DE3227463A1 - Beatmungsgeraet fuer das kuenstliche beatmen - Google Patents

Description

Beatmungsgerät für das künstliche Beatmen

Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät für das künstliche Beatmen.

Beatmungsgeräte oder Respiratoren werden benötigt, um einem Patienten mit beeinträchtigter Atmung künstlich Atem- oder Frischgas zuführen zu können.

Die Atmung ist bekanntlich ein Vorgang, bei dem ein Gasaustausch stattfindet, .indem einem lebenden Körper (Patient) Sauerstoff zugeführt und Kohlendioxyd entzogen wird. Die Lungen bilden die Atmungsorgane und bestehen im wesentlichen aus einem umgekehrt projizierten Baum aus dicht verzweigten Bronchiolen, die mit dünnwandigen von einem feinen Haargefäßnetz umhüllten Alveolen kommunizieren. Der Gasaustausch vollzieht sich zwischen den Wandungen der Haargefäße und den Alveolen oder Lungenbläschen, .in die Luft aufgenommen wird. Die am Gasaustausch teilnehmenden Gase werden nach der Diffusion durch die Bronchiolen, in die sich die Trachea mehr als achtzehnmal verzweigt, .ins Freie ausgeatmet; weiterhin erfolgt die Exporation im Wege der Ventilation, .wenn sich die Lungen abwechseln aufblähen und zusammenfallen, in den verhältnismäßig großen Bronchiolen, .in die sich die Trachea nicht mehr als achtzehnmal verzweigt. Patienten mit beeinträchtigter Atemtätigkeit bedürfen der künstlichen Be-

atmung. Für die künstliche Beatmung sind die unterschiedlichsten Verfahren bekannt.

Diese Beatmungsverfahren können generell in zwei Kategorien eingeteilt werden. Bei der einen Kategorie der Beatmung wird die Lungenfunktion beim Ein- und Ausatmen unterstützt. Dieses Verfahren wird seit langem verwandt und hat die Aufgabe, alle Bronchiolen und Bronchien intermittierende mit positivem Druck zu beaufschlagen, so daß die natürliche Funktion unterstützt wird und der Patient ein Beatmungsgas ein- und ausatmen kann. Ein typisches Beispiel ist das sog. IPPV-Verfahren, die intermittierende positive Druckbeatmung. Ventilatoren - auch als Generatoren bezeichnet -; , .für diese Form der intermittierenden positiven Druckbeatmung sind bekannt und werden weitverbreitet eingesetzt.

Zur anderen Kategorie gehört eine Beatmungsform, .bei der eine Sinusströmung mit einer Frequenz von 200 bis 1500 Zyklen pro Minute angewendet wird, so daß der Partialdruck von 0_ und CO₂ im Blut auf einem geforderten Plateau gehalten wird, selbst

dann, .wenn die Atmung aussetzt (Apnoea). Hierbei handelt es sich um ein neues unter der Bezeichnung HFO Ventilation (HFO-Sinusventilation) bekanntgewordenes Verfahren. HFO-Ventilatoren zur Durchführung dieses Verfahrens sind ebenfalls bekannt und in Gebrauch.

Beim natürlichen Atemvorgang, der Spontanatmung, .werden die Lungen bekanntlich beim Einatmen gedehnt, .wodurch die Bronchiolen und Bronchien auf einem negativen Druck gehalten werden und Luft

angesaugt wird, .und beim Ausatmen fallen die Lungen zusammen, .' wodurch in den Brenchiolen und Bronchien ein positiver Druck zum Ausstoßen der Luft herrscht. Bei einer Beeinträchtigung der spontanen Atmung eines Patienten kann dieser die Lungen nicht voll oder in erforderlichem Maße mit Luft vollpumpen oder die Luft maximal ausatmen.

Die Beeinträchtigung der Atmung kann grob in zwei Stadien gegliedert werden, nämlich (a) Apnoea bzw. Atemstillstand, d.h. der Patient atmet nicht mehr spontan, .und (b) der Patient atmet zwar noch selbst, ;aber unzureichend.

Im Stadium (a) wurde die Atmung des Patienten häufig durch den Einsatz eines Ventilators für intermittierende positive Druckbeatmung unterstützt. Mit dieser Art Ventilator werden die Lungen intermittierend auf positivem Druck gehalten, .so daß ein Atemgas in Bronchien, ßronchiolen und Alvioli entgegen der natürlichen Atmung inspiriert wird. Demzufolge stellten sich bei einem Ventilator für intermittierende positive Druckbeatmung folgende Nachteile ein:

(i) Der Ventilator für intermittierende positive Druckbeatmung kann wirksam nur bei einem Patienten im obigen Stadium (a) angewandt werden, während er bei einem Patienten im obigen Stadium (b:), vor allem, .wenn es sich um ein Baby oder ein Kind handelt, nur mit großen Schwierigkeiten einsetzbar ist. Hauptschwierigkeit hierbei ist, das Atmungsgas durch den Ventilator in die Atemwege des Patienten genau synchron zur natürlichen Inspirationsphase zu pumpen. Infolgedessen kommt es häufig vor, daß kontrolliert zugeführtes Gas während der Expirationsphase des Patienten in die Lungen gelangt. Hierdurch wird die Expiration des Patienten wesrentlich erschwert. Außerdem wird dem Atmungsvorgang beim Patienten ein Widerstand entgegengesetzt, .der Schmerz verursachen kann.

(ii) Ein weiterer Nachteil des Ventilators für intermittierende positive Druckbeatmung ist dessen komprimierende Wirkung auf die Blutgefäße im Thorax des Patienten und der Beeinträchtigung des Blutflusses, so daß es beim Patienten zu physiologischen Schäden, .wie Pneumothorax, kommen kann, .und er außerdem unter dem verminderten Herzzeitvolumen zu leiden hat. Lunge und Herz des Patienten sind also einer übermäßigen Belastung ausgesetzt. Dies

ist nicht ungefährlich, insbesondere dann, .wenn der Ventilator bei einem Risikopatienten angewandt wird. Das Risiko bei einem derartigen Ventilator liegt darin, daß die Ventilatoren so ausgelegt sind, daß Beatmungsgas intermittierend in die Atemwege des Patienten gepumpt wird, .wodurch der Atemweg intermittierend auf einem positiven Druck gehalten wird. Wenn der Thorax des Patienten nicht durch dessen eigene Atmung geweitet und verengt wird, tendiert er ständig zum Zusammenziehen. Deshalb werden die Blutgefäße im Bereich der Alveolen zwischen diesen und dem äußeren Teil des Thorax übereinandergeschichtet, denn die Atemwege (insbesondere die Alveolen) stehen in diesem Fall unter positivem Druck, .und auf den äußeren Teil des Thorax wiikt ebenfalls ein Druck.

Um den unter i) genannten Nachteil zu vermeiden, wurde bereits ein Ventilator für intermittierende positive Druckbeatmung des Strahltyps (bekannt als Strahlventilator) vorgeschlagen, bei dem ein Strahl von Frischgas in die Atemwege des Patienten über eine im Querschnitt etwa lmm dickes Röhrchen zugeführt wird, so daß die Zufuhr von Frischgas synchron zur natürlichen Atmung des Patienten erfolgen kann. Bisher konnte jedoch ein solches synchrones Funktionieren nur unzulänglich erreicht werden.

Der zuvor erwähnte HFO-Ventilator appliziert Druckschwingungen mit einer Frequenz von 100 bis 5000 Zyklen pro Minute in die Lunge. Durch diesen Ventilator atmet der Patient ohne Atembewegungen seines Thorax. Im Gegensatz zu der intermittierenden positiven Druckventilation liefert der HFO-Ventilator dem Patienten Frischgas ohne die Lungen auf einem unerwünschten positiven Druck zu halten*

Der HFO-Ventilator kann also für Patienten beider vorerwähnten

Stadien (a) und (b) eingesetzt werden, ohne mit den genannten Mängeln des intermittierenden positiven Druckventilators behaftet zu sein. Obwohl dieser HFO-Ventilator so beachtliche Vorteile aufweist, ist er doch nicht in allen Fällen wirkungsvoll einsetzbar. Beispielsweise kann man mit einem HFO-Ventilator bei einem Patienten des Stadiums (a) keine zufriedenstellenden Ergebnisse erhalten. Um hier Abhilfe zu schaffen, .ist es erforderlich eine bestimmte Frischgasmenge in die Atemwege zu befördern. Die Atemwege sind also entweder kontinuierlich oder intermittierend und in einem solchen Grad mit Gasdruck (positivem Druck) zu beaufschlagen, daß der Gasdruck sich nicht belastend auf den Patienten auswirkt.

Es sind verschiedenste Ausbildungen von HFO-Ventilatoren und intermittierende positive Druckventilatoren (JPPV) bekanntgeworden, .worunter welche mit Kolben und andere mit pneumatischen Elementen arbeiten. Diese herkömmlichen Ventilatoren sind jedoch nicht für einen variablen Ventilationsgrad ausgelegt. Derartige Geräte haben daher auch nicht die richtige Beatmung bei bestimmten die Atmung beeinträchtigenden Situationen ergeben.

Die bekannten HFO-Ventilatoren benutzen ein Drosselventil zur Steuerung des Durchflusses eines Signal- oder Ansteuer-Gases, so daß auch die Zufuhr von Frischgas zum Patienten in einem vorbestimmten Atemzyklus erfolgt. Die ansteigenden und abfallenden Flanken des Signals des Impulses verlaufen jedoch nicht linear, so daß die Steuerung der Pulsbreite nicht exakt erfolgen kann. Folglich kann auch die Zufuhr von Frischgas zum Patienten nicht in regelmäßigen Abständen unterbrochen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventilationsgerät ohne die Nachteile der bekannten Ventilationsgeräte so zu gestalten, daß

eine einwandfreie Beatmung in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Zustand eines Patienten gewährleistet ist, .insbesondere den in einem solchen Gerät enthaltenen HFO-Ventilator so weiterzubilden, daß exakt vorbestimmbare Atemgasmengen in zeitlich exakt definierten Intervallen dem Patienten zuleitbar sind.

Diese Aufgabe ist erfindungsgeraäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung weist viele Vorteile auf; der wesentlichste Vorteil ist darin zu sehen, .daß der intermittierende positive Druckventilator und der HFO-Ventilator je nach dem Zustand eines Patienten wahlweise allein oder kombiniert verwendet werden können. Da ferner die ansteigenden und abfallenden Flanken des Signals im wesentlichen linear verlaufen, wird die Steuerung der Pulsbreite und damit die Steuerung des zuzuführenden Gasvolumens wesentlich erleichtert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ventilators, j

Figur 2 ein Blockschaltbild eines intermittierenden positiven Druckventilators als Bestandteil des erfindungsgemäßen Ventilators, .

Figur 3 ein Blockschaltbild eines im erfindungsgemäßen Ventilator verwendeten HFO-Ventilators und

Figur 4 und 5 ein Blockschaltbild einer anderen Ausbildung eines HFO-Ventilators.

Der in Figur 1 anhand eines Blockschaltbildes dargestellte erfindungsgemäße Ventilator enthält eine Druckgasguelle 1, . die Frischgas mit einem vorbestimmten Druck liefert, .ein Patientensystem :2, jdem das Frischgas von der Gasquelle 1 zugeführt wird, .einen intermittierenden positiven Druckventilator 3 zur Aufnahme des Frischgases von der Druckgasquelle 1 und zur intermittierenden Zuführung des Frischgases in das Patientensystem :2, jeinen HFO-Ventilator 4, dem das Frischgas aus der Druckgasquelle 1 zuströmt und der dieses mit hoher Frequenz (Ventilationsfrequenz) dem Patientensystem zuführt. Das Frischgas besteht im allgemeinen aus einem Sauerstoff-Luft-Gemisch, oder aus einem Sauerstoff-Lachgas-Gemisch für Narkosezwecke. Das Patientensystem 2 enthält eine Vorrichtung mit der das Frischgas in die Trachea des Patienten über einen durch den Mund des Patienten in die Trachea geleiteten Atemschlauch 2a zugeführt wird.

Der intermittierende positive Druckventilator 3 besteht aus einem pneumatischen System mit Fluid-Einrichtungen, die über Rohre (Schläuche) miteinander verbunden sind und die die Durchflußrichtung im System in Abhängigkeit von Druckänderungen in dem das System durchströmenden Gas ändern. Mit diesem Ventilator kann die Ventilation mit einer Frequenz von 1 bis 100 Zyklen pro Minute erfolgen und das Ventilationsvolumen ist veränderbar. Der Ventilator 3 liefert das ihm von der Druckgasquelle 1 zuströmende Frischgas über eine Zufuhrleitung 5 in das Patientensystem 2. Der Ventilator 3 liefert außerdem ein Signalgas aus einer eingebauten Signalgasquelle an ein Exporationsmembranventil 6 über eine Leitung 30.

Der HFO-Ventilator enthält ebenfalls ein pneumatisches System. Mit diesem Ventilator 4 kann die Ventilation mit einer Frequenz von 100 bis 5000 Zyklen pro Minute erfolgen und das Ventilationsvolumen ist veränderbar. Der Ventilator 4 liefert das ihm aus

der Druckgasquelle 1 zufließende Frischgas über eine Leitung 7 in das Patientensystem 2.

Das Expirationsventil 6 ist über das Signalgas aus dem intermittierenden positiven Druckventilator 3 druckabhängig ansteuerbar und ist mit dem Patientensystem 2 expirationsseitig über eine Expirationsleitung 31 verbunden. Bei intermittierender Unterbrechung der Atemgaszufuhr zum Patientensystem 2 wird das Patientensystem zur Förderung des Ausatmens aus den Lungen mit negativem Druck beaufschlagt. Eine mit dem Patientensystem verbundene Leitung S sorgt für die Anfeuchtung der Inspirationsluft, .um ein Austrocknen der Atemwege durch das Atemgas zu vermeiden.

Der intermittierende positive Druckventilator 3 wird nunmehr anhand der Figur 2 im einzelnen beschrieben. Das pneumatische System des Ventilators 3 weist einen Resonanzkreis 8 und ein JA-Glied 9 auf. Das Atemgas wird aus der Druckgasquelle 1 einem zweiten Eingang 9b des JA-Gliedes 9 zugeführt, das normalerweise den Fluß des Atemgases absperrt. Das JA-Glied 9 läßt das Atemgas durch, wenn das unter einem bestimmten Druck stehende Signalgas intermittierend vom Resonanzkreis 8 einem ersten Eingang 9a des JA-Gliedes 9 zugeführt wird. Das das JA-Glied 9 durchströmende Atemgas gelangt über die Leitung 5 in das Patientensystem 2. Hört die Zufuhr von Signalgas aus dem Resonanzkreis 8 am JA-Glied auf, .so wird der Fluß von Atemgas gesperrt.

Der Resonanzkreis 8 enthält zwei Flip-Flop 10, .11, .ein Paar Durchflußregler 1:2, j13 und ein Paar Gas-Aufnahmen 14, 3.5 mit variabler Füllmenge. Die Durchflußregler 1:2, .13 enthalten Stromventile 12:a, jl3a und Absperrventile 12b, 13b. Das Aufnahmevolumen der Gasaufnahmen 14, 15 ist veränderbar. Der Durchflußregler 12 und die Gasaufnahme 14 liegen zwischen einem ersten

Ausgang 10c des Flip-Flop 10 und einem ersten Eingang 11a des Flip-Flop 11. Analog hierzu sind der Durchflußregler und die Gasaufnahme 15 mit einem zweiten Ausgang 1Od des Flip-Flop 10 und einem zweiten Eingang 11b des Flip-Flop verbunden. Der erste Ausgang lic des Flip-Flop 11 ist mit einem ersten Eingang 10a des Flip-Flop 10 verbunden, während ein zweiter Ausgang lld sowohl mit dem Eingang 9a des JA-Gliedes und einem zweitn Eingang 10b des Flip-Flop 10 verbunden ist. Die beiden Signalgasquellen 47, Al sind jeweils mit dem Flip-Flop 10 bzw. 11 zwecks Zuführung des Signalgases unter vorbestimmten Druck zu diesem Glied verbunden.

Das Intervall, .während dem das Signalgas vom Resonanzkreis 8 dem JA-Glied 9 zugeführt wird ist von der Füllmenge der Gasaufnahme 15 und der Durchflußmenge im Regler 13 abhängig. Fließt kein Signalgas von dem Resonanzkreis 8 zum JA-Glied .9, .so richtet sich das Intervall nach der Füllmenge der Aufnahme 14 und der Durchflußgeschwindigkeit im Regler 12. Folglich strömt das Signalgas unter vorbestimmten Druck intermittierend vom Resonanzkreis sowohl zum JA-Glied 9 als auch zum Exporationsventil 6.

In der Leitung 5 befindet sich zwischen dem JA-Glied 9 und dem Patientensystem 2 ein Durchflußregler 1:6, .der die Strömungsgeschwindigkeit des durchgeleiteten Atemgases steuert. In einer Zuführleitung 30 ist zwischen dem Resonanzkreis 8 und dem Exporations ventil 6 ein Druckregler 17 vorgesehen, .der die Zufuhr des Signalgases zum Exporationsventil 6 auf einem gewünschten Wert (Volumen) hält.

Das Signalgas hat nur die Aufgabe, das JA-Glied 9 und das Exporationsventil 6 anzusteuern und gelangt nicht zum Patienten. Daher eignet sich hierfür jedes ohne Gefahr anzuwendende Gas.

Die hier zu betrachtenden Gasaufnahmen haben allgemein ein konstantes Volumen. Werden die'Zufuhr (Pulsbreite) und die Puls-

Unterbrechung des Signals nur durch die Regler 12,13 überwacht, dann ergeben die ansteigenden und abfallenden Flanken des Signals einen nicht linearen Verlauf. Wird dagegen die Pulsbreite des Signals mit Hilfe der Gasaufnahmen mit variablem Volumen 14, .15 gesteuert, dann erhält man im wesentlichen lineare ansteigende und abfallende Planken und die Pulsbreite ist leicht steuerbar.

Der HFO-Ventilator 4 wird nachstehend anhand der Figur 3 im einezlnen beschrieben. Das pneumatische System des HFO-Ventilators 4 enthält ein NEIN-Glied 18, .ein JA-Glied 33, :eine Gasaufnahme 20 mit veränderbaren Füllmenge und zwei Flußregler 21, .22. Alle Vorrichtungen sind durch Gasleitungen miteinander verbunden. Die Flußregler 2:1, j22 enthalten jeweils Stromventile 21a bzw. 22a und Absperrventile 21b bzw. 22b. Die Gasaufnahme 20 und die beiden Flußregler 2:1, .22 sind zwischen einem zweiten Eingang 18b des NEIN-Gliedes 18 und einem zweiten Eingang 33b des JA-Gliedes in Reihe geschaltet. Die Flußrichtung im Absperrventil 21b ist umgekehrt zum Absperrventil 22b. Das Atemgas wird von der Druckgasquelle 1 direkt einem ersten Eingang 18a des NEIN-Gliedes 18 und einem ersten Eingang 33a des JA-Gliedes zugeführt. Das das NEIN-Glied 18 durchströmende Atemgas wird an dessen Ausgang 18c dem Flußregler 22 und dem JA-Glied 33 zugeführt und dient als Signalgas. In der Zuleitung 7 ist ein Flußregler 23 vorgesehen, der die Geschwindigkeit des dem Patientensystem 2 zugeführten Atemgases regelt.

Wie bereits erwähnt, Jströint das Atemgas von der Druckgasquelle 1 zum NEIN-Glied 18 und dem JA-Glied 33. Das das NEIN-Glied 18 durchströmende Atemgas fließt in eine Zuleitung 34 und anschließet durch eine Zuleitung 35, jso daß das Atemgas die Flußregler 22 und 21 mit geringerer Strömungsgeschwindigkeit wegen der Fließrichtung des Absperrventils 21b durchströmt. Das abgegebene Atemgas wird nunmehr in der Gasaufnahme 20 mit veränderbarer Füllmenge gespeichert.

Das die Zuleitung 34 durchströmende Atemgas gelangt über eine Zuleitung 36 zum JA-Glied 33 und wirkt als Signalgas. Beim Eintritt des Signalgases am zweiten Eingang 33b des JA-Gliedes 3:3, gelangt das von der Druckgasquelle 1 zum ersten Eingang 33a des JA-Gliedes 33 über die Zuleitung 37 zuströmende Atemgas über den Ausgang 33c dieses Gliedes in den Flußregler 23 und über die Leitung 7 in das Patientensystem. Nach einem durch das jeweilige Volumen der Gasaufnahme 20 und der Durchflußgeschwindigkeit des Reglers 21 vorgegebenen Intervall, .ist die Gasaufnahme mit dem Atemgas gefüllt. Damit gelangt über die Flußregler 22 und 21 kein Atemgas mehr in die Gasaufnahme 20, jsondern wird mit positivem Druck zum zweiten Eingang 18b des NEIN-Gliedes, 18 als Signalgas zugeführt. Dadurch erhöht sich der Druck des über eine Zuleitung 38 dem NEIN-Glied 18 zuströmenden Atemgases, so daß das NEIN-Glied 18 den Durchfluß des direkt von der Druckgasqudle 1 ankommenden Atemgases unterbricht, .während das über die Zuleitung 38 zuströmende Ateragas ins Freie abgeleitet wird. Gleichzeitig wird die Zufuhr von Ateragas zum zweiten Eingang 33b des JA-Gliedes über die Zuleitungen 34 und 36 unterbrochen, .und der Druck im Signalgas fällt ab, ;so daß das JA-Glied 33 den Zustrom von Atemgas über die Zuleitung 37 unterbricht. Dieser Zustand wird so lange aufrechterhalten, bis die Gas-Aufnahme 20 vollständig entleert ist. Dieser Zyklus der Zufuhr von Atemgas von der Druckquelle 1 zum Patientensystem 2 wiederholt sich mit vorgegebener Frequenz. Die Pulsbreite des Signals, das die Beatmungsfrequnez des HFO-Ventilators 4 bestimmt, .ist durch Änderung des Volumens in der Gas-Aufnahme 20 leicht einstellbar, wie dies für den intermittierenden positiven Druckventilator 3 ebenfalls möglich ist.

Aus der Beschreibung ist klar, daß die Gas-Aufnahme 20 und die beiden Flußregler 21, J22 zusammen eine Taktschaltung (Zeitreglervorrichtung) bilden, die die Zufuhr des Atemgases in das Patientensystem 2 zeitlich steuert.

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Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform des pneumatischen Systems eines modifizierten HFO-Ventilators 4a. Der hier gezeigte Ventilator unterscheidet sich von dem aus Figur 3 lediglich dadurch, daß anstelle eines JA-Gliedes 33 ein NEIN-Glied 24 verwendet wird.

Sobald das Atemgas als Signalgas durch das NEIN-Glied 18 und die Zuleitungen 34 und 36 zu einem zweiten Eingang 24b des NEIN-Gliedes 24 gelangt, .unterbricht das NEIN-Glied 24 die Zufuhr von Atemgas aus der Zuleitung 37 zum ersten Eingang 24a, wodurch auch die Zufuhr von Atemgas in das Patientensystem 2 am Ausgang 24c unterbrochen ist. Strömt dagegen kein Signalgas über die Zuleitungen 34 und 36 zum zweiten Eingang 24b des NEIN-Gliedes 2:4, .dann gibt das NEIN-Glied die Zufuhr des Atemgases aus der Zuleitung 37 zum Patientensystem 2 frei.

Die Ventilation 4a arbeitetalso in Bezug auf Zufuhr und Unterbrechung des Atemgases in das Patientensystem 2 nach dem umgekehrten Prinzip wie die HFO-Ventilation 4 nach Figur 3, doch sind beide Ventilatoren 4 und 4a funktionsgleich.

Figur 5 zeigt ein pneumatisches System einer anderen Ausführungsform eines HFO-Ventilators 4b. Im Unterschied zum Ventilator 4 nach Figur 3 sind hier anstelle des JA-Gliedes 33 ein Fluß-Umschalter 25 und ein Druckminderer 26 vorgesehen. Wenn das Atemgas als Signalgas das NEIN-Glied 18 und die Zuleitungen 3:4, .36 durchströmt und zum zweiten Eingang 25b des Umschalters 25 gelangt, dann schaltet der Umschalter 25 das über die Zuleitung 37 zu seinem ersten Eingang 25a strömende Gas auf seinen zweiten Ausgang 25d um, so daß es über eine Zuleitung 40 dem Druckminderer 26 zufließt. Wird dagegen der Strom des Signalgases durch das NEIN-Glied unterbrochen, schaltet der Umschalter die Zuleitung 37 auf seinen ersten Ausgang 25c und das Gas gelangt über die Zuleitung 7 in das Patientensystem 2. Der Druckminderer 26 erzeugt

durch das ihm vom Umschalter 25 zuströmende Atemgas einen negativen Druck (Sog). Der Druckminderer 26 ist über eine Leitung 41 mit der Exporationsseite des Patientensystems 2 verbunden und unterstützt die Expiration. In den Leitungen 7 und 40 sind Flußregler 27 bzw. 28 vorgesehen. Mit diesem Ventilator 4b erfolgen Inspiration und Expiration positiv periodisch in Abhängigkeit von der durch die Taktschaltung gegebenen Pulsbreite. Die Taktschaltung besteht bekanntlich aus der Gas-Aufnahme 20 mit variabler Füllmenge und den Flußreglern 21, .22. Hierdurch läßt sich eine wirksamere Ventilation erreichen.

Wie Figur 1 zeigt, .ist die Druckgasquelle 1 direkt mit dem

Patientensystem 2 über Zuleitungen 42 und 43 verbunden, um

die Sauerstoffkonzentration im Atemgas in den Lungen zu erhöhen.

Die Funktionsweise des Ventilators wird nachstehend anhand der Figur 1 beschrieben.

Wenn zunächst entsprechend dem Zustand des Patienten nur der intermittierende positive Druckventilator 3 verwendet wird, ist die Zuleitung 43 über ein in ihr vorgesehenes Absperrventil 45 geschlossen, .und es strömt kein Atemgas in den HFO-Ventilator 4 und über die Leitung 42 in das Patientensystem 2. Das Atemgas gelangt also von der Druckgasquelle nur zu dem intermittierenden Druckventilator 3. Die Ventilation erfolgt von hier mit einer vorgegebenen Frequenz von 1 bis Zyklen pro Minute, so daß das Atemgas dem Patientensystem periodisch über die Zuleitung 5 zugeführt wird. Gleichzeitig wird das Expirationsventil 6 angesteuert und das verbrauchte Gas wird aus den Lungen des Patienten durch das Patientensystem periodisch ins Freie ausgetrieben.

Verlangt der Zustand des Patienten, daß nur der HFO-Ventilator

eingesetzt wird, wird eine Leitung 44 durch ein in ihr vorgesehenes Absperrventil 46 geschlossen, so daß kein Atemgas in den intermittierenden positiven Druckventilator 3 strömt. Die Verbindung zwischen dem Patientensystem 2 und dem Expirationsventil 6 durch die Expirationsleitung 31 wird entlastet und das Patientensystem 2 ist expirationsseitig mit der Außenluft verbunden. Der Ventilator 4 arbeitet mit einer vorgegebenen Frequenz von 100 bis 5000 Zyklen pro Minute, .so daß das Atemgas dem Patientensystem periodisch über die Zuleitung zugeführt wird. Das Atemgas wird von der Druckgasguelle 1 direkt in das Patientensystem 2 über die Zuleitungen 43 und 42 zugeführt um, wie erwähnt, die Sauerstoffkonzentration des Atemgases in den Lungen zu erhöhen. Bei Verwendung des HFO-Ventilators 4b nach Figur 5 wird der Druckminderer 26 über die Leitung 41 mit der Expirationsseite des Patientensystems 2 verbunden.

Ist in kritischen Situationen die Verwendung sowohl des intermittierenden Druckventilators 3 und des HFO-Ventilators 4 erforderlich, dann wird Atemgas von der Druckgasquelle 1 beiden Ventilatoren 3 und 4 zugeführt. Außerdem wird das Atemgas direkt von der Druckgasquelle in das Patientensystem über die Zuleitungen 43 und 42 geleitet. Dieses Verfahren stellt die wirksamste Art der Ventilation dar.

Mit dem erfindungsgemäßen Ventilator können also der intermittierende positive Druckventilator und der HFO-Ventilator je nach dem Zustand des Patienten wahlweise allein oder kombiniert verwendet werden. Ferner kann durch den Einbau einer Gas-Aufnahme mit variabler Füllmenge das Atemgas dem Patienten in regelmäßigen Zeitabständen zugeführt werden, da die ansteigenden und abfallenden Flanken des Signals im wesentlichen linear verlaufen, wodurch die Steuerung der Pulsbreite erleichtert wird.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   Beatmungsgerät für das künstliche Beatmen, : gekennzeichnet durch

   (a) eine Druckgasquelle (1) zur Zuführung des Beatmungsgases, .

   (b) ein Patientensystem (2) zur Zuführung des Beatmungsgases zum Patienten, .

   (c) einen aus einem pneumatischen System bestehenden HFO-Ventilator (4:), der über eine Zuleitung (43) mit der Druckgasquelle (1) und über eine Leitung (42) mit dem Patientensystem (2) derart verbunden ist, daß das Beatmungsgas dem Patientensystem mit vorbestimmter hoher Frequenz zuführbar ist, .

   (d) einen Ventilator (3) zur intermittierenden positiven Druckbeatmung, der über eine Zuleitung (44) mit dem Patientensystem verbunden ist und das Beatmungsgas dem Patientensystem (2) in vorbestimmter Frequenz zuführt und

   (e) einem Absperrventil zur wahlweisen Zuschaltung der Druckgasquelle (1) auf den HFO-Ventilator (4) und den intermittierenden positiven Druckventilator (3:), so daß die beiden Ventilatoren entweder getrennt oder gemeinsam artsteuerbar sind.
2. 2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, .daß die Druckgasquelle (1) zusätzlich

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   mit dem Patientensystem (2) verbunden ist.
3. 3. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, .daß das pneumatische System der intermittierenden positiven Druckventilation eine Signalgasquelle (47) zur Zuführung eines Signalgases aufweist, ein JA-Glied (9) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (9a, :9b:), einen mit der Signalgasquelle verbundenen Resonanzkreis (8:), der mit dem ersten Eingang (9a) des JA-Gliedes (9) verbunden ist und diesem das Signalgas intermittierend zuleitet, daß die Druckgasquelle (1) für das Beatmungsgas mit dem zweiten Eingang (9b) des JA-Gliedes (9) verbunden ist, .während der Ausgang (9c) des JA-Gliedes mit dem Patientensystem (2) verbunden ist, derart, .daß das Beatmungsgas vom JA-Glied in das Patientensystem (2) strömt, .sobald das Signalgas aus dem Resonanzkreis (8) zum ersten Eingang (9a) des JA-Gliedes (9) gelangt.
4. 4. Beatmungsgerät nach Anspruch :3, dadurch gekennzeichnet, daß der intermittierende positive Druckventilator (3) ein membranbetätigtes Expirationsventil (6) aufweist, das mit dem Resonanzkreis (8) zwecks Zuleitung des Signalgases verbunden ist sowie mit der Expirationsseite des Patientensystems (2:), derart, daß im Patientensystem (2) ein negativer Druck aufgebaut wird, sobald die Zufuhr von Beatmungsgas in dieses System intermittierend unterbrochen ist.
5. 5. Beatmungsgerät nach Anspruch :3, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis erste und zweite Flip-Flops (1.0, jll) aufweist, jerste und zweite Flußregler (12, 13) und erste und zweite Gasaufnahmen mit veränderbarer Füllmenge (14, 25:), .wobei der erste Flußregler (12) und die erste Gasaufnahme (14) zwischen einem ersten Ausgang des

   ersten Flip-Flop (10C) und einem ersten Eingang (lla) des zweiten Flip-Flop (11) angeordnet sind, während der zweite Flußregler (13) und die zweite Gasaufnahme (15) zwischen einem zweiten Ausgang des ersten Flip-Flop

   (10a) und einem zweiten Eingang des zweiten Flip-Flop (lib) angeordnet sind, und wobei der erste Ausgang (10c) des ersten Flip-Flop mit einem ersten Eingang des ersten Flip-Flop (Ha) verbunden ist, .während ein zweiter Ausgang (lic) sowohl mit dem ersten Eingang (9a) des JA-Gliedes (9) als auch mit einem zweiten Eingang des ersten Flip-Flop (10b) verbunden ist und die Signalgasquelle mit dem ersten und zweiten Flip-Flop in Verbindung steht.
6. 6. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische System des HFO-Ventilators (4) ein NEIN-Glied mit einem ersten und einem zweiten Eingang (18a, A8b) und einem Ausgang (18c) aufweist sowie ein Paar Flußregler (21, .22) und eine Gasaufnahme (20) mit veränderbarer Füllmenge, wobei die ^ruckgasquelle (1) für Beatmungsgas mit dem ersten Eingang (18a) des NEIN-Gliedes (18) und dem ersten Eingang (33a) des JA-Gliedes verbunden ist, .während der Ausgang des NEIN-Gliedes (18c) mit dem zweiten Eingang des JA-Gliedes (33b) über eine Leitung (3:4, 36) verbunden ist, daß die Gasaufnahme und die beiden Flußregler (2:1, 22) zwischen dem zweiten Eingang (18b) des NEIN-Gliedes und der Leitung (35) in Reihe geschaltet sind, derart, .daß das JA-Glied bei Beaufschlagen seines ersten Einganges (18a) durch Atemgas dieses auf das Patientensystem (2) durchschaltet sobald das Atemgas über das NEIN-Glied zum zweiten Eingang (33b) des JA-Gliedes gelangt, .wodurch in dem Augenblick, In dem das Atemgas das NEIN-Glied und die beiden Flußregler (21, .22a) durchströmt und die Gasaufnahme (20) füllt, das Atemgas zum zweiten Eingang (18b) des NEIN-Gliedes (18) gelangt, und das NEIN-Glied hierauf den Durchfluß des an seinem ersten Eingang (18) anstehenden Atemgases unterbricht.
7. 7. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische System des HFO-Ventilators, .ein erstes NEIN-Glied (18) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (18a, 18b) und einem Ausgang (18c) aufweist sowie ein zweites NEIN-Glied (24) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (24a, .'24b) und einem Ausgang (24c), mit zwei Flußreglern (21, .22) und eine Gasaufnahme (20) mit veränderbarer Füllmenge, .wobei die Druckgasguelle (1) für Atemgas mit dem ersten Eingang des ersten NEIN-Gliedes (18) und dem ersten Eingang (24a) des zweiten NEIN-Gliedes (24) verbunden ist, .während der Ausgang (18c) des ersten NEIN-Gliedes mit dem zweiten Eingang (24b) des zweiten NEIN-Gliedes (24) über eine Zuleitung (36) verbunden ist und die beiden Flußregler (21, .'22) zwischen dem zweiten Eingang (18b) des ersten NEIN-Gliedes und der Zuleitung (36) hintereinandergeschaltet sind, so daß das zweite NEIN-Glied das an seinem ersten Eingang (24a) anstehende Atemgas zum Patientensystem (2) durchschalten, und daß das Atemgas, das das erste NEIN-Glied und die beiden Flußregler durchströmt, die Gasaufnahme (20) füllt, und folglich das Atemgas zum zweiten Ausgang des ersten NEIN-Gliedes fließt, .wodurch das erste NEIN-Glied den Durchfluß des an seinm ersten Eingang anstehenden Atemgases sperrt.
8. 8. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und Anspruch 5, .dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische System des HFO-Ventilators ein NEIN-Glied mit einem ersten und einem zweiten Eingang (18:a, Jl8b) und einem Ausgang (18c) aufweist sowie einen Umschalter (25) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (25:a, J25b:), .zwei Flußregler (2:1, 22:), .eine Gasaufnahme (20) mit veränderbarer Füllmenge und einem Druckminderer (26:), .wobei die Druckgasquelle (1) mit dem ersten Eingang (18a) des NEIN-Gliedes (18) und dem ersten Eingang (25a) des Umschalters verbunden is:t, während der Ausgang (18c) des NEIN-Gliedes (18) mit dem zweiten Eingang

   (25b) des Umschalters (25) über eine Leitung (37) verbunden ist, daß die Gasaufnahme (20) und die beiden Flußregler (21, .'22) zwischen dem zweiten Eingang des NEIN-Gliedes und der Leitung (3) hintereinandergeschaltet sind, daß der Druckminderer (26) zwischen dem zweiten Ausgang (25d) des Umschalters und dem Patientensystem (2) angeordnet is:t, .daß der erste Ausgang (25c) des Umschalters (25) mit dem Patientensystem verbunden ist, .wodurch der Umschalter das an seinem ersten Eingang (25a) anstehende Atemgas zum Patientensystera (27) durchschaltet, .sobald an seinem'zweiten Eingang (25) kein über das NEIN-Glied zugeführtes Atemgas anliegt, .während das Atemgas vom Umschalter

   (25) von dessen ersten Eingang (25a) auf den Druckminderer

   (26) durchgeschaltet wird, sobald an seinem zweiten Eingang (25b) Atemgas aus dem NEIN-Glied ansteht, .so daß, wenn das aus dem NEIN-Glied und den beiden Flußreglern strömende Atemgas die Gasaufnahme füllt, jdas Atemgas dem zweiten Eingang des ersten NEIN-Gliedes zugeleitet wird, und dieses den Zustrom von Atemgas an seinem ersten Eingang (18a) unterbricht,

   *
9. 9. HFO-Ventilator für die künstliche Beatmung bestehend aus

   einem pneumatischen System ^gekennzeichnet durch

   (a) ein mit einer Druckgasquelle (1) für Atemgas verbundenes Ventil, :

   (b) eine mit dem Ventil verbundene Taktschaltung (20, .21, .22) die auf eine vorbestimmte Menge des durch das erste Ventil strömenden Atemgas anspricht und an das erste Ventil ein Signal mit vorbestimmter hoher Frequenz zwecks Umschaltung des Gasflusses durch das erste Ventil leitet, j

   (c) ein zweites direkt mit der Druckgasquelle (1) und dem ersten Ventil verbundenes Ventil, so daß das zweite Ventil den Gasfluß aus der Druckgasquelle in Abhängigkeit von der das erste Ventil durchströmenden Gasmenge umschaltet.

   * durch ein Beatmungsgerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, :

   -βίο. HFO-Ventilator nach Anspruch :9_f dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische System des Ventilators ein das erste Ventil bildendes NEIN-Glied (18) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang (18:a, 18b bzw. 18c) aufweist, ferner ein das zweite Ventil bildendes JA-Glied (33:), mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang, zwei Flußregler (21, .22) und eine Gasaufnahme (20) mit veränderbarer Füllmenge, .wobei die Flußregler und die Gasaufnahme die Taktschaltung bilden, daß die Druckgasquelle (1) mit dem ersten Eingang des NEIN-Gliedes (18a) und dem ersten Eingang (33a) des JA-Gliedes verbunden ist, während der Ausgang des NEIN-Gliedes (18c) mit dem zweiten Eingang des JA-Gliedes (33b) über eine Zuleitung (36) verbunden ist, j daß die Gasaufnahme (20) und die beiden Flußregler (21, .22) zwischen dem zweiten Eingang des NEIN-Gliedes und der Zuleitung in Reihe geschaltet sind, so daß das JA-Glied das an seinem ersten Eingang anstehende Atemgas in das Patientensystem (2) leitet, :sobald das Atemgas über das NEIN-Glied zum zweiten Eingang des JA-Gliedes gelangt, .und daß das über das NEIN-Glied und die Flußregler strömende Atemgas die Gasaufnahme (20) füllt, während das (übrige) Atemgas dem zweiten Eingang des NEIN-Gliedes zuströmt, .so daß das NEIN-Glied, den Durchfluß des an seinem ersten Eingang anstehenden Atemgases sperrt.

   11. HFO-Ventilator nach Anspruch :9, dadurch gekennzeichnet, .daß das erste Ventil im pneumatischen System aus einem ersten NEIN-Glied (18) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang besteht, und das zweite Ventil aus einem zweiten NEIN-Glied (24) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang, daß zwei Flußregler (21, j22) und eine Gasaufnahme (20) mit variabler Füllmenge vorgesehen sind, die zusammen eine Taktschaltung darstellen, daß die Druckgasquelle (1) mit dem ersten Eingang des ersten NEIN-

   Gliedes (18a) und dem ersten Eingang des zweiten NEIN-Gliedes .(24a) verbunden ist, .während der Ausgang des ersten NEIN-Gliedes (18c) mit dem zweiten Eingang (24b) des zweiten NEIN-Gliedes über eine Leitung (3:4, .36) verbunden is:t, daß die beiden Flußregler und die Gasaufnahme zwischen dem zweiten Eingang (18b) des ersten NEIN-Gliedes und der Leitung hintereinandergeschaltet sind, derart, Jdaß das zweite NEIN-Glied (24) das an seinem ersten Eingang anstehende Atemgas dem Patientensystem (2) zuführt, sobald vom ersten NEIN-Glied an seinen zweiten Eincrang (24b) kein Atemgas zuströmt und daß nach dem Füllen der Gasaufnahme durch das über das erste NEIN-Glied und die Flußregler zuströmende Atemgas, dieses dem zweiten Eingang des ersten NEIN-Gliedes zugeführt wird, und der Durchfluß von Atemgas am ersten Eingang (18c) gesperrt wird.

   12. HFO-Ventilator nach Anspruch :9, dadurch gekennzeichnet, .daß das erste Ventil im pneumatischen System aus einem NEIN-Glied mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang besteht, daß ein Umschalter (25) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang das zweite Ventil bildet, .daß zwei Flußregler, eine Gasaufnahme (20) mit variabler Füllmenge und ein Druckminderer (26) vorgesehen sind, daß die Flußregler und die Gasaufnahme eine Taktschaltung bilden, daß die Druckgasquelle (10) mit dem ersten Eingang des NEIN-Gliedes und dem ersten Eingang des Umschalters (25) verbunden ist, .während der Ausgang des NEIN-Gliedes mit dem zweiten Eingang des Umschalters über eine Leitung verbunden ist, daß die Gasaufnahme und Flußregler zwischen dem zweiten Eingang des NEIN-Gliedes und der Zuleitung hintereinander geschaltet sind, daß der Druckminderer zwischen dem zweiten ausgang des Umschalters und dem Patientensystem (2) vorgesehen ist, daß der erste Ausgang des Umschalters mit dem Patientensystem verbunden ist, derart, .daß er das an seinen ersten Eingang gelangende Gas in das Patientensystem leitet, .'sofern vom NEIN-Glied kein

   Gas zu seinem zweiten Eingang fließt, und daß vom NEIN-Glied an seinen zweiten Eingang fließendes Gas die Umschaltung des Gasstromes am ersten Eingang zum Druckminderer bewirkt, .und daß nach dem Füllen der Gasaufnahme durch das vom NEIN-Glied und den Flußreglern zuströmende
   Gas dieses zum zweiten Eingang des ersten NEIN-Gliedes gelangt, .wodurch das NEIN-Glied den Durchfluß von Atemgas an seinem ersten Eingang sperrt.