DE3126207C2

DE3126207C2 - Zeitgesteuertes Beatmungsgerät

Info

Publication number: DE3126207C2
Application number: DE3126207A
Authority: DE
Inventors: Fritz 2401 Groß Wesenberg Bänziger
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1981-07-03
Filing date: 1981-07-03
Publication date: 1983-11-17
Also published as: GB2101896A; JPH0237189B2; DE3126207A1; IT8209454A0; IT1192464B; JPS5844063A; GB2101896B; US4452242A; FR2508799A1; FR2508799B1

Abstract

Das Beatmungsgerät zur Verwendung in Druckkammern dient der Beatmung von Patienten in Therapie- oder Taucherdruckkammern. Alle seine Funktionen erfolgen pneumatisch. Dabei muß das Beatmungsgerät unabhängig vom Kammerdruck stets das gewählte a) Beatmungsvolumen (in Betriebslitern) konstant liefern und die gewählte b) Atmungsfrequenz einhalten. Zur Erfüllung von a) besitzt das Beatmungsgerät einen bekannten Druckverhältnisregler nach dem Doppelmembranprinzip und für b) einen Frequenzkonstanter. Der Frequenzkonstanter enthält in einem Gehäuse einen durch den Kammerdruck gegen eine Feder bewegten abgestuften Kolben, zwei Volumen bildend. Das Verhältnis der freien Kolben-Flächen zueinander bestimmt das Atemzeitverhältnis. Die vom Kammerdruck über die Höhe eingestellten Volumen bestimmen zusammen mit der durch ein Feinregelventil eingestellten Gasmenge/Zeiteinheit die Atemfrequenz. Ein sich ändernder Kammerdruck bleibt dabei ohne Einfluß auf das Atemzeitverhältnis und die Atemfrequenz. Das Beatmungsgerät ist für den Einsatz in Therapiedruckkammern, wie Sauerstoffüberdruckkammern, sowie Taucherdruckkammern geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft ein zeitgesteuertes Beatmungsgerät entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Der Einsatz von z. B. Druckkammern zu therapeutischen Zwecken oder die Notwendigkeit ärztlicher Versorgung in Umgebungen mit sich änderndem Druck verlangt medizinische und damit auch Beatmungsgeräte, die unter diesem einsetzbar sind. Die bekannten hier verwendeten vollpneumatischen Beatmungsgeräte sind vom Umgebungsdruck abhängig. Die bei Atmosphärendruck eingestellten Beatmungsparameter, wie Atemminutenvolumen (AMV) und die Atemfrequenz, ändern sich mit dem Umgebungsdruck. Bei den Druckänderungen ist dann ein dauerndes Nachregeln nötig.

Ein bekanntes Beatmungsgerät insbesondere für Kleinkinder schaltet die Einatem- und Ausatemphase durch Steuerung des Ausatemventils aus einem aus pneumatischen Bauteilen aufgebauten Zeitsteuersystem. Der Druck des über ein Filter dem Gerät zugeführten Atemgases wird in einem Druckminderer auf den Betriebsdruck herabgesetzt. Dieser dient einerseits der Versorgung des Patienten, andererseits dem Betrieb des Zeitsteuersystems. Das Atemgas wird dem Patienten über ein Flow-Ventil zugeführt und anschließend über das vom Zeitsteuersystem gesteuerte Ausatemventil in die Umgebung entlassen. Das Zeitsteuersystem ist aus pneumatischen Logikelementen aufgebaut, die in Form zweier Ketten geschaltet und an deren Ende zu einem bistabilen Schalter verbunden sind. Jede Kette bestimmt die Zeitdauer einer Atemphase. Dazu ist in jeder Kette ein Volumen eingeschaltet, das zusammen mit je einem in die Gasversorgung der Kette eingeschalteten Feinregelventil ein flC-Glied bildet. Nach Aufladung des jeweiligen Volumens auf einen Schaltdruck von 80% des Betriebsdruckes erfolgt mit der Umschaltung auf die andere Kette die Umschaltung auf die andere Atemphase und zugleich die Entlüftung des aufgeladenen Volumens.

Für die Verwendung unter sich ändernden Umgebungsdrücken ist dieses Beatmungsgerät nicht geeignet Bei z. B. ansteigendem Druck reicht die Atemgasversorgung nicht aus. Es muß am Flow-Ventil laufend

to nachgestellt werden. Außerdem verursachen höhere Umgebungsdrücke ein schnelleres Schalten der Steuerung für die Atemfrequenz. Auch hier ist ein dauerndes Nachregelri erforderlich (DE-OS 28 01 546).
Ein weiteres Beatmungsgerät, aus dem das obige Gerät nach der DE-OS 28 01 546 wesentliche Gedanken übernommen hatte, besitzt ein aus pneumatischen Bauteilen aufgebautes Zeitsteuersystem, mit dem ein Hauptventil in der Atemgasleitung und das Ausatemventil entsprechend der Einatem- und Ausatemphase geschaltet werden.

Mit einem Gasmengenregler in der Atemgasleitung hinter dem Hauptventil wird dann die Atemgasmenge geregelt Die Steuerung der Einatem- und Ausatemphase erfolgt über ein 1. vorgeschaltetes Doppelmembranventil durch eine Eeitsteuerung mit einer bistabilen Kippstufe, die in einem ersten Zweig' über ein

2. Doppelmembranventil und ein 1. Volumen zur Vorgabe der Einatemzeit und in einem zweiten Zweig über ein

3. Doppelmembranventil und ein 2. Volumen zur Vorgabe der Ausatemzeit angesteuert wird. Auch hier erfolgt nach Aufladung des jeweiligen Volumens auf einen Schaltdruck von 8ö% des Betriebsdruckes die Umschaltung auf die andere Atemphase.

Sich ändernde Umgebungsdrücke um das Beatmungsgerät ändern auch hier sowohl die Atemgasmenge, als auch die Atemfrequenz entsprechend (DE-OS 27 46 924).

Aufgabe der Erfindung ist ein zeitgesteuertes

Beatmungsgerät dessen Beatmung-.parameter Atemmi-

*° nutenvolumen und Atemfrequenz bei Veränderung des Umgebungsdruckes konstant bleiben, Nachregelungen sollen nicht notwendig sein.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.
Die Benutzung des

a) Druckverhältnisreglers, nach dem Doppelmembranprinzip arbeitend, sichert in technisch einfacher und bewährter Weise für den zu behandelnden Patienten eine laufende vom Umgebungsdruck unabhängige exakte Versorgung mit Atemgas. Die Versorgung erfolgt mit der einmal eingestellten Menge, d. h. die Menge in Betriebseinheiten bleibt unabhängig vom Umgebungsdruck immer gleich.

Ein Gleiches gilt für die Einatem- und Ausatemzeiten zueinander und die Atemfrequenz. Der

b) Frequenzkonstanter mit seinem einfachen mechanischen Aufbau, der im wesentlichen durch den abgestuften Kolben, die beiden Volumen bildend, bestimmt ist, sorgt auch bei wechselnden Umgebungsdrücken für eine gleiche Atemfrequenz.

Die Aufgabe aus der Erfindung wird durch

a) den Druckverhältnisregler zusammen mit

b) dem Frequenzkonstanter in klarer vorzüglicher Weise gelöst

Das Beatmungsgerät ist in gleicher Weise für den Einsatz in Therapiedruckkammern, wie z. B. Sauerstoffüberdruckkammern sowie für den Einsatz in Taucherdruckkammern geeignet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Beatmungsgerät in schematischer Darstellung innerhalb einer Druckkammer,

F i g. 2 den Frequenzkonstanter,

F i g. 3 den Druckver hältnisregler.

Dem innerhalb einer Druckkammer 1 aufgestellten Beatmungsgerät wird von einer außerhalb der Druckkammer 1 befindlichen Gasversorgung am Anschluß 2 Atemgas zugeführt. Von dort gelang» es über ein Filter 3, einen Hauptschalter 4 und ein von einer Zeitsteuerung 5 betätigtes Hauptventil 6, einem Druckverhältnisregler 7, ein von Hand einstellbares Flow-Ventii 9 zum Patienten, der symbolisch durch das elastische, Volumen 10 dargestellt ist In der Nähe des Patienten sind an die Atemgasleitung ein Druckbegrenzer 11 und ein Druckanzeiger 12 angeschlossen. Über ein von der Zeitsteuerung 5 betätigtes Ausatemventil 13 verläßt das Ausatemgas bei 14 das Beatmungsgerät in die Druckkammer 1 hinein.

Die Zeitsteuerung 5 ist über einen Druckminderer 15 το hinter dem Hauptschalter 4 an die Atemgasleitung angeschlossen. Vom Abgang des Druckminderers 15 werden über eine Leitung 16 ein Flipflop 17 und über ein Feinregelventil 18 zwei Doppelmembranventile 19, 20 mit Atemgas als Treibgas versorgt Die Doppelmembranventile 19, 20 sind über je ein Volumen A 21 und

5 22, die im Innern eines Frequenzkonstanters 23 liegen, mit den Einsängen des Flipflops 17 verbunden. Die Ausgänge 26,27 des Flipflop 17 steuern das Hauptventil

6 und das Ausatemventil 13 und bewirken gleichzeitig eine Umschaltung der Doppelmembranventile 19, 20. Dabei ergibt sich folgender Ablauf:

Während der Einatemphase ist der Ausgang 27 des Flipflop 17 mit der Leitung 16 verbunden und führt den für die Zeitsteuerung 5 notwendigen Betriebsüberdruck, d.h. ein 1-Signal; Ausgang 26 führt das 0-Signal. Dadurch sind das Hauptventil 6 geöffnet und das Ausatemventil 13 geschlossen. Das Doppelmembranventil 20 ist in Schließstellung, in der es das Volumen 522 zum Innenraum der D^ruckkammer 1 entlüftet. Das Doppelmembranventil 19 ist geöffnet und läßt einen am Feinregelventil 18 eingestellten Gasstrom in das Volumen A 21 eintreten. Durch diese Aufladung steigt der Druck im Volumen A 21. Wenn er einen Schaltdruck von 80% des Betriebsüberdruckes erreicht, löst er am Eingang des Flipflop 17 die Umschaltung desselben und damit den Wechsel der Atemphase aus.

Während der Ausatemphase führt der Ausgang 27 des Flipflop 17 O-Signal und der Ausgang 26 1-Signal. Das Hauptventil 6 ist geschlossen, das Ausatemventil 13 geöffnet. Die Vorgänge verlaufen sinngemäß, wie für die Einatemphase beschrieben, d. h. Volumen A 21 ist über das Doppelmembranventil 19 entlüftet, Volumen 522 wird über das geöffnete Doppelmembranventil 20 aufgeladen. Nach Erreichen des Schaltdruckes erfolgt der Wechsel zur Einatemphase.

Der Frequenzkonstanter 23 nach Fig.2 enthält in einem Gehäuse 28 versr Hiebbar einen Kolben 29 mit drei abgestuften Durchmessern. Der obere Kolbenteil

30 schließt mit seiner Stirnfläche gegenüber dem Gehäuse 28 das Volumen A 21, der mittlere Kolbenteil

31 das ringförmige Volumen .822 und der untere Kolbenteil 32 die Kammer 33 ein. Die Kammer 33 ist über eine Öffnung 24 mit dem Innern der Druckkammer 1 verbunden. Unterhalb des Kolbens 29 bildet das Gehäuse 28 eine geschlossene Federkammer 34, die über einen Anschluß 25 mit der Atmosphäre außerhalb der Druckkammer 1 verbunden ist Zwischen den Stirnseiten der Federkammer 34 und des Kolbens 29 befindet sich eine Feder 35, deren Kraft mit einer Stellschraube 36 in der Stirnwand der Federkammer 34 eingestellt werden kann. Ein verstellbarer Anschlag 37 in der Kammer 33 begrenzt den Hub des Kolbens Ta. Das Volumen A 21 ist über die AnschlußSffnung 38 mit dem Flipflop 17 und dem Doppelmembranventil 19, das Volumen B 22 über die Anschlußöffnung 39 mit dem Flipflop 17 und dem Doppelmembrviventil 20 verbunden.

Entspricht der Druck in der Druckkammer 1 dem Druck der umgebenden Atmosphäre, so liegt der große Kolbenteil 32 bei entspannter Feder 35 dem Anschlag 37 an, -ind die Volumen A 21 und 522 haben ihre Mindestgröße. Sie werden dann abwechselnd bis zu einem Schaltdruck aufgefüllt

Die für das Auffüllen des jeweiligen Volumens erforderliche Zeit bestimmt die Dauer der zugehörigen Atemphase. Das vorgegebene Verhältnis der Querschnittsfläche des oberen 30 und der Ringfläche des mittleren Kolbenteils 31 bestimmt das Atemzeitverhältnis, das sich auch bei einer axialen Verstellung des Kolbens 29 nicht ändert

Aus der Einstellung des Feinregelventils 18 ergibt sich die für das Aufladen der Volumen Λ 21 und S 22 benötigte Zeit und damit die Beatmungsfrequenz.

Damit sich bei steigendem Druck in der Druckkammer 1 und unveränderter Einstellung des Feinregelventils 18 keine Verkürzung der Füllzeiten der Volumen AIv und 522 und damit eine Erhöhung der Beatmungsfrequenz ergibt, wird die Größe der Volumen A 21 und 522 durch Verschiebung des Kolbens 29 entsprechend vergrößert Dies bewirkt der in der Kammer 33 sowie in den Volumen A 21 und 522 auf den Kolben 29 axial ausgeübte Kammerdruck, der den Kolben 29 entgegen der Kraft der Feder 35 verschiebt.

Der Druckverhältnisregler 7 nach Fig.3 enthält in einem Gehäuse 40 eine große Membran 41 und eine kleine Membran 42. Sie sind in der Mitte durch einen Bolzen 43 miteinander gekoppelt und mit einem außerhalb der kleinen Membran 42 befindlichen Vrntiucürper 44 verbunden. Der Ventilkörper 44 bildet mit seinem Sitz 45 ein Ventil. Einem den Ventilkörper 44 überdeckenden Voidruckraum 46 wird da«. Atemgas durch einen Anschluß 47 zugeführt. Ein Hinterdruckraum 48 zwischen dem Sitz 45 und der kleinen Membran 42 ist mit dem Flow-Vent;l 9 verbunden. Ein Zwischenraum 49 zwischen den Membranen 41, 42 ist über den Anschluß 8 mit der Atmosphäre außerhalb der Druckkammer 1 verbunden. Eine außerhalb der großen Membran 41 gelegene Federkammer 50 enthält eine Druckfeder 51 und ist über eine Öffnung 52 mit dem Druck in der Druckkammer 1 verbunden. Bei geschlossener Atemgasversorgung ist der Ventilkörper 44 von dem Sitz 45 abgehoben.

Der Druckverhältnisregler 7 sichert für den zu Beatmenden unter allen Kammerdrücken ein gleiches Beatmungsvolumen. Er bekommt eine in Litern unter

allen Kammerdrücken gleiche Atemgasmenge.

Bei erhöhtem Kammerdruck öffnet die Flächendifferenz zwischen den Membranen 41,42 das Ventil 44, 45 und läßt die Atemluft unter höherem Druck einströmen. Die Strömungsverhältnisse ändern sich proportional zur Druckänderung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zeitgesteuertes Beatmungsgerät mit einer Steuerung aus pneumatischen Bauteilen für das Taktverhältnis und die Taktzeit der Ein- und Ausatemphase mittels zweier vorgegebener Volumen als zeitbestimmende Glieder einer pneumatischen Schwingeranordnung, von welcher Steuerung ein Hauptventil in der Atemgasleitung und das Ausatemventil entsprechend der Ein- und Ausatemphase geschaltet wird und mit einem Gasmengenregler in der Atemgasleitung hinter dem Hauptventil, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasmengenregler ein Druckverhältnisregler (7) nach dem Doppelmembranprinzip ist, und daß die zwei Volumen (21,22) als Druckkammern zwischen einem abgestuften Kolben (29) und einem entsprechend geffc 3iten Zylinder (28) gebildet sind, wobei der Kolben (29) von einer Feder (35) gegen den Kammerdruck vorgespannt ist

2. Zeitgesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Feder (35) mittels einer Stellschraube (36) im Boden des Gehäuses (28) in der freien Länge verändert werden kann.

3. Zeitgesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein verstellbarer Anschlag (37) den Weg des abgestuften Kolbens (29). die zwei Volumen (21, 22) nach der Mindestgröße festlegend, begrenzt