DE3882126T2

DE3882126T2 - Künstliches Beatmungsgerät.

Info

Publication number: DE3882126T2
Application number: DE88119433T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Noguchi; Kazuhiko Yagata
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1988-03-01
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2008-11-23
Also published as: JPH0356060B2; AU2579288A; US4982735A; AU621843B2; JPH01223966A; EP0330740A2; CA1294841C; EP0330740A3; EP0330740B1; DE3882126D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beatmungshilfe für an verschiedenen Arten von Atmungsschwäche bzw. -versagen leidende Patienten.
Ein Unterdrucktyp-Beatmungsgerät (für künstliche Beatmung), welches die physiologische Unterdruck-Atmung unterstützt, ist für an chronischer Atmungsschwäche, wie Lungenbindegewebsentzündung (fibris), Lungenemphysem, Sekundärerkrankung nach Lungentuberkulose usw., leidende Patienten sowie Patienten mit Neuromyopathiekrankheit o. dgl. nützlich.
Ein extraabdominothorakales künstliches Unterdruckbeatmungsgerät oder die sog. Eiserne Lunge wurde 1927 von Drinker entwickelt; dabei wird ein Atmungsschwächepatient in die Kuppel oder Glocke gelegt, in deren Innerem dann ein Unterdruck eingestellt wird, um den Brustkorb zu erweitern, die Lunge aufzublähen und die Atmung zu unterstützen. Die Eiserne Lunge ist jedoch voluminös, schwer, unbeweglich und ineffizient. In den fünfziger Jahren wurde vorwiegend ein künstliches Überdruck-Beatmungsgerät, bei dem Sauerstoff über einen in die Luftröhre eingeführten Schlauch zugeführt wird, eingesetzt, so daß die Eiserne Lunge kaum noch benutzt wurde.
In den dreißiger Jahren wurde ein anderes Verfahren, ebenfalls zum Aufweiten des Brustkorbs zwecks Unterstützung der Atmung, erprobt, indem die Glocke nur am Brust/Bauchbereich angebracht wurde. Bei verschiedenen Patienten, deren Haltungen oder Körperformen voneinander verschieden sind, war es jedoch schwierig, den unteren Umfangsbereich der Glocke luftdicht anzulegen. Die Wirksamkeit dieses Geräts war derjenigen einer Eisernen Lunge unterlegen.
In neuerer Zeit wurde Aufmerksamkeit einigen Nachteilen eines künstlichen Überdruck-Beatmungsgeräts speziell bei an chronischer Atmungsschwäche leidenden Patienten gewidmet. Solche Patienten sind nämlich bei klarem Bewußtsein, so daß sie bei der endotrachealen Intubation, die beim künstlichen Überdruck-Beatmungsgerät angewandt wird, Schmerz empfinden. Außerdem vermögen sie weder Nahrung aufzunehmen noch Gespräche zu führen. Nachteilig ist weiterhin, daß die Lunge durch den Überdruck geschädigt werden kann, Infektionskrankheiten über die Luftröhre eingeführt werden können usw. Ferner besteht dabei auch ein Problem, daß der Patient, weil er sich lange Zeit auf das künstliche Beatmungsgerät verlassen hat, auf dieses nach der Gesundung nicht verzichten kann, oder die Zahl der Atmungsunterstützungen über einen langen Zeitraum hinweg allmählich herabgesetzt werden muß.
Vor dem obigen Hintergrund hat das künstliche Unterdruck- Beatmungsgerät in den achtziger Jahren eine günstige Wendung erfahren. Es wurde ein extraabdominothorakales künstliches Unterdruck-Beatmungsgerät entwickelt, dessen Glocke aus einem leichten Werkstoff hergestellt ist und am Patientenkörper angebracht werden kann (vgl. z. B. "Respiratory Care", 27(3), S. 217-275, 1982; "Clinical Thoraic Surgey", 4(2), S. 153-157, 1984; "Respiration and Circulation", 34(4), S. 407-411, 1986). Die in den obigen Artikeln beschriebenen Beatmungsgeräte sind jedoch ausgelegt zur mechanischen Unterstützung der Atmung durch Anwendung eines konstanten Atmungszeittakts. Der konstante Zeittakt kann jedoch in Nichtübereinstimmung mit dem von einem Patienten gewünschten Takt stehen, so daß sich ein sog. Widerstreitzustand ergibt, durch den die Empfindung des Patienten verletzt wird.
Zudem ist für ein künstliches Unterdruck-Beatmungsgerät auch ein Verfahren zur Atmungsunterstützung in Übereinstimmung mit der spontanen Atmung des Patienten entwickelt worden, z. B. durch Abgreifen von Druck- und Temperaturänderungen, die durch die Atmung verursacht werden, im Bereich der Nasenöffnungen des Patienten (vgl. "New Eng. J. of Med.", 268, 61, 1963; (JP-OS)JP-A-x61-176348; "Respiration", 6(3), 254, 1987). Diese Atmungsunterstützung folgt jedoch nicht immer den eigentlichen physiologischen Absichten des Patienten und ist bisher in der Praxis nicht angewandt worden.
Das Verfahren der Unterstützung der Atmung entsprechend einem in einem herkömmlichen Beatmungsgerät vorgegebenen Atemrhythmus ist dennoch aus den folgenden Gründen nicht unnötig: Für Patienten mit schwacher Atmung, bei denen die Aus- und Einatmungszeitpunkte schwierig abzugreifen sind, etwa Patienten mit Neuromyophatiekrankheit wie myotonischer Dystrophie, und für Patienten unter Apnoe ist es erforderlich, mechanische Atmungsunterstützung nach Maßgabe des durch das Beatmungsgerät vorgegebenen Atemrhythmus auszuführen. Weiterhin ist es für Patienten, deren spontane Atmung schwach wird oder die infolge einer plötzlichen Änderung ihres Gesundheitszustands in Apnoe fallen, erforderlich, augenblicklich die Atmungsunterstützung nach dem durch das Beatmungsgerät vorgegebenen Atemrhythmus zu ändern.

ABRISS DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf dem Gebiet eines künstlichen abdominalthorakalen Unterdruck- Beatmungsgeräts, das herkömmlicherweise nicht mit einem Atmungstakt eines Patienten in Synchronisation gebracht werden kann, ein künstliches Unterdruck-Beatmungsgerät zu schaffen, das durch Abgreifen oder Erfassen der Atmung des Patienten eine physiologische Atmungsanpassung an die physiologische Intention eines Patienten zu unterstützen vermag.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt das künstliche Beatmungsgerät (bzw. Gerät für künstliche Beatmung) eine aus einem harten Werkstoff hergestellte Glokke mit einer an ihrem Scheitelpunkt vorgesehenen Öffnung für Verbindung mit einer Luftleitung und einem an ihrem unteren Umfangs-Rand vorgesehenen Anschluß aus einem elastischen Werkstoff, ein mit der Luftleitung verbindbares Gebläse zum Absaugen von Luft aus der Glocke, eine Luftansaugleitung und eine Luftablaßleitung, welche die Glocke und das Gebläse miteinander zu verbinden vermögen, einen an bzw. in einem Ablaß(rohr)leitungssystem montierten Unterdruckregler, einen an bzw. in einem Ansaug(rohr)leitungssystem montierten Überdruckregler, einen Drucksensor zum Messen eines in der Glocke herrschenden Drucks, ein Ablaßventil und ein Ansaugventil zum Steuern von Luftablassung und -ansaugung, ein Entlastungsventil zum Entlasten eines Unter- oder Überdrucks auf Atmosphärenluft(druck), ein Überbrükkungsventil zum Umleiten der Luft, wenn das Luftablaßventil oder das Luftansaugventil geschlossen ist, eine Ventilumschaltvorrichtung zum Steuern des Öffnens und Schließens des Luftablaßventils, des Luftansaugventils, des Entlastungsventils und des Überbrückungsventils sowie ein Atmungsdetektionssystem, umfassend einen Atmungssensor mit einem pyroelektrischen Element, das an einem Durchgang für Atmungsluft oder nahe der Nasenöffnungen eines Patienten montiert ist und zum Erfassen einer Temperaturänderungsgeschwindigkeit bzw. -größe am Durchgang oder nahe der Nasenöffnungen dient, und einer Atmungsdetektorschaltung zum Vergleichen eines vom pyroelektrischen Element gelieferten Temperaturänderungsgrößensignals mit einem an einem variablen oder Regelwiderstand vorgegebenen Schwellenwert, Erfassen von Startzeitpunkten des Ein- und Ausatmens (von Luft) in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis und Ausgeben eines Zeittaktsignals, wobei das Atmungsdetektionssystem damit die Ventilumschaltvorrichtung (an)steuert. Das künstliche Beatmungsgerät ist ferner mit anderen Systemfunktionen einer Zwangsbeatmung mittels eines Zeitgebers, intermittierender Tiefbeatmungsvorgänge, Synchronisation nur mit den Zeitpunkten oder -takten der eingeatmeten Luft, Verringerung der Frequenz oder Häufigkeit der Atmungsunterstützungen nach Entfernung des künstlichen Beatmungsgeräts, Stützung oder Hilfe unter Apnoe und dgl. versehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Leitungssystems zum Ansaugen und Ablassen von Luft in bzw. aus eine(r) Glocke des künstlichen Beatmungsgeräts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Änderung des Drucks in der Glocke relativ zur Atmung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Ausgangswellenform von dem bei dieser Erfindung verwendeten Atmungssensor und eines Triggerzustands bei konstanten Schwellenwertpegeln,
Fig. 4 ein Schaltbild des Atmungssensors,
Fig. 5 ein Blockschaltbild des Atmungsdetektorsystems,
Fig. 6A bis 6C Ablaufdiagramme zur Darstellung des Ventilsteuerprogramms, das ein (den Atemsensor verwendendes) Atmungssynchronisier-Stützsystem und ein Atmungsunterstützungsfrequenz-Regelsystem umfaßt, und
Fig. 7A, 7B und 7C eine Draufsicht, eine Querschnitt- Seitenansicht bzw. eine unterseitige Ansicht der Ausgestaltung des Atmungssensors.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine bei dieser Erfindung verwendete Glocke besitzt eine in Fig. 1 gezeigte äußere Form und ist allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Die Glocke wird so benutzt, daß sie wie ein Küraß an der Brustwand (am Brustkorb) eines Patienten angebracht und ihr Inneres unter einen negativen Druck, d. h. Unterdruck gesetzt wird, um den Brustkorb des Patienten zu weiten. Aus diesem Grund muß die Glocke eine solche Größe und Form aufweisen, daß sie zumindest den Präkordialbezirk zu bedecken vermag. Vorzugsweise sind Größe und Form so, daß das Abdomen und die Seiten des abdominalthorakalen Bezirks bedeckt werden können. Das Material der Glocke unterliegt keinen besonderen Einschränkungen,sofern es im praktischen Gebrauch unter der Einwirkung eines Unter- oder Überdrucks hart und nichtverformbar ist. Das Material besitzt jedoch vorzugsweise hohe Festigkeit und vergleichsweise niedriges Gewicht; entsprechende Materialien sind: Leichtmetall, wie Aluminiumlegierung; laminierte Formteile oder verstärkte Kunststoffe (FRP) aus thermoplastischen Stoffen, wie hartes Vinylchloridharz, Methacrylsäureharz, Polycarbonatharz und Polyamidharz, oder aus wärmehärtenden Kunststoffen, wie Phenolharz, Epoxyharz und Harz aus ungesättigtem Polyester; sowie mit Kohlefasern verstärkte Kunststoffe (CFRP).
Der untere Umfangsrand der Glocke ist mit einem elastischen Material 2 zur festen Anlage an die Körperoberfläche eines Patienten und zur Verhinderung eines Luftaustritts aus der Glocke versehen. Bei dem elastischen Material 2 handelt es sich bevorzugt um Natur- oder Kunstgummi bzw. -kautschuk, verschiedene Elastomere oder deren Schaumstoffe, abgeleitet von Styrol, Olefin, Polyester, Polyurethan, Polybutadien o. dgl. Bei Verwendung eines Schaumstoffs (aufgeschäumten Materials) wird dessen Oberfläche vorzugsweise mit einem weichen Harz, wie Urethanharz, beschichtet. Ein aus den obengenannten verschiedenen Elastomeren gefertigter Schlauch kann als elastisches Material 2 benutzt werden. Der Schlauch kann mit einem hochviskosen Fluid wie flüssiges Paraffin, Ethylenglykol o. dgl., einem Schaumstoff wie Urethanschwamm o. dgl., aufgeschäumten Perlen aus z. B. Polystyrol, Polyethylen o. dgl. gefüllt sein. Wenn aufgeschäumte Perlen (Kügelchen) eingefüllt sind, wird vorteilhafterweise die Luft aus dem Schlauch abgesaugt, weil dabei die Perlen im Schlauch gegeneinander gedrängt werden und damit eine spezifische Außenform des Schlauches beizubehalten vermögen und sich der untere Rand besser an die Körperform des Patienten anpassen läßt.
Für die Durchführung der künstlichen Beatmung mittels Unter- und Überdruck in der Glocke 1 gemäß dieser Erfindung ist die Luftleitung 3 an die Öffnung im Scheitelpunkt der Glocke 1 angeschlossen, um mittels des Gebläses 4 Luft in die Glocke 1 einzuführen und aus ihr abzuführen. Das bei dieser Erfindung verwendete Gebläse 4 unterliegt keiner besonderen Einschränkung, es ist jedoch eine Luftvolumenverdrängung in der Größenordnung von 0,2 - 2,0 m³/min nötig, um im Inneren der Glocke 1 schnell einen Unterdruck erzeugen zu können.
Zum Heben des Brustkorbs mittels eines Unterdrucks und zur Unterstützung der Atmung muß der Innendruck der Glocke 1 auf bis zu -10 bis -50 mmHg oder vorzugsweise bis zu -10 bis -20 mm Hg herab reduzierbar sein. Ein übermäßiger Unterdruck bedingt ein Unwohlgefühl für den Patienten. Aus diesem Grund ist im Luftablaßleitungssystem 11 ein Unterdruckregler 13 zur Einstellung des Drucks bei Messung des Glocken- Innendrucks mittels des Drucksensors angeordnet, so daß damit der Glocken-Innendruck innerhalb des obengenannten Bereichs gehalten wird.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß nicht nur durch Einstellung eines Unterdrucks in der Glocke der Brustkorb geweitet wird, während der Patient Luft einatmet, sondern erforderlichenfalls auch der Brustkorb niedergedrückt wird, indem während des Luft-Ausatmens des Patienten der Innendruck der Glocke etwas höher als der Atmosphärendruck eingestellt wird. Im letzteren Fall ist es auch nötig, die Zeitpunkte oder -takte der Anlegung eines Überdrucks sowie Dauer, Stärke bzw. Größe und dgl. desselben zu steuern. Zur Vermeidung eines übermäßigen Überdrucks ist der Überdruckregler 17 im Luftansaugleitungssystem 15 angeordnet, um den Druck innerhalb der Glocke 1 zu regeln.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird der Glocken-Innendruck nach Beginn des Einatmens des Patienten schnell auf einen vorbestimmten Unterdruckwert gebracht und dieser während der Einatmungsphase aufrechterhalten, während der Druck dann gleichzeitig mit dem Beginn des Ausatmens auf den Atmosphärendruck entlastet wird. Wenn ein Überdruck angelegt werden soll, erreicht der Glocken-Innendruck einen vorbestimmten Überdruck nach einer vorbestimmten Zeit ab dem Beginn des Einatmens, und der Überdruck wird für eine vorbestimmte Zeitspanne aufrechterhalten und danach auf Atmosphärendruck entlastet bzw. gesenkt, so daß zu Beginn des nächsten Einatmens ein Zyklus abgeschlossen ist.
Eine Änderung des Glocken-Innendrucks wird mittels eines Drucksensors oder Manometers gemessen, so daß ein Luftaustritt am unteren Rand der Glocke oder eine für eine bestimmte Krankheit zweckmäßige Änderung des Glocken-Innendrucks feststellbar ist. Ersichtlicherweise kann das Druckänderungsmuster in Analogsignalen ausgegeben oder in Digitalsignalen wiedergegeben werden.
Im folgenden ist das Abgreifen der Ein- und Ausatmungszeitpunkte beschrieben. Eine Synchronisation mit der Atmung des Patienten, als Hauptmerkmal dieser Erfindung, wird durch richtiges Abgreifen der Ein- und Ausatmungsstartzeitpunkte erreicht. Eine Abweichung auch von nur 0,1 s vom echten Ein- und Ausatmungspunkt bedeutet eine unangenehme Empfindung für den Patienten bei verlorengegangener Synchronisation. In manchen Fällen wird dann eine effektive Atmungsunterstützung nicht mehr möglich. Die Atmungssynchronisation ist daher eine wichtige Funktion dieser Erfindung.
Die Erfassung der Atmung des Patienten erfolgte bisher mittels eines Temperaturmeßelements, eines Druckmeßelements, eines Brustimpedanzmeßelements o. dgl. Insbesondere bei einem künstlichen Überdruck-Beatmungsgerät unter Verwendung eines geschlossenen Kreislaufs ist es möglich, durch Erfassen oder Messen eines Drucks innerhalb des geschlossenen Kreislaufs in einfacher Weise die Atmung des Patienten zu synchronisieren. Im Fall eines künstlichen Unterdruck- Beatmungsgeräts, wie im Fall der vorliegenden Erfindung, ist es andererseits nicht nötig, einen Schlauch in die Luftröhre des Patienten einzuführen, so daß die Atemwege des Patienten zur Atmosphärenluft hin offen bleiben. Die Erfassung der Atmung des Patienten bei einem solchen offenen System erfolgte (bisher) durch Messung einer Temperatur- und Druckänderung in der Nähe der Nasenöffnungen oder durch Messung der Brustimpedanz, die sich mit der Bewegung der Brust(korb)wand ändert. Eine solche Methode ist bei einem Säuglingsmonitor, welcher die Atmungsfrequenz überwacht und einen Atemstillstand meldet, oder auch bei anderen Geräten angewandt worden.
Obgleich die oben beschriebenen herkömmlichen Atmungsdetektionsverfahren für das Erfassen des Vorhandenseins oder Fehlens von Atmung geeignet sind, sind sie insofern unzureichend, als damit die Anfangszeitpunkte des Ein- und Ausatmens nicht genau festgestellt werden können.
Die Erfinder haben berücksichtigt, daß ein pyroelektrisches Element eine einer Temperaturänderungsgeschwindigkeit oder -größe proportionale elektromotorische Kraft erzeugt. Die Erfinder haben einen neuen Atmungssensor zum Erfassen der Anfangszeitpunkte des Ein- und Ausatmens, speziell bei großer Temperaturänderung, entwickelt; dieser Sensor ist in (JP-OS) JP-A-61-175496 offenbart.
Ein pyroelektrisches Element ändert die Größe der spontanen Polarisierung (oder Polung) seiner Ferroelektrika mit einer Temperaturänderung, wobei sich seine Oberflächenladung entsprechend ändert. Wenn auf ein pyroelektrisches Element eine externe Last oder Belastung ausgeübt wird, fließt ein pyroelektrischer Strom durch das Element, wodurch die ursprüngliche Oberflächenladung ohne übermäßige oder unzureichende Ladung wiederhergestellt wird. Danach fließt bis zum Wiederauftreten einer Temperaturänderung kein Strom. Das piezoelektrische Element spricht also nur beim Auftreten einer Temperaturänderung an, so daß bei Verwendung eines solchen pyroelektrischen Elements als Atmungssensor eine differenzierte Wellenform der Atmung, wie in Fig. 3 gezeigt, erreicht werden kann. Da diese Wellenform (Kurve) zu Beginn des Ein- und Ausatmens (je) einen scharfen Peak aufweist, können die Anfangszeitpunkte des Ein- und Ausatmens durch Triggern der Wellenform mit geeigneten Spannungspegeln genau abgegriffen werden. Ein pyroelektrisches Element kann im Vergleich zu anderen temperaturempfindlichen Elementen, wie Thermistoren, ein sehr hohes Ausgangssignal liefern. Vorteilhaft ist dabei deshalb, daß keine Verstärkung nötig ist und die nachfolgende Signalverarbeitung vereinfacht sein kann.
Ohne eine beabsichtigte Beschränkung auf die folgenden Materialien bzw. Stoffe kann ein pyroelektrisches Element einen Einkristall wie Lithiumtantalat (LiTAO&sub3;) und Triglycinsulfat (TGS), eine Sintersubstanz aus z. B. Bleititanat (PbTiO&sub3;), Bleizirkonattitanat (PZT) oder Polyvinyliden, eine hochmolekulare ferroelektrische Substanz wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), eine Mischsubstanz aus gesintertem Keramikpulver und einem Kunststoff oder andere Werkstoffe verwenden. Die Vorderflanke eines Ausgangssignals des Atmungssensors nach dieser Erfindung hängt von der Temperaturänderungsgröße des pyroelektrischen Elements ab. Je kleiner die Dicke des Elements, um die Wärmekapazität zu verringern, ist, um so besser ist daher das Ansprechen des pyroelektrischen Elements; die Atmungszeitpunkte können dann eindeutiger abgegriffen werden. Unter Berücksichtigung des obigen Punkts ergibt sich folgendes: Die Dicke des Elements beträgt nämlich im Fall eines Einkristalls oder von Sinterkeramiken höchstens 80 - 100 um. Zudem ist ein solches Element sehr bruchanfällig,und die Arbeitsleistung bei der Anbringung des Elements an einem Tragrahmen ist mangelhaft. Im Gegensatz dazu ist der Prozeß der Herstellung eines Films oder einer Folie aus z. B. einer hochmolekularen ferroelektrischen Einfach- oder Verbundsubstanz aus gesintertem Keramikpulver und hochmolekularem Stoff einfach (durchführbar), so daß ein Element einer Dicke entsprechend einem Mehrfachen von 10 um oder weniger einfach und mit ausgezeichneter Arbeitsleistung herstellbar ist.
Fig. 4 ist ein Schaltbild einer elektrischen Schaltung, die dem nach dieser Erfindung verwendeten Atmungssensor äquivalent ist. Die am piezoelektrischen Element 41 durch eine Temperaturänderung zu erzeugende Ladungsmenge hängt von den elektrischen Eigenschaften des Elements ab, etwa einer elektrostatischen Kapazität, einem Widerstand, einem pyroelektrischen Faktor, der Größe, der Temperaturänderungsgröße und dgl. Die Impedanz des Elements liegt allgemein bei einer Größe von 10&sup8; - 10¹¹ Ohm, so daß es schwierig ist, eine Ladungsänderung des Elements unmittelbar zu erfassen oder zu messen. Aus diesem Grund kann ein Registriergerät mit einem impedanzwandelnden Pufferverstärker verwendet werden, oder es wird ein Feldeffekttransistor bzw. FET 42 zur Verringerung der Impedanz eingesetzt. Die Ausgangsimpedanz des FETs 42 wird durch einen Widerstand 44 bestimmt, der vorzugsweise und gewöhnlich einen Wert von 10³ - 10&sup5; Ohm besitzt. Ein Kondensator 45 dient zum bevorzugten Durchlassen der Hochfrequenzkomponente eines Ausgangssignals, d. h. der Signalkomponente mit großer Änderungsgeschwindigkeit oder -rate. Nach dem Durchgang durch den Kondensator 45 ändert sich die Wellenform entsprechend der Größe seiner Kapazität. Der Wert des Kondensators 45 wird daher so bestimmt, daß er an das spezielle Feld im praktischen Gebrauch angepaßt ist. In manchen Fällen kann auf den Kondensator 45 verzichtet werden. Zum Stabilisieren der Vorspannung des FETs 42 wird ein Gate- Widerstand 46 eingesetzt.
Es ist anzunehmen, daß Zuleitungen oder Leitungen, welche die Bauelemente verbinden, und Schaltungsplatinen als Antennen wirken, so daß über diese Teile externes Störsignal eingeführt wird, welches die einwandfreie Erfassung der Temperaturänderung beeinträchtigt. Ein Ausgangssignal des pyroelektrischen Elements ist jedoch groß; wenn somit die bei der Ausführungsform nach Fig. 7 dargestellten Schaltungselemente, wie pyroelektrische Elemente 71 und 72, FET 73, Ausgangswiderstand 74 und Gate-Widerstand 75, kompakt auf einer einzigen Platine montiert werden, kann externes Störsignal nahezu vernachlässigt werden. Es ist jedoch vorteilhafter, die Platine 76 mit einem Leitermaterial zu bedecken, um externe elektromagnetische Wellen abzuschirmen (elektromagnetische Wellenabschirmung). Als Werkstoff eines in Fig. 7 gezeigten, einstückig aufgebauten Hauptrohrs 77 kann ohne Beschränkung darauf Kunststoff, Gummi bzw. Kautschuk, Metall o. dgl. verwendet werden. Wenn ein leitender Werkstoff wie Metall verwendet wird, wirkt dieser vorteilhaft auch als elektromagnetisches Wellenabschirmmaterial. Das Hauptrohr 77 kommt jedoch unmittelbar mit dem Körper eines Patienten in Berührung, so daß der Patient ein Kältegefühl spürt. Aus diesem Grund wird bevorzugt Kunststoff, Gummi o. dgl. verwendet. Bei Verwendung von Metall wird dieses vorzugsweise mit Kunststoff, Gummi o. dgl. beschichtet. Es ist zweckmäßig, eine elektromagnetische Abschirmung durch Verwendung von leitfähigem Kunststoff oder Gummi oder von mit leitfähigem Material beschichtetem Kunststoff vorzusehen.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Atmungsdetektorschaltung. Ein Signal von einem Atmungssensor 51 wird einem Komparator 53 eingegeben und in diesem mit konstanten Schwellenwertpegeln verglichen, die einstellbar von einem variablen oder Regelwiderstand 52 in einer Schwellenwertpegeleinstellvorrichtung 56 geliefert werden. Die Anfangspunkte des Ein- und Ausatmens werden als die ersten Punkte detektiert oder erfaßt, bei denen die Differenz zwischen dem eingegebenen Signal oder Eingangssignal und dem Schwellenwertpegel zu 0 wird. Ersichtlicherweise sind zwei Schwellenwertpegel für Ein- und Ausatmen vorgesehen; diese werden mittels des Regelwiderstands 52 zweckmäßig eingestellt, um eine spezielle Wellenform des Atmungssensors an Wellenformänderungen bei jedem Patienten, Atmungsstärke, Sprechen o. dgl. anzupassen. Auf diese Weise können Einund Ausatmen einwandfrei abgegriffen werden. Die dabei erhaltenen Startzeit(punkt)signale für Ein- und Ausatmen werden durch einen Schalterkreis 54, etwa ein Flip-Flop- Glied, zur Betätigung einer Ventilumschaltvorrichtung 55 zum Ansteuern von Magnetventilen in ein Einatmungsstartzeitsignal und ein Ausatmungsstartzeitsignal getrennt.
Die beim künstlichen Beatmungsgerät (d. h. Gerät zur künstlichen Beatmung) gemäß dieser Erfindung angewandte Ventilumschaltmethode ist nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt das Leitungssystem für Luftansaugung und -abführung bezüglich der Glocke des künstlichen Beatmungsgeräts gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung; Fig. 2 veranschaulicht eine Änderung des Innendrucks der Glocke.
Beim Start 21 des Einatmens geht der Glockeninnendruck zunächst auf einen Unterdruck über. In diesem Zustand werden das Luftablaßventil 12 geöffnet, das Überbrückungsventil 14 geschlossen, das Überbrückungsventil 16 geöffnet, das Luftansaugventil 18 geschlossen und das Entlastungsventil 19 geschlossen. Wenn der Glockeninnendruck eine vorbestimmte, durch den Unterdruckregler 13 vorgegebene Größe erreicht, wird der Überbrückungskreis des Unterdruckreglers 13 geöffnet, um die vorbestimmte Größe aufrechtzuerhalten, ohne einen größeren Unterdruck zu liefern. Sodann wird gleichzeitig mit dem Ende des Einatmens 22 der Unterdruck vorübergehend auf den Atmosphärendruck entlastet. In diesem Zustand sind oder werden das Luftablaßventil 12 geschlossen, das Überbrückungsventil 14 geöffnet, das Überbrückungsventil 16 geöffnet, das Luftansaugventil 18 geschlossen und das Entlastungsventil 19 geöffnet. Falls für Patienten mit z. B. Lungenerweiterung nötig, wird eine Überdruckunterstützung zum Niederdrücken des Brustkorbs des Patienten durch Nutzung des Lieferdrucks des Gebläses 4 und Liefern der Luft über das Luftansaugleitungssystem 15 in die Glocke durchgeführt. In diesem Zustand sind oder werden das Luftansaugventil 12 geschlossen, das Überbrückungsventil 14 geöffnet, das Überbrückungsventil 16 geschlossen, das Luftansaugventil 18 geöffnet und das Entlastungsventil 19 geschlossen. Der Zeitpunkt beim Start 23 der Überdruckunterstützung und die Dauer vom Start 23 bis zur Entlastung 24 des Überdrucks sind im voraus mittels eines Zeitgebers so eingestellt, daß ein fester Zeitablauf vom Beginn oder Start 21 des Einatmens aufrechterhalten wird. Der maximale Glockeninnendruck während der Überdruckunterstützung wird durch Entlasten bzw. Ablassen von Luft so eingestellt, daß er einen durch den Überdruckregler 17 vorgegebenen vorbestimmten Druck nicht übersteigt. Zum Entlasten des Überdrucks werden, ähnlich wie bei Unterdruckentlastung am Ende 22 des Einatmens, das Luftablaßventil 12 geschlossen, das Überbrückungsventil 14 geöffnet, das Überbrückungsventil 16 geöffnet, das Luftansaugventil 18 geschlossen und das Entlastungsventil 19 geschlossen.
Die oben angegebenen Ventil-Öffnungs/Schließzustände sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1 Einatmungsbeginn (Unterdruck) Ablaßventil Überbrükkungsventil Ansaugventil Entlastungsventil Ausatmungsbeginn (Entlastung zur Luft) Überdruckunterstützung Überdruckentlastung offen geschlossen
Bei der Verwendung des künstlichen Beatmungsgeräts kann davon ausgegangen werden, daß eine Gefahr für Apnoe bzw. Atemstillstand bei einem an Atemschwäche leidenden Patienten, eine Gefahr für ein Trennen des Atmungssensors aus irgendeinem Grund oder eine Gefahr für die fehlerhafte Lieferung eines Signals vom Atmungssensor auftritt. Zur Berücksichtigung solcher Situationen ist es zweckmäßiger, ein Stütz- oder Hilfssystem (I) oder ein Ein- und Ausatmungszeiteinstellsystem zu verwenden. Bei letzterem System werden die Ein- und Ausatmungszeitpunkte vorgegeben oder voreingestellt; wenn dabei zum voreingestellten Luftansaugzeitpunkt kein Einatmungssignal erhalten wird, wird die Luftansaugung automatisch eingeleitet, d. h. der Glockeninnendruck wird auf einen Unterdruck überführt; wenn umgekehrt zum voreingestellten Ausatmungszeitpunkt kein Ausatmungssignal erhalten wird, wird das Ausatmen durch Druckentlastung auf den Atmosphärendruck automatisch eingeleitet, während vorzugsweise stets Synchronisation mit der Atmung des Patienten eingehalten wird. Mit einem solchen Stütz- oder Hilfssystem wird es möglich, die Beatmung durch kontrollierte Atmung zwangsweise fortzusetzen, auch wenn ein Patient in Apnoe fällt, so daß damit der Tod eines Patienten vermieden werden kann. Außerdem wird es möglich, die Atmungsunterstützung auch dann fortzusetzen, wenn der Atmungssensor abgeschlossen ist. In einem solchen anomalen Fall wird wünschenswerterweise eine Lampe eingeschaltet oder ein Alarm ausgelöst, um einen solchen Vorfall zu melden.
Ein Atmungsunterstützungs-Frequenzwählsystem (II) ist auch für den Fall nützlich, in welchem beabsichtigt ist, ein künstliches Beatmungsgerät nicht für einen sich von einer Krankheit erholenden Patienten zu benutzen, oder wenn ein künstliches Beatmungsgerät bei einem Patienten mit einer vergleichsweise leichten Erkrankung eingesetzt wird. Beim Atmungsunterstützungs-Frequenzwählsystem wird die spontane Atmung eines Patienten nicht bei allen Atmungsvorgängen, sondern nur jeweils einmal für mehrere Atmungsvorgänge unterstützt.
Das Stütz- oder Hilfssysteme (I) und das Atmungsunterstützungs-Frequenzwählsystem (II) können ohne weiteres durch Ausführung eines in den Ablaufdiagrammen der Fig. 6A bis 6C gezeigten und in einem Festwertspeicher (ROM) gespeicherten Programms und Steuerung desselben durch einen Mikrorechner realisiert werden.
(I)(a) In dem den Atmungssensor benutzenden Sensormodus beginnt das Einatmen (von Luft) zu dem Zeitpunkt, zu dem ein erstes Einatmungssignal vom Sensor 61 erhalten wird. Die Ventile nehmen die in Tabelle 1 angegebenen Zustände beim Einatmungsbeginn (Unterdruck) ein. Ein Einatmungsstützzeitgeber T3 unter den Zeitgebern 62 wird zum Arbeiten veranlaßt. Der Zeitgeber T3 wird zum zwangsweisen Eintritt in die Einatmungsstufe bei seinem Zeit-Ablauf (time-up) benutzt, wenn zu einem vorher gegebenen Zeitpunkt kein Einatmungssignal erhalten wird. Dies kann bei einem Atemstillstand beim Patienten, einem Abtrennen des Atmungssensors o. dgl. der Fall sein, so daß vorzugsweise eine bestimmte Meldung dieses Vorfalls durch eine Alarmeinheit 63 gegeben wird.
Wenn sodann ein Einatmungssignal erhalten wird oder der Zeitgeber T3 abläuft, nehmen die Ventile die Zustände beim Einatmungsbeginn (Entlassung zur Atmosphärenluft) gemäß Tabelle 1 ein. Ein Überdruckunterstützungs-Verzögerungszeitgeber T1 zum Bestimmen des Zeitablaufs bei Beginn der Überdruckunterstützung und ein Ausatmungshilfs- oder -stützzeitgeber T4 werden aktiviert, während der Zeitgeber T3 abgeschaltet wird. Im Sensormodus besteht eine Grundregel darin, eine Patienten-Atmungspriorität zu übernehmen, so daß dann, wenn ein Einatmungssignal auch vor dem Beginn der Überdruckunterstützung erhalten wird, der Ablauf auf (1) für Durchführung der Einatmungsstufe zurückkehrt.
(I)(b) Wenn kein Einatmungssignal erhalten wird, geht der Ablauf auf (2) über. Wenn der Zeitgeber T4 noch nicht abgelaufen ist, setzt dann die Überdruckunterstützung ein, wenn der Zeitgeber T1 abläuft (time-up). Die Ventile nehmen einen in Tabelle 1 gezeigten Zustand der Überdruckunterstützung an. Wenn in diesem Zustand ein Einatmungssignal erhalten wird, wird ein Alarm ausgelöst, und die Einatmungsstufe setzt augenblicklich ein (Übergang auf (1)). Wenn eine Überdruckunterstützung nicht nötig ist, wird der Zeitgeber T1 (auf eine) länger(e Zeit) als der Zeitgeber T4 eingestellt, so daß theoretisch nicht in die Überdruckunterstützungsstufe eingetreten werden kann, sondern der Unterdruck(zustand) beim Einatmen und der Atmosphärendruck(zustand) beim Ausatmen wiederholt werden.
(II) Wenn die Frequenz der Einatmungsunterstützung eingestellt werden soll, wird die Atmungsrate oder -frequenz mit bzw. in einem Atmungsunterstützungs-Frequenzeinstellprogramm 64 gezählt, so daß die Atmung je einmal bei mehreren Atmungsvorgängen durch Anlegung eines Unter- oder Überdrucks unterstützt wird, während in den anderen Atmungsvorgängen der Atmosphärendruck aufrechterhalten wird. Außer in der einmal bei jeweils mehreren Atmungsvorgängen stattfindenden Atmungsunterstützung geht dann der Patient auf gewöhnliche spontane Atmung über.
(I)(c) Wenn der Ausatmungszustand nach Ende der Überdruckunterstützung fortdauert, geht der Ablauf auf (4) über. Falls insbesondere ein Einatmungssignal immer noch nicht erhalten wird, wenn der Zeitgeber T4 nicht abgelaufen (time-up) ist, und wenn der Überdruckunterstützungs-Zeitgeber T2 abgelaufen ist, wird der Überdruck als Vorbereitungsstufe auf die Einatmungsstufe wieder zum Atmosphärendruck entlassen (bzw. auf diesen gesenkt). Die Ventile nehmen einen Zustand der Überdruckentlastung (zum Atmosphärendruck) gemäß Tabelle 1 an. Sodann wartet der Ablauf bzw. das Programm ein Einatmungssignal oder das Ablaufen (time- up) des Zeitgebers T4 zum Übergang auf die Einatmungsstufe (1) ab.
(III) Neben den beiden genannten Systemen (I) und (II) müssen auch Systeme (III) und (IV) vorgesehen werden. Im System (III) werden z. B. nur die Einatmungszeittakte oder -punkte mit der spontanen Atmung eines Patienten synchronisiert, um dem Patienten während einer durch einen Zeitgeber vorgegebenen Zeit Sauerstoff zuzuführen. Im System (IV) erfolgt die Atmung nur mittels der Zeitgeber und ohne Atmungssensor für einen Patienten ohne spontane Atmung, z. B. mit schwerer Muskelschwäche. In diesem Fall wird eine besser physiologische Zwangs(be)atmung möglich, wenn unter Verwendung eines anderen Zeitgebers oder einer anderen Programmierung eine Tiefbeatmung für jeweils mehrere Atmungsvorgänge verabreicht wird.
Wie vorstehend beschrieben, können die verschiedenen Systeme oder Moden (I) bis (IV) selektiv mittels eines Schalters angewandt werden, um einer (einem) bestimmten Erkrankung oder Zustand eines Patienten zu entsprechen; dies stellt das Unterscheidungsmerkmal der vorliegenden Erfindung dar. Die durch die Systeme (I) bis (IV) gewährleisteten Funktionen können ggf. in einem künstlichen Beatmungsgerät vorgesehen werden. Ersichtlicherweise ist es nicht nötig, alle diese Funktionen in einem einzigen derartigen Beatmungsgerät vorzusehen, vielmehr kann eine beliebige Kombination solcher Funktionen entsprechend einem bestimmten praktischen Anwendungsgebiet vorgesehen werden.
Im folgenden ist der bei dieser Erfindung eingesetzte Atmungssensor anhand seiner bevorzugten Ausführungsform im einzelnen beschrieben.
Gemäß einem Unterscheidungsmerkmal dieser Erfindung benutzt der Atmungssensor, wie vorher erwähnt, pyroelektrische Elemente. Ein Unterscheidungsmerkmal liegt auch in der Anwendung des Atmungssensors eines Nasenkanülentyps, der eine Atmungsunterstützung bei Durchführung einer Sauerstoffeinführung oder -einflößung ermöglicht.
Die Schaltung gemäß Fig. 4 wurde durch Montage von pyroelektrischen Elementen 71 und 72, eines FETs 73, eines Gate-Widerstands 75 und eines Ausgangswiderstands 74 auf einer einzigen Schaltungsplatte oder Platine 76 gemäß den Fig. 7A bis 7C geformt. Mit Ausnahme der pyroelektrischen Elemente 71 und 72 sind die Bauelemente mittels eines flüssigen Gießharzes 80 auf Epoxybasis gekapselt (worden), um eine Beeinflussung durch Außenluft oder ausgeatmete Luft zu vermeiden. Die Platine 76 ist in das Hauptrohr 77 eingesetzt und an ihren beiden Enden fest gehaltert. Gemäß Fig.7C ist an (in) den unteren und mittleren Platten des Hauptrohrs 77 ein Fenster 81 zum Leiten der ausgeatmeten Luft und der Außenluft in der den pyroelektrischen Elementen 71 und 72 entsprechenden Position ausgebildet.
Zwei in Nasenlöcher einzusetzende Rohre 79 sind an der oberen Platte des Hauptrohrs 77 montiert. Jedes Rohr weist zwei Lumen auf, und zwar eines für gasförmigen Sauerstoff und ein anderes für Verbindung mit dem Inneren des Hauptrohrs 77 (an der Stelle), wo sich die pyroelektrischen Elemente 71 und 72 befinden. Bei Anwendung der Ausgestaltung, die eine Führung von gasförmigem Sauerstoff zu den pyroelektrischen Elementen 71 und 72 erlaubt, strömt gasförmiger Sauerstoff während der Restperiode der Atmung zu den pyroelektrischen Elementen, was zu einem fehlerhaften Detektions- oder Meßsignal führt. Diese Doppellumenstruktur ist daher wichtig. Es kann die Struktur angewandt werden, bei welcher die pyroelektrischen Elemente nahe der Nasenlöcher außerhalb des Hauptrohrs 77 montiert sind. Es müssen dabei jedoch gewisse Vorkehrungen zur Vermeidung einer Zerstörung von außenseitig montierten pyroelektrischen Elementen getroffen werden.
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das die pyroelektrischen Elemente 71 und 72 und die anderen elektrischen Bauelemente aufnehmende Hauptrohr 77 mit einem leitfähigen Lack, z. B. einem Lack auf Kupferbasis, beschichtet, der zur Abschirmung von externen elektromagnetischen Wellen mit einem Erdungsdraht verbunden ist.
Zur Erzielung einer besseren Genauigkeit des Signalabgriffs sind bei der obigen Ausführungsform das das Ausatmen erfassende pyroelektrische Element 71 an der Seite des Nasenlocheinführ-Rohrs 79 und das die Lufteinsaugung erfassende pyroelektrische Element 72 an der Seite der Außenluft (d. h. an der Rückseite der Platine 76) montiert. Ferner sind zwei elektrische Schaltungen der in Fig. 4 gezeigten Art vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, mit einer einzigen elektrischen Schaltung sowohl die eingeatmete als auch die ausgeatmete Luft zu detektieren. Zwei dreiadrige verseilte Leitungen sind von der Platine 76 jeweils als zwei FET- Treiberstromquellen, Ausgangssignal- und Masseanschluß geführt, in diejenige 83 der Nasenkanüle(n), welche von gasförmigem Sauerstoff durchströmt wird, eingeführt und durch Y-förmige Verbinder verzweigt, um an die Detektorschaltung gemäß Fig. 5 angeschlossen zu werden.
Das künstliche Beatmungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung vermag eine an die physiologische Intention des Patienten angepaßte physiologische Atmungsunterstützung durch Synchronisation mit den Atmungstakten oder -zeitpunkten verschiedener, an Atemschwäche leidender Patienten zu gewährleisten. Demzufolge können Anstrengung und Schmerz beim Atmen synchron mit einer herkömmlichen mechanischen Beatmung vermieden werden. Das künstliche Beatmungsgerät gemäß dieser Erfindung eignet sich besonders für Langzeitbenutzung und ist nützlich für die schnelle Wiederherstellung der Atmungsfunktion eines an akuter Atmungsschwäche leidenden Patienten. Außerdem werden zahlreiche Hilfssysteme zusammen verwendet, um einen Patienten entsprechend seinem speziellen Zustand und seiner jeweiligen Krankheit zu heilen und eine Beatmung für die Vermeidung eines möglichen Risikos, falls irgendetwas geschieht, aufrechtzuerhalten. Solche Systeme umfassen ein Stütz- oder Hilfssystem oder ein Ein- und Ausatmungszeiteinstellsystem mit Atmungssynchronisationspriorität, wodurch eine vorher eingestellte, kontrollierte Atmung im Fall von Apnoe oder eines anomalen Zustands des Atmungssensors wiederholt wird, ein Atmungsunterstützungs- Frequenzeinstellsystem für einen in einem Erholungszustand befindlichen Patienten, ein kontrolliertes Atmungssystem zur Durchführung einer kontrollierten Atmung (Beatmung) unter Verwendung eines Zeitgebers für einen an den Atmungsmuskeln Gelähmten und dgl. Das künstliche Beatmungsgerät nach dieser Erfindung ist mithin ziemlich sicher, bei langfristiger bequemer Benutzung haltbar und für die medizinische Industrie nützlich.

Beispiel

Eine Glocke, welche den abdominothorakalen Bereich eines Patienten bis zu den Seiten abzudecken vermag und als künstliche Brustkorbhöhle dient, wurde mittels einer Gipsform aus FRP hergestellt. An dem eine Patienten-Körperoberfläche kontaktierenden Bereich wurde ein Urethanschaumschwamm angebracht, dessen Gesamtheit mit weichem Vinylchloridharz überzogen wurde.
Ein(e) am Scheitelpunkt der Glocke montierte(r) Leitung oder Stutzen wurde mit dem Rohr-Leitungssystem gemäß Fig. 1 verbunden; die Glocke wurde am Brustkorb eines Behandlungsobjekts (normale Person) angebracht. Ein Gebläse einer Luftvolumenverdrängung von 0,86 m³/min wurde zum Absaugen von Luft aus der Glocke benutzt. Der Innendruck reichte nach etwa 0,7 s von Atmosphärendruck bis zu einem Unterdruck von -15 bis -20 mm Hg. Es wurde festgestellt, daß nahezu kein Luftaustritt am unteren Rand (Umfang) der Glocke auftrat.
Der Atmungssensor mit dem Aufbau gemäß Fig. 7 wurde zur Feststellung der Atmung an den Nasenlöchern eines Objekts angebracht. Ein- oder ausgeatmete Luft wurde auf die in Fig. 3 gezeigte Weise zur Betätigung der Ventilumschaltvorrichtung getriggert, die in Abhängigkeit von den Signalen vom Atmungssensor automatisch gesteuert wird. Die Ventilumschaltvorrichtung konnte dann synchron mit der Atmung des Patienten ohne weiteres einen Unterdruck beim Einatmen, einen Normaldruck beim Ausatmen und einen Überdruck in der Glocke erzeugen.
Nach dem vorherigen Setzen der Ein- und Ausatmungsperiodeninformation etwa für eine Einatmungszeit von 1,7 s und eine Ausatmungszeit von 3 s in der Ventilumschaltvorrichtung unterbrach ein Behandlungsobjekt vorübergehend die Atmung, oder es wurde der Atmungssensor abgeschlossen. In beiden Fällen schaltete die Vorrichtung auf eine kontrollierte Atmung mit 1,7 s Einatmen und 3 s Ausatmen um.
Durch Setzen der Atmungsunterstützungs-Frequenzeinstellung auf 1/2 oder 1/3 wurde weiterhin die Atmungsunterstützung vorgenommen, wobei Unter- und Überdrücke jeweils einmal bei zwei oder drei spontanen Atmungsvorgängen eines Patienten angelegt wurden, während in den anderen Atmungsvorgängen der Glocken-Innendruck auf Atmosphärendruck gehalten wurde, um die spontane Atmung zu erlauben.
Der verwendete Atmungssensor war von dem in Fig. 7 gezeigten Nasenkanülentyp. Es wurde bestätigt, daß bei Verwendung des obigen Atmungssensors die Atmungs(zeit)takte eines Behandlungsobjekts auch bei der Verabreichung von Sauerstoff durch den Sensor oder Verabreichung von Sauerstoff durch den Sensor und eine dem Untersuchungsobjekt aufgesetzte Sauerstoffmaske genau abgegriffen wurden.

Claims

1. Künstliches Beatmungsgerät (Gerät zur künstlichen Beatmung), umfassend:

eine aus einem harten Werkstoff hergestellte Glocke (11) mit einer an ihrem Scheitelpunkt vorgesehenen Öffnung für Verbindung mit einer Luftleitung (3) und einem an ihrem unteren Umfangs-Rand vorgesehenen Anschluß (2) aus einem elastischen Werkstoff,

ein mit der Luftleitung verbindbares Gebläse (4) zum Absaugen von Luft aus der Glocke,

eine Luftansaugleitung und eine Luftablaßleitung, welche die Glocke und das Gebläse miteinander zu verbinden vermögen,

einen an bzw. in einem Ablaß(rohr)leitungssystem montierten Unterdruckregler (13),

einen an bzw. in einem Ansaug(rohr)leitungssystem montierten Überdruckregler (17),

einen Drucksensor zum Messen eines in der Glocke herrschenden Drucks,

ein Ablaßventil (12) und ein Ansaugventil (18) zum Steuern von Luftablassung und -ansaugung,

ein Entlastungsventil (19) zum Entlasten eines Unter- oder Überdrucks auf Atmosphärenluft(druck),

ein Überbrückungsventil (14, 16) zum Umleiten der Luft, wenn das Luftablaßventil oder das Luftansaugventil geschlossen ist,

eine Ventilumschaltvorrichtung (55) zum Steuern des Öffnens und Schließens des Luftablaßventils, des Luftansaugventils, des Entlastungsventils und des Überbrückungsventils sowie

ein Atmungsdetektionssystem, umfassend einen Atmungssensor (51) mit einem pyroelektrischen Element (41), das an einem Durchgang für Atmungsluft oder nahe der Nasenöffnungen eines Patienten montiert ist und zum Erfassen einer Temperaturänderungsgeschwindigkeit bzw. -größe am Durchgang oder nahe der Nasenöffnungen dient, und einer Atmungsdetektorschaltung zum Vergleichen eines vom pyroelektrischen Element gelieferten Temperaturänderungsgrößensignals mit einem an einem variablen oder Regelwiderstand vorgegebenen Schwellenwert, Erfassen von Startzeitpunkten des Ein- und Ausatmens (von Luft) in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis und Ausgeben eines Zeittaktsignals, wobei das Atmungsdetektionssystem damit die Ventilumschaltvorrichtung (an)steuert.

2. Künstliches Beatmungsgerät nach Anspruch 1, ferner umfassend ein System, durch welches bei Betätigung eines Umschalters die Ventilumschaltvorrichtung (55) so gesteuert wird, daß:

ein Einatmungsstütz- oder -hilfszeitgeber mit einer vorher gesetzten oder vorgegebenen Einatmungszeit gleichzeitig mit dem Beginn des Einatmens zu arbeiten veranlaßt wird,

wenn ein Einatmungssignal nicht innerhalb der Vorgabezeit vom Atmungsdetektionssystem geliefert wird, automatisch ein Ausatmungssignal erzeugt wird,

gleichzeitig mit dem Beginn des Ausatmens ein Überdruckunterstützungs-Verzögerungszeitgeber, in dem eine Zeitverzögerung, wenn ein Überdruck in der Glocke angelegt ist, gesetzt worden ist, und ein Ausatmungs-Hilfs- oder -Stützzeitgeber, in welchem eine Ausatmungszeit gesetzt worden ist, zu arbeiten veranlaßt werden,

wenn vom Atmungsdetektionssystem innerhalb der gesetzten Ausatmungsstützzeit und innerhalb der gesetzten Überdruckunterstützungs-Verzögerungszeit kein Einatmungssignal geliefert wird, ein Überdruckunterstützungssignal zur Einleitung einer Überdruckunterstützung erzeugt und ein Überdruckunterstützungszeitgeber, in welchem eine Dauer, während (der) ein Überdruck angelegt wird, gesetzt worden ist, zum Arbeiten veranlaßt werden,

wenn innerhalb der Ausatmungsstützzeit und innerhalb der gesetzten Überdruckunterstützungszeit kein Einatmungssignal geliefert wird, ein Überdruckentlastungssignal zur Beendigung der Überdruckunterstützung erzeugt wird, und

wenn innerhalb der restlichen Ausatmungsstützzeit kein Einatmungssignal geliefert wird, ein Einatmungssignal automatisch erzeugt wird; und wenn ein Einatmungssignal oder ein Ausatmungssignal vom Atmungsdetektionssystem geliefert wird, unmittelbar nach Empfang dieses Signals eine Einoder Ausatmungsstufe einsetzt.

3. Künstliches Beatmungsgerät nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Atmungsunterstützungsfrequenz-Einstellsystem, wobei bei Betätigung des Schalters die Ventilumschaltvorrichtung als Steuersignal zum Anlegen eines Unter- oder Überdrucks innerhalb der Glocke einen Bruchteil der durch das Atmungsdetektionssystem erzeugten Startzeit(takt)signale für Ein- und Ausatmung benutzt.

4. Künstliches Beatmungsgerät nach Anspruch 1, ferner umfassend ein System, durch welches bei Betätigung des Umschalters die Ventilumschaltvorrichtung in der Weise (an)gesteuert wird, daß:

eine Einatmungsdauer für die Periode von einer Erzeugung eines Einatmungsstartzeit(takt)signals vom Atmungsdetektionssystem bis zu einer vorher an einem Zeitgeber gesetzten Zeit gesetzt oder vorgegeben wird, und

eine Einatmungsdauer für die Periode vom Ende der Einatmungsstufe bis zur Zeit, zu der das nächste Einatmungsstartzeit(takt)signal erzeugt wird, gesetzt oder vorgegeben wird.

5. Künstliches Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Atmungssensor ein pyroelektrisches Element, einen Feldeffekttransistor und ein Widerstandselement aufweist und der gesamte Atmungssensor mit einem leitfähigen Material zu seiner Abschirmung gegenüber externen elektromagnetischen Wellen überzogen ist.

6. Künstliches Beatmungsgerät nach Anspruch 1, ferner umfassend ein System, durch welches bei Betätigung des Umschalters die Ventilumschaltvorrichtung durch einen Zeitgeber, in welchem vorher eine Einatmungszeit und eine Ausatmungszeit gesetzt worden sind, (an)gesteuert wird.

7. Künstliches Beatmungsgerät nach Anspruch 6, ferner umfassend ein System, durch welches die Ventilumschaltvorrichtung für eine Tiefbeatmung je einmal für jeweils einige bis (ein Mehrfaches von) zehn Atmungsvorgänge(n) durch einen zusätzlichen Zeitgeber oder eine vom Zeitgeber verschiedene Programmeinrichtung (an)gesteuert wird.