DE3133697A1

DE3133697A1 - Respirator

Info

Publication number: DE3133697A1
Application number: DE19813133697
Authority: DE
Inventors: José luis MEIJIDE GARCIA; Rafael Madrid Rubianes Lopez
Original assignee: MEDICAS MANUF
Current assignee: MEDICAS MANUF
Priority date: 1981-02-17
Filing date: 1981-08-26
Publication date: 1982-08-26
Also published as: FR2499850B1; JPS57139341A; ES8201825A1; ES499506A0; GB2093218A; CA1202224A; GB2093218B; SE446064B; SE8105776L; FR2499850A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Respirator zur Verwendung in Krankenhäusern und Kliniken.

Der erfindungsgemäße Respirator zeichnet sich durch seine universellen Verwendungsmöglichkeiten aus und ist insbesondere für die Notwendigkeiten der Intensivstation und der Wiederbelebungstherapie bei Erwachsenen, Kindern und Neugeborenen geeignet, d.h. für alle Fälle, in denen eine Atmungshilfe oder eine künstliche Atmung erforderlich ist. Der erfindungsgemäße Respirator hat hierbei den Vorteil, daß alle bei diesen Behandlungen normalerweise erforderlichen Elemente als Bestandteile des Apparates vorhanden sind.

Grundlegend umfaßt der erfindungsgemäße .Respirator zwei Haupteinheiten, nämlich

die pneumatische Einheit und

die Kontrolleinheit.

ι -5*-

Die Kontrolleinheit umfaßt einen Mikroprozessor, vorzugsweise von 8 Bits, mit den entsprechenden Hilfs- und peripherisehen Schaltungen, der mehrere pneumatische und elektromechanische Kontrollelement© beaufschlagt, wobei die Daten von Sensoren übernommen werden, die an den geeigneten Punkten der pneumatischen Einheit vorgesehen sind. Diese Steuerung erfolgt gemäß den Instruktionen von Programmen, die in Permanentspeiehern aufgezeichnet sind, die mit dem Mikroprozessor in Verbindung stehen. Als Interkommunikationselement zwischen der Bedienungsperson des Respirators und der Kontrolleinheit ist eine Tastatur vorgesehen, die die Eingabe von Daten und Instruktionen ermöglicht, sowie ein Kathodenstrahlen-Bildschirm zur gleichzeitigen Wiedergabe von alphanumerischen Daten und Schaubildern, wodurch die Einsatzmöglichkeiten des Respirators gegenüber den bekannten Geräten dieser Art wesentlich vergrößert werden.

Die pneumatische Einheit umfaßt die Speiseleitungen für die Druckgase, eine Mischvorrichtung und eine Mischkammer, um dem Patienten die geeigneten Gasproportionen zuzuleiten, sowie eine Reihe von Ventilen, Transduktoren der Durchflußmenge, Druckregler etc., die in entsprechender Wechselbeziehung zur Kontrolleinheit stehen, um die entsprechende Information zu senden oder zu empfangen, die eine Automatisierung des Respirators ermöglicht.

Die pneumatische Einheit umfaßt folgende Elemente: a) eine Gas-Mischvorrichtung

b) eine Mischkammer

c) ein Einatmungsventil

d) einen Sauerstoff-Analysator

e) einen Transduktor der Durch'flußmenge

f) ein Kontrollsystem des Ausatmungsventils g) ein Ausatmungsventil

ι * b -

h) ein System zum Messen des Drucks am Patienten i) Mess- und Sicherheitssysteme

Diese Elemente stehen, wie weiter oben ausgeführt, über Optokoppler, Analysatoren, Sensoren oder andere Mittel mit der Kontrolleinheit in Verbindung, die über einen Mikroprozessor gesteuert wird.

Von der Gasquelle wird die Gasmischung dem Patienten zugeführt, wobei die Zusammensetzung und der Druck über eine Gas-Mischvorrichtung reguliert wird. Der Gasmischer erzeugt die Mischung von Luft/O₂ bzw. 0_/N₂0, die über entsprechende Leitungen zugeführt werden, wobei das Mischverfahren vorzugsweise darin besteht, den Zeitraum des jeweiligen Durchflusses des Gases durch denselben festen Widerstand zu kontrollieren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Mischvorrichtung durch Zeitkontrolle gemäß dem spanischen Gebrauchsmuster 231.608 verwendet.

Die Mischkammer dient zur Sammlung der Gase, so daß unmittelbar bedeutende Durchflußmengen erreicht werden können, wobei außerdem eine Homogenisierung der Gasmischung erreicht wird.

•Von der Mischkammer geht eine Leitung aus, die zu einer Batterie von Ventilen führt, die das System für das Einatmungsventil bilden. Dieses Einatmungsventil bildet den Endkontroller für die Einatmungsmenge zum Patienten in Abhängigkeit vom Signal, das der Transductor der Durchflußmenge sendet, und vom Augenblickswert der erforderlichen Zuführung. Die praktische Ausführung des Einatmungsventils besteht wie ausgeführt aus einer Batterie von Ventilen mit digitaler Abstufung.

In der Zuführungsleitung der Gasmischung zum Patienten •befindet sich ein Transduktor der Durchflußmenge, der ununterbrochen Information an die Kontrolleinheit sendet. Dieser Transduktor spricht in zwei Richtungen an, weist einen geringen Belastungsverlust auf und antwortet schnell.

Das Ausatmungsventil besteht aus einem pneumatisch betätigten Membranventil. Die Wahl der pneumatischen Betätigung wird wegen der Einfachheit, Zuverlässigkeit und des geringen Gewichts bevorzugt.

Der pneumatische Kontroller der Ausatmung erzeugt die erforderlichen pneumatischen Signale zur Steuerung dos Ausatmungsventils in Funktion der elektrischen Signale, die von der Kontrolleinheit empfangen werden. Die Pneumatik wird mit O_? oder mit Druckluft betrieben.

Das system zur Druckmessung am Patienten umfaßt einen Transduktor des Druckes und ein Dreiwegeventil mit elek trischer Steuerung, das eine automatische Kalibrierung ermöglicht, indem es den Transduktor periodisch mit der Außenluft verbindet.

Weiterhin sind als Hilfselemente für die Messung, Kontrolle und Sicherheit Druckwächter, Filter, einseitige Sicherheitsventile u.a. vorgesehen.

Die Kontrolleinheit überwacht sämtliche Elemente des Systems in Funktion der Eingangssignale, so daß die ver langten Aufgaben erfüllt werden, die in Form von Programmen in den entsprechenden Speichern vorliegen.

Als hauptsächliche Betätigungsvorrichtung ist ein Mikro prozessor von 8 Bits vorgesehen, der entsprechende Spei cherblocks RAM und ROM aufweist sowie die zugehörigen

a* ·■ B*

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Schaltungen wie Eingangs-Ausgangseinheiten, Drivers etc.

Die Steuerprogramme bestehen aus klar abgegrenzten Funktionsblocks, wodurch die Signalschrift dieser Programme erleichtert wird und eine größtmögliche Ausnutzung der Vielseitigkeit des Mikroprozessors ermöglicht wird, wobei die Möglichkeit besteht, neue Funktionen einzugeben oder die vorhandenen an konkrete Notwendigkeiten anzupassen.

Zur Einführung der numerischen Daten und Befehle in den Mikropozessor findet eine Tastatur Verwendung, die in einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Respirators Tasten für Ziffern, für Parameter und für die Auswahl verschiedener Funktionen umfaßt.

Der Mikroprozessor führt bestimmte Routineüberprüfungen der Parameter durch und überwacht die Gültigkeit der eingegebenen Daten sowohl in bezug auf .die Zahl und Kombination der Zahlen als auch in bezug auf die absoluten Werte der eingeführten numerischen Daten, wodurch die Möglichkeiten einer falschen Betätigung des Respirators auf ein Minimum reduziert werden.

" Durch die Möglichkeit der Wiedergabe der verschiedenen Informationen, und zwar sowohl der alphanumerischen als auch der graphischen, auf einem Kathodenstrahlen-Bildschirm wird die Vielseitigkeit des e.rfindungsgemäßen Respirators noch erhöht.

Die Kapazität des Mikroprozessors zur Durchführung arithmetischer Operationen ermöglicht die Errechnung der folgenden Parameter und Variablen: .
Der höchste Alveolendruck, Widerstand, Volumenkorrektur, Ausatmungsdrücke, Kurvendarstellungen etc.

ι m λ · β ·» ·

• Ο 4 α 6 «Α β · ·

-3 -

Außerdem kann der Respirator auf dem Bildschirm Kurven .darstellen, die sich ergeben würden, wenn der in Behandlung befindliche Patient anderen Atmungsbedingungen ausgesetzt wird. Diese Simulierung kann durchgeführt werden, während die Atmung unter den vorher festgelegten Parametern aufrechterhalten wird, so daß nur für den Fall, daß die neuen Werte zufriedenstellend resultieren, die Bedienungsperson die Änderung der Atmungsbedingungen des Patienten einführen kann, wobei die Kontrolle der neuen Parameter, die während der Simulierung errechnet wurden, vom Mikroprozessor übernommen wird.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Respirators ergibt sich aus der Fähigkeit, eine "Krankengeschichte" zu erstellen. Hierbei wird ein Teil der Speicherfähigkeit reserviert und in dieser die am Patienten während der letzten Stunden gemessenen Werte der Parameter gesammelt. Ein einfacher Vergleich des neuen Wertes mit dem oder den vorherigen Werten, welcher Vergleich automatisch erfolgt, ergibt eine klare Aussage über die Tendenz im Krankheitsverlauf des Patienten. Ebenfalls können Anzeige- oder Alarmbedingungen festgelegt werden, wenn vorgegebene absolute Werte oder Änderungen überstiegen werden.

Zusammengefaßt ergibt sich, daß der vom Mikroprozessor kontrollierte Respirator in bezug auf die Steuerprogramme praktisch unbegrenzt ist und daß die bei den bekannten Vorrichtungen erforderliche konstante überwachung durch das Bedxenungspersonal wegfallen kann.

Anschließend soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden, in der ein allgemeines Schema des erfindungsgemäßen Respirators dargestellt ist, wobei eine klare Trennung zwischen der pneumatischen Einheit und der Kontrolleinheit erfolgt. Die Erfindung

ist im übrigen nicht auf diese dargestellte Ausführungsform beschränkt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Leitungen 2, 3 und 4, die Stickoxydul/ Sauerstoff und Druckluft leiten, mit entsprechenden Druckwächtern 18, 19a und 19b • ausgerüstet, wobei alle Leitungen einen Druckminderer 20 aufweisen, der einen Referenzdruck erzeugt, der im Druckausgleicher 21 erzeugt wird. Dieser pneumatisch

gesteuerte Druckausgleicher 21 sorgt dafür, daß der den Gasen inhärente Druck bei der Mischung von Sauerstoff und Luft bzw. Sauerstoff und Stickoxydul ausgeglichen wird.
15

Der Druckausgleicher 21 steht in Verbindung mit einer Mischkammer 22 über entsprechende Ventile 23 für Luft/N_oO und 24 für 0„, wobei die Ventile 23 und 24 in einen gemeinsamen Widerstand 25 zusammenfließen. Die Mischkammer 22 ermöglicht die Homogenisierung der Gasmischung und dient als ausgleichende Reserve der Druckänderungen bei der Speisung der Batterie 7 des Einatmungsventils. Die ■ Füllung der Mischkammer 22 wird durch den hochempfindlichen Doppel-Druckwächter 26 kontrolliert, der die verschiedenen Ventile des Mischers beaufschlagt. Weiterhin ist vorgesehen., daß ein. Sicherheitsventil 27 dafür sorgt, daß der Arbeitsdruck der Mischkammer 22 in keinem Fall . übers tiegerA/ird.

Weiterhin ist ein (^-Analysator 28 vorgesehen, der über das Ventil 29 und den entsprechenden Widerstand 30 das Entnehmen von Proben des in der Mischkammer 22 befind, liehen Gases ermöglicht, um durch die Analyse das korrekte Funktionieren der Mischkammer zu kontrollieren.

Die Kalibrierung dieses Sauerstoff-Analysators 28 kann dadurch überprüft und korrigiert werden, daß der Gasdurchgang von der Mischkammer 22 unterbrochen wird und

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die notwendige Zeit verstreichen gelassen wird bis das in der Kammer enthaltene Gas ausschließlich Luft ist.

Die mit der Mischkammer 22 verbundene Batterie des Einatmung.sventils 7 führt weiterhin zum Transduktor 15 der Durchflußmenge des Patienten-Blocks, wobei der Transduktor in zwei Richtungen wirksam ist und in der Nähe des Patienten im gemeinsamen Abschnitt der, Ein- und Ausatmung angebracht ist. Dieser Transduktor 15 steht in Verbindung mit einem Block.31, der das vom Transduktor 15 gesandte Signal anpaßt und über die Linie 32 zur Kontrolleinheit 6 sendet.

An die Patienten-Schaltung ist weiterhin ein Transduktor 11 des Drucks über das Dreiwege-Ventil 33 angeschlos sen; dieser Aufbau erlaubt eine Verbindung mit der Außen luft zwecks Überprüfung und Korrektur der Abweichungen vom Nullpunkt der Skala.

Das Atmungsventil 14 ist pneumatisch kontrolliert und kann ganz oder teilweise geschlossen sein, wodurch während der Ausatmungsphase kontinuierliche positive Drücke erzeugt werden können. Dieses Ventil 14 wird.

durch eine Batterie von Ventilen mit Widerstand kontrolliert, die den Block 16 der Kontrolle des Enddrucks festlegen und die Erzeugung eines veränderlichen Drucks ermöglichen, dessen Anlegung an die Steuerung des Ventils 17 die Sperrung oder den gewünschten Druck in der Patienten-Schaltung erzeugt.

Alle diese Elemente werden durch den Block der Kontrolleinheit kontrolliert, der einen Mikroprozessor 35, vorzugsweise von 8 Bits, umfaßt, der mit den restlichen Elementen der Kontrolleinheit in Verbindung steht, unter denen der Block 36 oder Speicher ROM und der Speicherblock 37 RAM zu nennen sind.

Für die Einführung der Daten, Befehle und Funktionen ist eine Tastatur 38 vorgesehen, die mit dem Mikroprozessor 35 über die entsprechende Einheit der Interphase und Kodifizierung 39 in Verbindung steht, während für die visuelle Wiedergabe der alphanumerischen und graphischen Information ein Kathodenstrahlen-Bildschirm 40 vorgesehen ist, der über die Einheit 41 an das System des Mikroprozessors angeschlossen ist.

Die Blocks 42, 43 und 44 entsprechen Verstärkern und Analog/Digital-Wandlern, die die Signale vom Anpassungselement 31 des Signals des Transduktors 15 der Durchflußmenge, des Transduktors des Drucks 11 und des 0 -? Analysators 28 empfangen, und zum Block 45 gelangen, der eine Reihe von Pegel-Detektoren umfaßt, die Signale der entlang des Respirators angeordneten Sensoren.

Die Blocks 46, 47, 48 und 49 bestehen aus Ausgangsetappen mittels optischer Kopplungen und Verstärkern für die Signale, die vom Block der Kontrolleinheit ausgehend die Funktion des Respirators steuern, wobei die Ausgänge dieser Blocks mit der Bezugszahl der diesen angeschlossenen Vorrichtungen versehen sind und der Ausgangsblock 49 für die Sendung der Signale an andere Betätigungsorgane mit untergeordneter funktioneller Bedeutung, reserviert ist. '

In diesem Blockschema der Kontrolleinheit ist die Speisequelle nicht dargestellt, die im Normalfall an das Strom-' netz angeschlossen ist, wobei elektrische Batterien vorgesehen sind, die das automatische Funktionieren während, eines bestimmten Zeitraumes aufrechterhalten können, wenn die elektrische Energie der Stromquelle ausfällt. 35

ι · β -

Der erfindungsgemäße durch Programm gesteuerte Respirator kann eine große Reihe von Funktionen übernehmen, wobei die bisher erforderliche überwachung durch das Be-5 dienungspersonal auf ein Mindestmaß reduziert ist.

Leerseite

Claims

1.] Respirator zur Verwendung in Krankenhäusern und Kliniken, dadurch gekennzeichnet, daß der Respirator aus einer pneumatischen Einheit und einer Kontrolleinheit besteht, die miteinander wirverbunden si*nd, daß die pneumatische Einheit Mittel sum Anschluß an Speisequellen von Druckgasen umfaßt, die in eine pneumatisch beaufschlagte Ausgleichsvorrichtung der Gasdrücke zusammenlaufen, die an eine Gas-Mischkammei angeschlossen ist, die durch ein Doppel-Druckkontrollgerät überwacht wird und von der zwei Hauptleitungen ausgehen, die zwei Batterien von Ventilen mit in Serie geschalteten Widerständen speisen, wobei eine Batterie das System des Einatmungs-Ventils bildet, während die andere eine Ventil-Batterie zur Kontrolle des Ausatmungs-Ventils bildet, daß die erste Batterie die Patienten-Schaltung speist und einen Transduktor der Durchflußmenge aufweist, daß die Kontrolleinheit mit der pneumatischen Einheit über Informations- und Befehlslinien verbunden ist, daß die Kontrolleinheit einen Mikrpprozessor umfaßt, wobei eine Tastatur zur Eingabe von Daten und Instruktionen und ein Kathodenstrahlen-Bildschirm zur gleichzeitigen Wiedergabe von alphanumerischen und graphischen Informationen vorgesehen sind, daß die Tastatur und der Bildschirm über die entsprechenden Interphasen-Einheiten an den Mikroprozessor angeschlossen sind, daß die Informationslinien, die die Kontrolleinheit mit der pneumatischen Einheit verbinden, an eine Reihe von Verstärkerblocks angeschlossen sind, denen entsprechende Analog/Digitalumformer nachgeschaltet sind, die an die Verbindungsleitungen des Mikroprozessors angeschlossen sind, daß diese Datenleitungen an eine Reihe von optischen Kopplungen und Verstärkern angeschlossen sind, die Befehlssignale zur Betätigung der Ventile und Elemente der pneumatischen Einheit erzeugen.

2. Respirator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Einheit einen Druck-Transduktor aufweist, der an die Patienten-Schaltung über ein Dreiwege-Ventil angeschlossen ist, wobei ein Weg mit der Außenluft in Verbindung steht und das Ventil zur periodischen und automatischen Kalibrierung des Transduktors durch die Kontrolleinheit gesteuert wird.

3. Respirator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit eine Informationslinie von einem O -Analysator empfängt, der über ein Ventil und den entsprechenden Widerstand an die Mischkammer angeschlossen ist, wobei die Kontrolleinheit ein Programm zur Auswertung und Analyse der Funktion der Gas-Mischvorrichtung zwecks periodischer und automatischer Autokalibrierung aufweist.

4. Respirator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmengeii-Transduktor in zwei Richtungen anspricht und in der Nähe des Patienten in einem gemeinsamen Abschnitt der Ein- und Ausatmung angeordnet ist und ein Signal zu einem Anpassungsblock sendet, der an eine Informationslinie der Kontrolleinheit angeschlossen ist.

5. Respirator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kontrolleinheit ein Programm gespeichert ist, das die Verwendung des Respirators für die Atmungshilfe oder die künstliche Atmung oder eine Kombination derselben ermöglicht.

6. Respirator gemäß Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kontrolleinheit ein Programm gespeichert ist, das die Antwort simuliert, die man bei Änderung der aktuellen Parameter in den klinischen Variablen des Patienten erhalten würde, wobei diese simulier-

» * β Si

'·-· - 3Ί33697

e Antwort auf dem Kathodenstrahlen-Bildschirm erscheint, während die aktuellen Parameter aufrechterhalten werden.

7. Respirator gemäß den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahlen-Bildschirm die Kurven des Volumens, Drucks und der Durchflußmenge in Form von stabilen Kurven wiedergibt, deren Daten für eine bestimmte Zeit in einem Speicher gespeichert werden, der durch einen Kontroller des Bildschirms gesteuert wird.

8. Respirator gemäß den Ansprüchen 1, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit über einen bestimmten Teil des Speichers zur Sammlung der verschiedenen klinischen Parameter des Patienten während eines bestimmten Zeitraumes verfügt, um eine Datenbank oder Krankengeschichte anzufertigen.

9· Respirator gemäß den Ansprüchen 1, 5, 6, 7 und 8, •dadurch gekennzeichnet, daß in der Kontrolleinheit ein Programm zur Steuerungskontrolle einer Tastatur gespeichert ist, das eine Dateneingabe in einer bestimmten Reihenfolge erfordert und gemäß bestimmten Kalkulationsgrundlagen die vorgeschlagenen Werte überprüft, damit die vorgeschlagenen Parameter, die zu falschen Kombinationen oder anomalen Werten führen würden, von der Vorrichtung nicht akzeptiert werden.

10. Respirator gemäß den Ansprüchen 1, 5, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kontrolleinhoit stets die grundlegenden Funktionsparameter gespeichert sind, die dem Bedienungspersonal bei Einschaltung dor Vorrichtungvon dieser vorgeschlagen werden.