DE3624643A1 - Beatmungsgeraet und verfahren zu seinem betreiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Beatmungsgerät, zu­ mindest bestehend aus einer Atemluftquelle, einem Inspira­ tionsschlauch, einem Patientenanschlußstück, einem Expira­ tionsschlauch und einem, insbesondere stromab des Patienten angeordneten, einen Überdruck erzeugenden, einen insbesondere kreisförmigen, Ventilsitz und einen Schließkörper insbesondere mit kreisförmiger Dichtfläche, aufweisenden PEEP-Ventil sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Beatmungsgerätes.

Die verschiedenen Beatmungstechniken sind unter anderem aus dem Aufsatz "Ein zeitgerechtes Konzept der Beatmung", Teil 1 und Teil 2, aus der Zeitschrift Anästhesiologie und Intensiv­ medizin 25 (1984) 386 bis 392 und 419 bis 425 ausführlich be­ schrieben. Die PEEP-Ventile haben die Aufgabe einen positiven, d. h. einen Überdruck im Beatmungssystem, insbesondere am Pa­ tientenanschlußstück sicherzustellen. Dieser Überdruck kann während des gesamten Atemzyklus oder während einer Teilphase des Atemzyklus, insbesondere während der Expiration aufrecht­ erhalten werden. Außer der Überdruckerzeugung kann auch eine Überdrucklimitierung erreicht werden. Das Anwendungsgebiet um­ faßt alle medizinischen und medizinisch therapeutischen Atem­ geräte sowohl für Erwachsene als auch für Kinder und sogar für Säuglinge. Derartige PEEP-Ventile können sowohl für die Ein­ stellung des inspiratorischen als auch für die Einstellug des expiratorischen Druckes verwendet werden.

Als PEEP-Ventile sind einerseits sogenannte Wasserschlösser und andererseits Ventile der gattungsgemäßen Art bekannt; bei letzteren wird die Schließkraft durch eine Feder oder durch einen pneumatischen Gegendruck auf den Schließkörper bereitge­ stellt.

Die Nachteile des Wasserschlosses, insbesondere sein hoher Platzbedarf, die schnelle Kontamination des Wassers durch Ex­ spirationsluft und das Intensivmilieu sowie seine besonders hohe Geräuschentwicklung durch aufsteigende Luftblasen, sind durch die gattungsgemäßen PEEP-Ventile in gewissem Umfang bereits ausgeräumt worden.

Bei gattungsgemäßen PEEP-Ventilen, bei denen der Gegendruck von einer Feder aufgebracht wird, kann der in gewissem Umfang gewünschte Vibrationseffekt des Ventiles nur bei relativ hohen Flow-Raten unter Inkaufnahme hoher Geräuschentwicklung er­ reicht werden; dabei können auch nichtmehr kontrollierbare Resonanzschwingungen auftreten, die für den Patienten sogar schädlich sind. Schließlich kann bei diesen bekannten PEEPVen­ tilen der erzeugte Überdruck nicht hinreichend gut begrenzt werden, weil bei hohen Flow-Raten, z.B. bei einem Hustenstoß, die Schließkraft durch Kompression der Feder erhöht wird.

Pneumatisch gesteuerte PEEP-Ventile weisen die vorgenannten Nachteile - zumindest teilweise - ebenfalls auf und erfordern im übrigen einen relativ hohen instrumentellen und reglungs­ technischen Aufwand; für die Aufrechterhaltung eines permanen­ ten Überdruckes sind sie praktisch nicht geeignet.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Beatmungsgerät sowie ein Verfahren zum Betrei­ ben desselben zu schaffen, das die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist und bei einfachem Aufbau und besonders geringer Geräuschentwicklung sowohl in hygienischer als auch in beat­ mungstechnischer Hinsicht besonders günstig ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Beatmungsgerät der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schließkörper ein von dem Ventilsitz durch den Atem­ luftstrom vertikal anhebbarer Schwebekörper ist, wobei die den Überdruck erzeugende Schließkraft des Schwebekörpers aus­ schließlich aus der Gewichtskraft des Schwebekörpers resul­ tiert. Die Aufgabe wird hinsichtlich eines Verfahrens zum Be­ treiben eines erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes dadurch ge­ löst, daß der Druckverlauf während der Atemzyklen am Patien­ tenanschlußstück durch Variieren der Strömungsrate der Inspi­ rationsluft eingestellt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, die insbesondere eine einfache und exakte Einstellbarkeit des zu erzeugenden Überdruckes als auch eine vorteilhafte Bewegungs­ charakteristik des Schließkörpers im PEEP-Ventil gewährlei­ sten, sind in weiteren Ansprüchen enthalten.

Die vorgenannten, erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile bzw. Verfahrensschritte unterliegen in ihrer Größe, Formge­ staltung, Materialauswahl ung technischen Konzeption bzw. Ver­ fahrensbedingungen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahl­ kriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungs­ form eines Beatmungsgerätes dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1. ein Beatmungsgerät in schematischer Darstellung sowie

Fig. 2 das PEEP-Ventil aus Fig. 1 im Vertikalschnitt.

Das Beatmungsgerät besteht aus einer ansich bekannten Atem­ luftquelle 1 mit einem Ventil 2 zur Einstellung der gewün­ schten Flow-Rate, einem Inspirationsschlauch 3, einem Patien­ tenanschlußstück 4, in der Regel einem Y- oder einem T-Stück, einem Expirationsschlauch 5 und einem einen Überdruck erzeu­ genden, eine kreisförmigen Ventilsitz 6 und einen Schließkör­ per 7 mit kreisförmiger Dichtfläche 8 aufweisenden PEEP-Ventil 9. Dabei ist der Schließkörper 7 ein von dem Ventilsitz 6 durch den Atemluftstrom 10 vertikal anhebbarer Schwebekörper, dessen Schließkraft ausschließlich aus seiner Gewichtskraft resultiert.

Der Schließkörper (Schwebekörper) 7 ist bevorzugt eine in Fig. 2 dargestellte Kugel. Diese Kugel ist hohl oder gefüllt und weist aufgrund des verwendeten oder der mehreren verwende­ ten Materialien eine vorgebbare Gesamtdichte auf. Das die Dichte i. w. bestimmende Kernmaterial 11 kann in eine Umhüllung 12 eingegossen oder mit der Umhüllung beschichtet sein. Durch die Kugelgestalt des Schwebekörpers fungiert seine gesamte äußere Oberfläche als Dichtfläche 8.

Ein oberhalb des Ventilsitzes 6 angeordneter, z. B. aus sich vertikal erstreckenden Stäben 13 und ggf. einer Haube bestehen­ der Fangkäfig 15 für den Schwebekörper 7 verhindert ein unbe­ absichtigtes völliges Entfernen des Schwebekörpers 7 von der sich bevorzugt horizontal erstreckenden Mündungsfläche der mit dem PEEP-Ventil versehenen Atemluftleitung 16. Der Fangkäfig 15 ist bevorzugt abnehmbar, so daß der Schwebekörper 7 gegen andere Schwebekörper zwecks Einstellung eines bestimmten maxi­ malen Überdruckes austauschbar ist. Da der maximale Überdruck ausschließlich gravitationsbestimmt ist, können die gegenein­ ander austauschbaren Schwebekörper verschieden groß und ver­ schieden schwer sein, insbesondere alle aus der gleichen Ma­ terial gefertigt sein. Bevorzugt weisen die verschiedenen Schwebekörper aber identische Abmessungen, jedoch verschiedene Dichten auf, wodurch die Strömungsverhältnisse zwischen Ven­ tilsitz und Schwebekörper konstant gehalten werden. Sofern der Schwebekörper eine starre Umhüllung 12 aufweist, können die verschiedenen Schwebekörper entweder mit Materialien unter­ schiedlicher Dichte völlig ausgefüllt sein oder mit verschie­ denen Mengen eines bestimmten Materials mehr oder weniger stark teilgefüllt sein.

Die Dichtfläche 17 des Ventilsitzes 6 weist bevorzugt eine im querschnitt konvexe Krümmung auf, so daß sich die Dichtfläche auf ein außerordentlich schmales umlaufendes Band reduziert, dessen Breite im Idealfall annähernd null ist.

Die Verwendung von elastischem Material zumindest im Bereich der Dichtfläche 17 des Ventilsitzes 6 ermöglicht ein hochfre­ quentes, für den Patienten günstiges, aber keinesfalls schäd­ liches Vibrieren des Schwebekörpers 7. Bevorzugt wird der Ven­ tilsitz 6 und seine Dichtfläche 17 von einer O-Ring-Dichtung 14 gebildet.

Das in der Zeichnung dargestellte Beatmungsgerät hat sich in umfangreichen klinischen Tests im Intensivbereich bewährt, wo­ bei wahlweise auch ansich bekannte Atemluftbefeuchter 18, elastische Atemluftreservoire 19, Lufterwärmer und dergleichen in üblicher Anordnung mit eingesetzt wurden.

Bei einer praktischen Ausführungsform werden Atemluftleitungen mit einem Innendurchmesser von 22 mm verwendet, der auch im Bereich des Ventilsitzes erhalten bleibt, um die Luftstömung weitgehend laminar zu halten. Als Schwebekörper wurden Kugeln mit einem Durchmesser von 37,5 mm mit starrer Umhüllung aus leicht desinfizierbaren bzw. sterilisierbarem Kunststoff ver­ wendet. Je nach verwendetem Füllmaterial können Kugelgewichte von über 300 g erreicht werden. Bei den gegebenen Quer­ schnittsverhältnissen reichen aber Kugelgewichte bis etwa 116 g aus, denn für die Erzeugung eines maximalen Überdruckes von 1 mbar ist im vorliegenden Beispiel ein Gewicht des Schwebe­ körpers von nur 3,877 g erforderlich und höhere Uberdrücke als 30 mbar, die ein Kugelgewicht von 116 g erfordern, sind in der Regel nicht erforderlich. Das Verhältnis des freien Durchmes­ sers des Ventilsitzes zum Durchmesser eines kugelförmigen Schwebekörpers sollte deutlich kleiner als eins sein, vor­ zugsweise 1/3 bis 2/3 betragen.

Für den Betrieb des erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes wird der von dem PEEP-Ventil zu erzeugende maximale Überdruck nach denn bekannten Kriterien bestimmt. Dementsprechend wird ein dem ausgewählten Überdruck entsprechender Schwebekörper in das erfindungsgemäße PEEP-Ventil eingesetzt. Der dadurch festge­ legte maximale Überdruck kann auf dem Schwebekörper durch Zah­ lenangaben oder eine farbliche Kennzeichnung angegeben sein.

Der Druckverlauf am Patientenanschlußstück variiert naturgemäß während jedes Atemzyklus. Das dabei erreichte minimale Druck­ niveau wird durch Variieren der Strömungsrate der Inspira­ tionsluft eingestellt. Wenn am Patientenanschlußstück ein Un­ terdruck vermieden werden soll, ist eine deutlich höhere Ins­ piratinsluft-Strömungsrate erforderlich als sie dem sogenann­ ten Atemminutenvolumen des Patienten entspricht. Es wurde ge­ funden, daß das Verhältnis auf der Grundlage eines mittleren Atemzugvolumens von 7 ml pro Kilogramm Patientengewicht 4,0 bis 4,5, vorzugsweise 4,28 betragen sollte. Dann werden ei­ nerseits Unterdrücke im Beatmungssystem und andererseits ein übermäßiger Inspirationsluftverbrauch vermieden.

Bevorzugt besteht das den Ventilsitz 6 tragende Ende der Atem­ luftleitung aus einem abgewinkelten Rohrstück, auf dessen von dem Ventil abgewandten Seite ein flexibler Exspirations­ schlauch aufschiebbar ist. Ein solches Winkelstück weist auch eine Bohrung 20 zum Anschluß eines Exspirationsdruckmanometers auf. Der vertikale Schenkel dieses Winkelstücks ist bevorzugt von unten durch ein Haltestück 21 geschoben, welches z. B. für die Befestigung an einer senkrechten Wand vorgesehen ist, und in welches der Fangkäfig 15 einsetzbar, insbesondere von oben einsteckbar ist. Das ventilseitige Ende dieses Winkelstücks weist ein Außengewinde 22 auf, auf das eine den Ventilsitz 6 mit dem O-Ring 14 tragende Überwurfmutter 23 derart auf­ schraubbar ist, daß damit gleichzeitig die Festlegung am Haltestück 21 erfolgt.

• Bezugszeichenliste:  1 Atemluftquelle
   2 Ventil
   3 Inspirationsschlauch
   4 Patientenanschlußstück
   5 Exspirationsschlauch
   6 Ventilsitz
   7 Schließkörper/Schwebekörper
   8 Dichtfläche
   9 PEEP-Ventil
  10 Atemluftstrom
  11 Kernmaterial
  12 Umhüllung
  13 Stäbe
  14 O-Ring-Dichtung
  15 Fangkäfig
  16 Atemluftleitung
  17 Dichtfläche
  18 Atemluftbefeuchter
  19 Atemluftreservoir
  20 Bohrung
  21 Haltestück
  22 Außengewinde
  23 Überwurfmutter

Claims (10)

1. Beatmungsgerät, zumindest bestehend aus einer Atemluft­ quelle (1), einem Inspirationsschlauch (3), einem Patien­ tenanschlußstück (4), einem Exspirationsschlauch (5) und einem einen Überdruck erzeugenden, einen Ventilsitz (6) und einen Schließkörper aufweisenden PEEP-Ventil (9) dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper ein von dem Ventilsitz (6) durch den Atemluftstrom (10) vertikal anhebbarer Schwebekörper (7) ist, wobei die den Überdruck erzeugende Schließkraft des Schwebekörpers (7) ausschließlich aus der Gewichtskraft des Schwebekörpers resultiert.

2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebekörper (7) eine Kugel ist.

3. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilsitz (6) zumindest im Bereich der Dichtfläche (17) eine im Querschnitt konvexe Krümmung auf­ weist.

4. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (6) zumindest im Be­ reich der Dichtfläche (17) aus einem elastischen Material besteht.

5. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet das der Ventilsitz (6) von einer O-Ring- Dichtung gebildet ist.

6. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (6) das Mündungsende einer Atemluftleitung (16) bildet.

7. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch einen oberhalb des Ventilsitzes (6) ange­ ordneten Fangkäfig (15) für den Schwebekörper (7).

8. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebekörper (7) gegen verschie­ den große und verschieden schwere Schwebekörper austausch­ bar ist.

9. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebekörper (7) gegen Schwebe­ körper mit identischen Abmessungen und verschiedener Ge­ samtdichte austauschbar ist.

10. Verfahren zum Betreiben eines Beatmungsgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlauf während der Atemzyklen am Patientenan­ schlußstück durch Variieren der Strömungsrate der Inspira­ tionsluft eingestellt wird.