlers 80 ab. Um also ein empfindlicheres System zu entwickeln, ist die Empfindlichkeit dieses Wandlers 80 äußerst wichtig.
Auf diese Bestandteile des gesamten Beatmungssystems richtet sich primär die vor @ liegende Irfindung.
Die Fig. 2 zeigt ein System das den Fühlwandler entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält. Wie in der Fig.
1 sind der Luft- und der Sauerstoffeinlaß mit dem Bezugzeichen 2 bzw. 4 bezeichnet. Die vom System aufgenommene und am Mischventil 14 vorliegende luft ist durch das Luft-Rückschlagventil 3, den Luftfilter 6, den Luftdruck-Warnschalter 9 und den Luftregler 10 geströmt. Ein Meßinstrument 13 überwacht den Einlaßdruck der anstehenden Luft.
Entsprechend strömt der Sauerstoff am Mischventil 14, nachdem er durch den Einlaß 4 in die Maschine eingetrenten und durch das Sauerstoff- Rückschlagventil 5 und den Sauerstofffilter 7 geleitet worden ist , auf den Sauerstoffdruck-Warnschalter 11 und wird mit dei sauerstoffregler 12 geregelt.
Befindet die Anordnung sich in einem Schrink, wie in Fig. 2 angedeutet, muß Kühlluft vortlesehen werden. Ein Kühllufteinlaß ist mit 94 bezeichnet, , während das Kühlluftgebläse mit 95 bezeichnet ist. Das Steuerpult mit Schrank ist mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet. Das PEEP-Dezugsdrucksystem enthält eine Konstantdruckkammer 66, eine PEEP-Venturidüse 72,sowie die Auslaßöffnungen 74 mit einer Gasstrahlversorgung 71. Dieser Druck steht am PLEP-Steuerventil 114. Das im Mischventil 14 gemischte Atemgas strömt durch eine Leitung 19 über ein T-Stück 101 in die Leitung 23 und durch einen Strömungsmesser 35, Cm Sicherheitsventil 37 und die Leitung 33 zum Strömungsregelventil 39. Das Strömungsregelventil 39 liefert das Mischgas über die leitung 41 und das Kreuzstück 93 an den Filter 50 und von dort mit der Versorgungsleitung 46 an einen Befeuchter 53. Nach deni Befeuchten strömt das Atemgas in tier Leitung 118 zuii Kreuzstück 116 und schließlich durch den Endotrachealschlauch 52 zum Patienten. Wie ersichtlich, sind zahl reiche iiilfskreise und Sicherheitseinrichtungen vorgesehen. Beispielsweise hat ein Teil des Kolbensystems mit dem Kolben 40 und dem Zylinder 42 mit einem Sicherheitsventil 50 und einer Federungskammer 81 ("compliance chamber") zu tun. Beim schnellen Einziehen des Kolbens 42 verhindert die Kamii'r 81, daß Außenluft das System verunreinigt. Wie ersichtlich, steht die Kammer 81 in Strömungsverbindung mit dem Zylinder 42 über ein T-Stück 79 und eine Leitung 83. Ein Rückschlagventil 36 steuert den Zustrom des Atemgases in den Zylinder 42. Ein weiteres Rückschlagventil 48 steuert die Zufuhr des Atemgases vom Zyliiiticr 42 in die Versor<;ungsleitung zum Patienten.
Es sei auf einen weiteren Strömungsweg der luft-Sauerstoff-Mischung verwiesen. Ein T-Stück 25 erlaubt dem Druck der Luft-Sauerstoff-Mischung in der leitung 19, einen Ablaß-Elektromagneten 85 zu beeinflussen, der eine Ablaßöffnung 103 mittels des Ablaßventils 8 steuert. Dieses Ablaßsystem trägt dazu bei, gewünschte Gasmischungen unter bestimmten Minimalströmungsbedingungen zu halten. Befindet das System sich jedoch nicht im Einsatz, sollte das Ablaßventil geschlossen sein, um Gas zu slearen. Der Elektromagnet 85 erfüllt die Funktion, das Ventil 87 zu sperren.
Das T-Stück 101 führt die J.uft-Sauerstoff-Mischung dem Bedarfsregler 18 zu. Der Bedarfsregler 18 weist eine Öffnung 27, die mit der Leitung 19 über ein T-Stück 101 und die Leitung 21 unmittelbar in Strömungsverbindung steht, sowie eine Kugeldichtung 31, einen Ventilsitz 29, eine an der Membran 24 befestigte Stange 30 sowie die PEL'P-Druck- und Bezugsdruckführkammern 20 bzw. 22 auf. Der Bedarfsregler 18 arbeitet über die Wechselwirkung zwischen dem Bedarfselektromagneten 96 und dessen Anschlüsse über die Leitungen 67, 69 und die T-Stücke 73, 75. Derartige Verbindungen und Zuordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und sollen hier nur das System ingesamt besser erläutert helfen.
Die Ausatemleitung 54 - vergl. Fig. 1 - führt zur Kammer 58, die den Auslaß 56 enthalt, der seinerseits von der Membran 60 unter der Wirkung des Ankers 63 gesteuer wird, den der Elektromagnet 65 betätigt. Die t Konstantdruck-Bezugskammer tragt, wie bereits erwahnt, das Bezugszeichen 66, während das Rücksclagventil, das eine Strömung in nur einer Richtung von der mit t veränderlichem Druck beaufschlagten Kammer 58 zur Konstantdruck-Bezugskammer 6(, zuläßt, das Bezugszeichen 68 trigt.
Der konstante Bezugsdruck in der Kammer 6f, isL cl(r PEEP-Bezugsdruck für das System, wie er mit dem PEEP-Steuerventil 114 eingestellt und gesteuert wird, und dieser Bezugsdruck beaufschlagt die PEEP-Bezugskammer des Hedarfsreglers 18 über die Leitung 88. Ein T-Stück 97 in der Leitung 88 liefert den PEEP-Bezugsdruck auf die Thermistor-Fühlsondeanordnung 100. Die Thermistor-Fühlsondenanordnung 100 weist eine Bezugsleitung 102 zur Aufnahme des PEEP-Bezugsdrucks, eine Kammer 104, eine die Kammer 104 gegen den PEEP-Bezugsdruck absperrentle Membran 108, eine Fühlieitung 106 (Fig. 3) sowie eineTherlliistoranordnunc3 auf. Diese Gesamtanordnung ist über ein T-Stück an den Zylinder 42 und über die Leitung 89 an die Versorgungsleitung 49 zum Patienten angeschlossen. Mit dazu T-Stück 43 ist ein I.:ntlastungsventil 45 in das Kreuzstück 93 eingefügt und erlaubt, über die Öffnung 47 einen iii dieser Leitung auftretenden Uberdruck abzulassen.
Ein Hilfsströmungskreis verläuft über die Luftleitung 86 am Kreuzstück 116 und über das T-Stück 99 zum L)ruckwandler 98 und über ein T-Stück 73 zum Luftdruckmesser 112 und dem Bedarfselektromagneten 96.
Die Kammer 81 gewährleistet, daß das dem Patientcn zuyeführte Atemgas nicht über das s Sicherheitsventil 51 verschmutzt wird. beispielsweise kann zu Beginn einer schnellen Einfahrbewegung des Kolbens 40 ein Unterdruck entstehen, der ausreicht, um das ;icherheitsventil 51 zu öffnen.
Dann kann Raumluft über da Rückschlagventil 36 eingesaugt werden und das Luft-Sauerstoff-Gleichgewicht stören, mit dem dem Patienten über den zylintler 42 das Atoiija zugeführt wird. Da sicht die Kammer 81 im System befindet, lenkt in diesem fall deren Membran jedoch aus und erlaubt eine Gasströmung aus der Kammer 81 in den Zylinder 42, so daß das Bedarfsventil 18 Zeit litt, sich vollständig zu öffnen und die gewünschte Luft-Sauerstoff-Mischung über die Leitung 77 in den Zylinder 42 zu liefern. Es ist einzusehen, daß das hier dargestellte System insgesamt nicht empfindlicher sein kann als die Tiiermistor-Fühlsondenanordnung 100, die bereits einen schwachen Atemversuch des Patienten erfaßt, wie unter Bezug auf die Fig. 3, 4, 5 und 6 unten erläutert werden soll.
Insbesondere zeigt die Fig. 3 die Thermistor-Fühlsonde in einer ausführlichen Schnittdarstellung. Unten in der Figur überträgt die Bezugsleitung 102 den PEEP-Bezugdruck auf die Membran 108 in der Kammer 104. Die Fühlleitung 106 enthält den Thermistor 110 zwischen der Kammer 104 und der Leitung 89, die das Atemgas für den Patienten führt. In Fig. 2 ist zu ersehen, daß ein Atemversuch des Patienten über das Endotrachealrohr 52, die Leitung 118, die Versorgungsleitung 46, den Filter >0 und schließlich die Leitung 89 auf die Thermistor-Fülilsonde 100 einwirkt. Der in der Fühlleitung 106 auftretende Unterdruck (Iig. 3) erlaubt der Membran 108, sich schnell aufwärts bis in ihre Crenzlage in der Kammer 104 auszulenken, so daß das Gasvolumen in dieser Kammer schnell durch die Fühlleitung 10G und am Thermistor 110 vorbeiströmb, diesen sehr schnell kühlt und somit seinen Widerstand ändert; hieraus läßt sich ein elektrisches Signal ableiten. Es hat sich herausgeslellt, daß infolge der Verwendung sehr biegsamer Werkstoffe für die Membran und eines sehr kleinen Querschnitts der lühllcitung selbst das kleine Luttvolumen aus der Kammer 104 sehr schnell am Thermistor 110 vorbeistreichen nn, so daß dieser sehr schnell abkihlt und folglich .;t' incn Widerstand sehr schnell ändert.
In der Fig. 1 ist zu ersehen, daß diese plötzliche linderung der elektrischen Eigenschaften dazu genutzt werden kann, die Steuerschaltung 90 und die Kolbensteuereinrichtung 64 anzusteuern. Es hat sich erwiesen, daß auf die von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Weise eingesetzte Thermistor-Fühlsonden eine um mehrere Größenordnungen bessere Empfindlichkeit als die Fühleinrichtungen nach dem Stand der Technik haben.
Die Fig. 4 zeigt eine weitere Konfiguration der Thermistor-Fühlsonde in einer ausführlichen Schnittdarstellung. Bei dieser Anordnung enthält die Fühlleitung 106 die Thermistoren 110 und 210 zwischen der Kammer 104 und der Leitung 89, die das Atemgas für den Patienten führt.
Es wurden daher beide Thermistoren auf die im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschriebene Weise erwärmt. Die vom Thermistor 110 erwärmte Luft strömt über den Thermistor 210 und verhindert so, daß der thermistor 210 von der Luftströmung gekühlt wird; der Thermistor 210 erfährt also keine so schnelle Widerstandsänderung wieder Thermistor 110. Für diese Beschreibung sei angenommen, daß der ]atient eiiizuatmen versucht.
Falls der Patient auszuatmen versucht, ist der Effekt umgekehrt. Die Fühlleitung 106 erfährt also einen Ueberdruck in der leitung 89, bis die Kapazitätsgrenze der Kammer 104 erreicht ist. Die dann am Thermistor 110 vorbeistreichende Luft wird von Thermistor 210 vorgewärmt, so daß der Thermistor 110 sich nicht wesentlich kühlt. Der Thermistor 110 erfährt also keine so plötzl iche Widerstandsänderung wie der Thermistor 210. Die eben beschriebene Anordnung erlaubt also, unterschiedliche Signa lt' zu erzeugen und zwar eines abhängig vom Versuch des Pat ienterl, einzuatmen, das andere abhängig vom Versuch des Patienten, auszuatmen.
Die Fig. 5 zeigt eine weitei e Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, d.h. eine Fühlsondenanordnung in einer ausführlichen Querschnittsdarstellung. Unten in der ligur überträgt die Bezugsleitung 102 den PEEP-Bezugsdruck auf die Membran 108 in der Kammer 104. Die Fühlleitung 10G enthält in dieser Ausführungsform den Thermistor 110 und ein lleizelement 310 zwischen der Kammer 104 und der Leitung 89, die das Atemgas für den Patienten führt. Wie die Fig. 2 zeigt, wird dem Versuch des Patienten, einzuatmen, durch die Endotrachealleitung 52, dicitung 118, die Versorgungsleitung 46, den Filter 50 sowie schließlich die @ Zeitung 89 auf die Thermistor-Fühlsondenanordnung 100 übertragen. Die Fig. 5 zeigt, daß der durch die Fühlleitung 106 übertragene Unterdruck die Membran 108 schnell @ aufwärts bis zu den Auslenkungsgrenzen in der Kammer 104 bewegt, so daß das Gasvolumen in der Kammer schnell durch die Fühlleitung 106 am Thermistor 110 und dem Heizelement 310 vorbeiströmt und so der Thermistor 110 sehr schnell abkühlt und sich sein Widerstand ändert; hieraus kann man ein elektrisches Signal ableiten.
Falls der Patient auszuatmen versucht, erhält man einen anderen Effekt. Die Leitung 89 führt dann einen Überdruck zur Fühlleitung 106, bis die Kapazitätsgrenze der Kammer 104 erreicht ist. Das Heizelement 310 erwärmt die am Thermistor 110 vorbeiströmende luft , so tliß der Thermistor 110 nicht wesentlich abkühlt. Der Thermistor 110 erfährt also keine so plötzliche Widerstandsänderung wie infolge der Luftströmung, die auftritt, wenn der Patient einzuatmen versucht. Die hier beschriebene Anordnung wirkt also als Mittel, um unterschiedliche Signale zu erzeugen, und zwar eines in Abhängigkeit vom Versuch des Pat ititen, einzuatmen, das andere in Abhängigkeit vom Versuch dc.' Patienten, auszuatmen. Die aus dor Kammer 104 durch die i,e lt uni 106 am Thermistor 110 vorbeiströmende Luft kühlt also den Thermistor schnell und bewirkt eine plötzliche Widerstandsänderung, während in der entgegengesetzten Richtung, d.h in die Kammer 104 strömende Luft vom lleizelenlent 310 erwärmt wird, bevor sie auf den Thermistor 110 trifft, so daß dessen Widerstand sich weniger stark indert Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungform tier vorliegenden Erfindung als ausführliche Schnittdarstellung der Fühlsonde. Unten in der Figur überträgt die Bezugsleitung 102 den PEEP-Bezuqsdruck auf die Membran 108 in der Kammer 104 wie in den beiden vorgehenden Ausführungsformem. Die Fühlleitung 106 enthält in dieser Ausführungsform den Thermistor 110, das Heizelement 310 sowie den Thermistor 210 zwischen der Kammer 104 und der Leitung 89, Die das Atemgas für den Patienten führt. Aus der Fig. 2 läßt sich wiederung ersehen, daß ein Ateniversuch des Patienten über tien Ende trachealschlauch 52, die Leitung 118, die Versorgungsleitung 46, den Filter 50 und die Leitung 89 auf die Thermistor-Fühlsondenanordnung 100 übertragen wird. Wie die Fig. 6 zeigt, erlaubt ein durch die Fühlleitung 106 angelegter Unterdruck der Membran 108,sich aufwärts bis zu den Grezen ihres Hubs in der Kamnier 104 auszulenken, so daß das Gasvolumen in der Kammer sehr schnell durch die Fühlleitung 106 am Thermistor 110, Heizelement 310 und dem Thermistor 210 vorbeiströmt und den Thermistor 110 sehr schnell und den Thermistor 210 geringer abkühlt, da die am Thermistor 210 vorbeiströmende Luft vom Heizelement 310 bereits erwärmt worden i:;l. Die Widerstandsänderung des Thermistors 110 ist also stärker als die des Thermistors 210, und man kann elektrische Signale unterschiedlicher Stärke ableiten. Erwärmte Luft vom Thermistor 110 strömt als Heizelement 310 vorbei und wird weiter erwärmt, bevor sie auf den thermistor 210 trifft, so daß letzterer, wenn überhaupt, von der Luftströmung nur tjerinqfügig gekühlt wird. Der Thermistor 210 erfährt also keine so plötzliche Widerstandsänderung wie der Thermistor 110. Wie ersichtlich, setzt diese Beschreibung einen Versuch des Patienten voraus, einzuatmen.
Falls der Patient ausatmen will, stellt sich eine andere Wirkung ein. Ober die Leitung 89 tritt in der Fühlleitung 106 ein Uberdruck bis zur Kapazitätsgrenze der Kammer 104 auf.
Die dann am Thermistor 210 vorbeiströmende luft wird vom Heizelement 310 erwärmt, bevor sie auf den 'I'hermistor 110 trifft. Der Thermistor 110 kühlt sich also nicht wesentlich ab und erfährt daher keine so plötzliche Widerstandsänderung wie der Thermistor 210, an den die nicht erwärnite Luft vorbeiströmt. Diese Anordnung ist also ebenfalls so vorgesehen, daß sich unterschiedliche Signale ergeben, und zwar eines abhängig von Versuch des Patienten, einzuatmen, das andere abhängig vom Versuch des Patienten, auszuatmen.
Wie zu ersehen, stehen die hier erläuterten Ausfülirungsformen der Erfindung nach dem Aufbau, der lunktionsweise und ihrem Effekt im Zusammenhang, und dieser Zusammenhang ist oben ausführlich erläuLert. Die verschiedenen dargestellten und erläuterten Ausführungsformen sollen jedoch die vorliegende Erfindung nicht einschränken, sondern nur als praktische Beispiele für das allgemeine Konzept dienen, um das es bei der vorliegenden Erfindun geht. Die hier zur Darlegung der grundsätzlichen Prinzipien verwendeten Ausführungsformen der Erfindung sind also weder unabhängig noch eigenartig.
Die Fig. 7 zeigt eine Logikschaltung, in tier da; Signal aus der Thermistor-Fühlsonde 100 ausgewertet werten kann.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann ein Oszillator auf der Leitung 105 einen impulszug liefern, der der gewünschten Atmungsfrequenz entspricht. Der erste vom Oszillator ankommende Impuls setzt ein erstes flipflop 109, so daß dessen Ausgang Q auf log.I< geht und das erste Gatter 113 (UND-Glied) durchschaltet. Trifft auf der Leitung 107 ein elektrisches Signal vom Stützthermistor 110 ein, verstärkt ein Inverter 126 diesen Impuls und gibt ihn auf das durchgeschaltete Gatter 113, so daß dessen Ausgangssignal eine monostabile Kippstufe 120 ansteuern kann. Das Ausgangssignal der Kippstufe 120 geht auf die Systembefehlsleitung 119 und befiehlt der Beatmungseinheit, einen Stützzyklus zu beginnen. Gleichzeitig setzt die Rücksetzleitung 122 das Flipflop 109 zurück, so daß das erste Gatter 113 sperrt, bis auf der Leitung 105 aus dem Oszillator ein weiterer Impuls eintrifft. Weiterhin ist das Signal aus dem Oszillator auf der Leitung 121 auf ein zweites Flipflop, ein D-Flipflop gelegt; dieser Signal impuls scllaltet auch ein zweites Gatter 115 (UND-Verknüpfung) durch. Gibt dieses Flipflop 111 ein Signal durch, so daß sein Ausgang Q log.I1 wird, wird beim Vorliegen eines Atemstillstands ("apneic condition") beim Patienten ein gesteuerter Arbeitszyklus eingeleitet. Dieser Teil der Logikschalturig ist lierkönimlich und ist hier nur zur Vollständigkeit angegeien. Zusätzliche Logikschaltungen zur Untersclieidung zwischen den in den unterschiedlichen Ausführungsformen der Fig. 4, 5, 6 und 7 erzeugten elektrischen Signale sind den Fachmann geläufig und sollen hier nicht ausführlich erläutert werden.
Es ist also eine Thermistor-Fühlanordnung für die Stützbeatmung beschrieben, die eine weit höhere Empfindlichkeit bietet als aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es ist gezeigt worden, daß die Zuverlässigkeit, Beständligkeit und Leichtigkeit der Funktion sich durch die neuartigen Vorteile der Erfindung wesentlich verbessern lassen.

Claims

P a t e n t a n s 1) r ii c h e 1.Thermistorsonde für die Verwendung in einem Beatmungsgerät mit Bezugsdruck, das im Stützbetrieb arbeiten kann, gekennzeicnnet durch eine Kammer mit mindestens zwei Öffnungen, eine die Kammer zu Abteilen unterteilende Einrichtung, eine erste Verbindungseinrichtung, die den Bezuasdruck in die Kammer überträgt, eine zweite Verbindungseinrichtung, die mit der Kammer und der versorqungsleitunq des Beatmungsgeräts für den Patienten in Strömungsverbindung steht, eine in der zweiten Verbindungseinrichtung angeordneten Thermistorfühlsondenanordnung und durch auf nderungen der elektrischen Eigenschaften der Fühlsondenanordnung ansprechende Mittel.
2.Thermistorsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das mindestens eine der zwei Öffnungen der Kammer in Strömungsverbindung mit einer Bezugsdruckleitung steht, die mit einem Ende am Bezugsdruck liegt, und daß die andere der Öffnungen mit einer Fühlleitung in Strömungsverbindung stellt, die mit einem ihrer Inden an Atemqasversorgungsleitungen für den Patienten angeschlossen ist.
3. Thermistorsonde nach An:;I'ruch 1, dadurch qekennzeichnet,daß die die Kammer zu Abteilen jufteilende Einrichtung eine setir biegsame Membran ist.
4.Thermistorsonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran die Kammer In zwei Abteile unterteilt.
5.Thermistorsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsenrichtung, über die der Bezuqsdruck in die Kammer gelangt, eine mit einem Ende an den Bezugsdruck und mit dem anderen Ende an eine der mindestens zwei Öffnungen der Kammer gelegte Bezugsdruckleitung ist.
6. Thermistorsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Versorgungsleitungen des Beatmungsgeräts für den Patienten in Strömungsverbindung stehende zweite Verbindungseinrichtung eine mit einem Ende an die Atemgasversorgungsleitungen des Beatmungsgeräts für den Patienten und mit dem anderen Ende an eine weitere der mindestens zwei öffnungen der Kammer angeschlossene Fühlleitung ist.
7.Thermistorsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß e; sich bei der auf Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Fühlsondenanordnung um eine Logikschaltung handelt.
8. Thermistorsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlsondenanordnung einen einzelnen, in der zweiten Verbindungseinrichtung angeordneten Thermistor aufweist.
9. Thermistorsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlsondenanordnung einen in der Fühllertung der Kammer angeordneten erste Thermistor sowie i11C10 1I1 der Fühlleitung von der Kammer entfernt angeordneten zwei ten Thermistor aufweist.
10.Thermistorsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Fühulsonde einen in der Fühlleitung nahe der Kammer angeordneten Thermistor und ein in der Fühlleitung von der Kammer entfernt angeordnetes Heizelement aufweist.
11.Thermistorsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlsondeanordnung einen in der Fühlleitung nahe der Kammer angeordneten ersten Thermistor, einen in der Fühlleitung von der Kammer entfernt angeordneten zweiten Thermistor und ein zwischen dem ersten und dem zweiten Thermistor angeordnetes Heizelement aufweist.