DE3900276C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät mit einem geschlossenen oder halbgeschlossenen Atemkreislauf gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4.

Beatmungsgeräte mit geschlossenem Atemkreislauf werden bevorzugt in Anästhesiebehandlungen eingesetzt, weil durch eine solche Gerätebauweise sichergestellt ist, daß ein geringstmöglicher Verbrauch an Frischgas, z.B. mit Sauerstoff angereicherte Atemluft, oder an Narkosegasen und -mitteln, sowie der Erhalt von Atemgasfeuchtigkeit und Atemgastemperatur während einer Narkose verwirklicht werden können. Aus dem vom Beatmeten ausgeatmeten Atemgas wird das CO₂ entfernt und der Verbrauch z.B. an Sauerstoff und evtl. zusätzlich an Narkosegas durch eine Frischgaszufuhr kompensiert. Dazu ist es notwendig, nur soviel Frischgas zuzuführen, wie es dem tatsächlichen Verbrauch und eventuell auftretenden Leckagen entspricht.

Bei Beatmungsgeräten mit halbgeschlossenem Atemkreislauf wird hingegen nur ein Teil der vom Beatmeten ausgeatmeten Atemgase wieder zurückgeführt.

Hierzu wird der Frischgasstrom wesentlich höher als der tatsächliche Verbrauch eingestellt, was eine Verdünnung der ausgeatmeten Atemgase bewirkt. Der Überschuß, bestehend aus einem Gemisch von Frischgas und ausgeatmetem Atemgas, wird nach jedem Atemzug über ein Ventil abgegeben. Das Überschußgas geht somit verloren und muß über aufwendige Entsorgungseinrichtungen wie beispielsweise Absaugeeinrichtungen beseitigt werden. Die Abgabe von Überschußgas schlägt sich auch nieder in einem übermäßigen Verbrauch von Narkosegasen und Narkosemitteln.

Ein bekanntes Narkosebeatmungsgerät mit geschlossenem Atemkreislauf aus der EP-1 21 255, von dem der Gegenstand des Patentanspruches 1 ausgeht, benutzt für diese Zudosierung von frischem Atemgas einen aufwendigen Regelkreis, in welchem dieAtemgasbestandteile durch entsprechende Sensoren abgefühlt und zur Ansteuerung einer Dosiereinheit benutzt werden. Somit wird zu jeder Zeit während einer Beatmung der Füllzustand des das Atemgas führenden Kreislaufes bestimmt und die erforderlichen Frischgasmengen zusammen mit dem Narkosegas zugeführt.

Eine derartige Dosierung ist jedoch aufwendig und teuer, da für jede der in der Atemgaszusammensetzung bestehenden Gaskomponente ein Meßfühler notwendig ist, damit nach erfolgter Messung die entsprechende Atemgasmenge wieder aufgefüllt werden kann. Da in einem geschlossenen Atemkreislauf pro Atemzug nur einige 100 mL Atemgas verbraucht werden, das gesamte Atemgassystem jedoch in seinem Volumen weit mehr Inhalt besitzt, ist es für eine genaue Zudosierung solcher geringer Mengen notwendig, daß sich die Compliance (Nachgiebigkeit) im Laufe einer Beatmung möglichst wenig ändert. Eine vergrößerte Compliance würde zur Folge haben, daß nur eine geringe zudosierte Menge derjenigen entspricht, die tatsächlich verbraucht wurde, der Überschuß würde das Atemsystem regelrecht aufpumpen. Eine solche Compliance-Veränderung ist bei dem bekannten Beatmungssystem dadurch begünstigt, daß ein volumenveränderliches Reservoir ständig während des gesamten Atemzyklus an die Atemgasleitung angeschlossen ist und somit seinen Inhalt je nach Verbrauch variiert. Eine weitere Volumenänderung tritt dadurch ein, daß die elastischen Komponenten im Atemkreis, wie beispielsweise Atemschläuche, durch den Beatmungsdruck ihr Volumen vergrößern. Dieser Effekt ist besonders während der Inspirationsphase zu beobachten. Die Zudosierung des verbrauchten Atemgases findet somit in einem Atemkreislauf von variabler Compliance statt.

Ein Beatmungsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 4 ist beispw. aus der DE 29 45 485 A1 bekannt.

Die Erfindung geht somit von der Aufgabe aus, Beatmungsgeräte der genannten Art so zu verbessern, daß zur Ermöglichung einer Zudosierung auch sehr geringer Mengen an Atemgas, bei dabei notwendigerweise gleichbleibend geringer Compliance des gesamten Atemsystems, ein einfach zu steuerndes Gerät mit möglichst geringem Bauumfang und wenig aufwendiger Meßsensorik erhalten wird, wobei betriebsbedingte Verluste an Frischgas oder Narkosemitteln minimiert werden sollen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 und 4 dazu jeweils angegebenen Merkmale.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Vorteil der Erfindung liegt im wesentlichen darin, daß bei einem Beatmungsgerät mit geschlossenem Atemkreislauf die Dosiereinheit durch die Absperrvorrichtung von dem Atemkreislauf selbst abgekoppelt werden kann und lediglich bei Bedarf während des Exspirationszyklus der Beatmung an den Atemkreislauf angeschlossen werden kann, um aus dem mit Frischgas gefüllten Reservoir diejenige Frischgasmenge zu entnehmen, welche durch den vorangegangenen Verbrauch ersetzt werden muß. Die dem Reservoir entnommene Frischgasmenge entspricht diesem Verbrauch, und der Bediener des Geräts kann an der entnommenen Menge den Verbrauch feststellen und entsprechend in das Reservoir Frischgas auffüllen. Der Inspirationszyklus kann dann bei abgetrennter Dosiereinheit und abgesperrtem Reservoir mit stets gleichbleibender Compliance erfolgen, und lediglich während der Exspiration wird das Reservoir mit dem Atemkreislauf verbunden, so daß das Beatmungsgerät sowohl die Ausatemluft als auch das zur Auffüllung des Beatmungshubes notwendige verbrauchte Volumen aus dem Reservoir entnimmt, wonach die Dosiereinheit wiederum abgesperrt wird und eine nachfolgende Inspiration vom Beatmungsgerät mit dem dazugehörigen notwendigen Inspirationshubvolumen ausgeführt werden kann. Es ist zweckmäßig, den Inhalt über einen Füllstandsanzeiger festzustellen, damit der Bediener des Gerätes leicht erkennen kann, wann das Reservoir durch die Dosiereinheit wieder aufgefüllt werden muß.

Eine besonders einfache und leicht zu bedienende Ausführungsform wird dadurch verwirklicht, daß eine ballonartige Ausdehnungskammer als Reservoir über eine Abzweigleitung an die Atemgasleitung angeschlossen wird, wobei an der Abzweigleitung ebenfalls ein Drucksensor als Füllstandsanzeiger abgreift.

Bei einem halbgeschlossenen Atemkreislauf ist es vorteilhaft, die Atemgasfördereinheit mit einer Druckmeßeinrichtung als Füllstandsanzeiger für die Atemgasmenge im Atemkreislauf zu versehen und ein Ablaßventil im Atemkreislauf vorzusehen. Mit dem Ablaßventil wird die Atemgasmenge im Atemkreislauf begrenzt und ein "Aufpumpen" verhindert. Die Zudosierung des Frischgases findet somit in einen Atemkreislauf mit etwa konstantem Atemgasvolumen statt. Das Ablaßventil ist während der Inspirationsphase geschlossen und in der Exspirationsphase nur dann geöffnet, wenn der in den Atemkreislauf einströmende Frischgasstrom größer ist als der Gasverlust durch den Verbrauch des Beatmeten oder Leckagen. In diesem Fall steigt nämlich der endexspiratorische Druck an. Übersteigt dieser mit der Druckmeßeinrichtung an der Atemgasfördereinheit gemessene Druck eine obere vorgewählte Druckgrenze, wird das Ablaßventil geöffnet. Ist der Druck unter eine untere vorgewählte Druckgrenze abgesunken, wird das Ablaßventil wieder geschlossen. Je nach Wahl der Druckgrenzen und des eingestellten Frischgasstromes kann das Ablaßventil auch über mehrere Atemhübe geschlossen sein. Man kann so auch bei einem halbgeschlossenen Atemkreislauf in hohem Maße die Vorteile des geschlossenen Atemkreislaufes ausnutzen, nämlich hohe Frischgasausnutzung und gute Anfeuchtung und Erwärmung des Inspirationsgases. Bei hoch eingestelltem Frischgasstrom wird das Ablaßventil nach jedem Atemzug öffnen.

Soll bei einem geschlossenen Atemkreislauf die Zudosierung nicht von Hand geschehen und soll der Gerätebetreiber von einer Überwachung des Füllstandes des Reservoirs befreit werden, ist es zweckmäßig, die Dosiereinheit, den Füllstandsanzeiger, die Absperrvorrichtung und das Beatmungsgerät mit seiner Atemgasfördereinheit an eine gemeinsame Steuereinheit anzuschließen. Die Zudosierung kann nunmehr automatisch erfolgen, entweder pro Atemzyklus lediglich mit der jeweils verbrauchten Atemgasmenge, oder auch, wie bei den vorgenannten Ausführungsformen ebenfalls möglich, nach einer gewünschten Anzahl von Atemhüben mit der inzwischen insgesamt verbrauchten Atemgasmenge, sofern der Inhalt des Reservoirs dazu ausreicht. Wird der Inhalt des Reservoirs genügend groß ausgeführt, kann auch bei plötzlich notwendigen größeren Atemzughüben der im Augenblick notwendige größere Atemgasbedarf aus dem Inhalt des Reservoirs bedient werden. Bei abgesperrter Dosiereinheit kann dann das entleerte Reservoir während des Einatemzyklus aufgefüllt werden. Sein Inhalt steht dann für die nachfolgenden Beatmungshübe wieder zur Verfügung.

Bei einem halbgeschlossenen Atemkreislauf wird die Zudosierung auf einen vorzugsweise konstanten Wert eingestellt und in dem Reservoir gespeichert. Während des Einatemzyklus sind das Absperrventil und das Ablaßventil geschlossen und die Atemgasfördereinheit führt einen Atemhub aus. Die Exspirationsphase wird eingeleitet durch Öffnen des Absperrventils, worauf Frischgas aus dem Reservoir und ein Teil Exspirationsgas vom Beatmeten in die sich erweiternde Kammer der Atemgasfördereinheit gelangt. Das Ablaßventil öffnet am Ende der Exspirationsphase, sofern die an der Steuereinheit eingegebene obere Druckgrenze überschritten wurde. Bleibt der mit der Druckmeßeinrichtung gemessene Druck innerhalb der vorgewählten Grenzen, ist das Ablaßventil geschlossen. Betriebsbedingte Verluste an Frischgas oder Narkosemitteln werden hierdurch minimiert. Weiter besteht die Möglichkeit, mit der Steuereinheit die Frischgaszudosierung in den Atemkreislauf zu beeinflussen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Beatmungsgerät mit geschlossenem Atemkreislauf,

Fig. 2 ein Beatmungsgerät mit halbgeschlossenem Atemkreislauf.

In der Fig. 1 ist ein Beatmungsgerät 1 mit einer zugehörigen Atemgasfördereinheit 2, welche beispielsweise aus der Kombination eines Zylinders mit einem darin gleitenden Kolben ausgebildet sein kann, an einen geschlossenen Atemkreislauf 3 angeschlossen. Der Atemkreislauf 3 sorgt für eine Beförderung des Atemgases während der Inspiration zu einem nicht dargestellten Patienten (Inspirationspfeil 4) und während der Exspiration von dem Patienten zu der Fördereinheit 2 zurück (Exspirationspfeil 5). Der Kreislauf des Atemgases wird durch die Fördereinheit 2 aufrechterhalten und durch die Richtungsventile 6 in dem durch die Pfeile 4, 5 dargestellten Kreislauf gehalten. In dem Atemkreislauf 3 befindet sich zur Reinigung des Atemgases ein CO₂-Absorber 7. Über eine Frischgasleitung 8 ist in dem Atemkreislauf 3 das während eines Beatmungszyklus verbrauchte oder durch eventuelle Leckagen entweichende Atemgas nachfüllbar. Dazu ist in der Frischgasleitung 8 eine Dosiereinheit 9 und ein elektrisch ansteuerbares Absperrventil 101 einer Absperrvorrichtung 10, 101 eingeschaltet. Zwischen Dosiereinheit 9 und Ventil 101 ist im Zuge der Frischgasleitung 8 eine Abzweigleitung 11 vorgesehen, an welche sich ein in seinem Volumen veränderbarer Ballon als Reservoir 12 anschließt. Von der Abzweigleitung 11 ist ein als Füllstandsanzeiger 13 ausgebildeter Drucksensor angeschlossen, dessen Drucksignal über eine Signalleitung 14 an eine Steuer- und Regeleinheit 15 angeschlossen ist. An dieselbe Steuereinheit 15 ist eine Steuerleitung 16 an die Fördereinheit 2, sowie eine Ventilsignalleitung 17 zu dem Steuerteil 10 des Absperrventils 101 angeschlossen. Ebenfalls von der Steuereinheit 15 ausgehend beginnt die Frischgasleitung 8 und führt weiter zu der Dosiereinheit 9. Somit beinhaltet die Steuereinheit 15 ebenfalls die Möglichkeit, die Frischgaszufuhr von einer nicht dargestellten oder in der Steuereinheit 15 integrierten Frischgasquelle zu steuern.

Zum Betrieb des Beatmungsgerätes 1 zusammen mit dem Atemkreislauf 3 und den dazugehörigen dargestellten Komponenten entsprechend der Fig. 1 sei angenommen, daß der Kolben der Fördereinheit 2 gerade einen Inspirationshub gemäß Inspirationspfeil 4 ausübt. Dabei ist das Ventil 101 durch die Steuereinheit 15 geschlossen und das Reservoir 12 mit Frischgas gefüllt. Der Drucksensor 13 registriert einen entsprechenden Innendruck des Ballons 12 und gibt ihn als Meßsignal an die Steuereinheit 15 ab. Nach Beendigung des Inspirationshubes meldet die Fördereinheit 2 über die Steuerleitung 16 an die Steuereinheit 15 die Umkehrung zum Exspirationshub gemäß Exspirationspfeil 5, so daß nunmehr die Ausatemluft aus dem Atemkreislauf 3 in das durch den zurückfahrenden Kolben vergrößerte Volumen der Fördereinheit 2 zurückströmt. Gleichzeitig wird das Ventil 101 über die Ventilsignalleitung 17 geöffnet, so daß der zurückfahrende Kolben der Fördereinheit 2 zusätzlich aus dem Reservoir 12 Frischgas in den Atemkreislauf 3 saugt, sofern das Hubvolumen während des Exspirationshubes nicht vollständig aus dem Atemkreislauf 3 bedient werden kann. In diesem Fall hat nämlich der nicht dargestellte Patient Atemgas verbraucht, oder es sind zusätzlich Leckagen aufgetreten, durch die bei dem vorangegangenen Inspirationshub Atemgas an die Umgebung verlorengegangen ist. Nachdem der Exspirationshub abgeschlossen ist, wird dieser Zustand wiederum von dem Beatmungsgerät 1 an die Steuereinheit 15 gemeldet, worauf die Umkehrung in den Inspirationshub erfolgt und gleichzeitig das Absperrventil 101 geschlossen wird. Im geschlossenen Zustand der Frischgasleitung wird nun das teilweise oder gar gänzlich entleerte Reservoir 12 über die Dosiereinheit 9 mit Frischgas gefüllt, und zwar solange, bis der Füllstandsanzeiger 13 den vorher bestimmten und von der Steuereinheit 15 überwachten Druck im Reservoir 12 feststellt. Zu diesem Zeitpunkt wird von der Steuereinheit 15 die Frischgaszufuhr über die Dosiereinheit 9 abgesperrt und der gefüllte Ballon 12 steht für weitere Entnahmen während des nachfolgenden Exspirationshubes der Fördereinheit 2 zur Verfügung.

In Fig. 2 ist ein Beatmungsgerät 1 mit halbgeschlossenem Atemkreislauf 31 dargestellt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. An die Atemgasfördereinheit 2 ist eine Druckmeßeinrichtung 18 angeschlossen, die als Füllstandsanzeiger für die Atemgasmenge im Atemkreislauf 31 dient. Weiter ist ein elektrisch ansteuerbares Ablaßventil 20 vorgesehen, das über ein Steuerteil 19 und eine Signalleitung 21 an die Steuereinheit 15 angeschlossen ist. Die Druckmeßeinrichtung 18 ist über die Signalleitung 22 mit der Steuereinheit 15 verbunden.

Zum Betrieb des Beatmungsgerätes 1 zusammen mit dem Atemkreislauf 31 und den dargestellten Komponenten entsprechend der Fig. 2 sei angenommen, daß die Fördereinheit 2 gerade einen Inspirationshub gemäß Inspirationspfeil 4 ausführt. Die Dosiereinheit 9 sei auf einen konstanten Frischgasstrom von beispielsweise 4 L/min eingestellt. Das Absperrventil 101 ist geschlossen, so daß das Frischgas in das Reservoir 12 einströmt. Das Ablaßventil 19 im halbgeschlossenen Atemkreislauf 31 ist ebenfalls geschlossen. Während des Inspirationshubes befördert nun der Kolben der Fördereinheit 2 das Atemgas zum Patienten.

Bei Einleitung der Exspirationsphase (Exspirationspfeil 5) wird das Absperrventil 101 geöffnet. Durch den zurückfahrenden Kolben der Fördereinheit 2 strömt Atemgas aus dem Reservoir 12 und dem Atemkreislauf 31 in die Fördereinheit 2. Mit der Druckmeßeinrichtung 18 wird ständig der Druck im Atemkreislauf (31) an der Fördereinheit 2 gemessen und am Ende der Exspirationsphase mit einer an der Steuereinheit 15 ebenfalls vorgewählten oberen Druckgrenze verglichen. Übersteigt er diese obere Druckgrenze (z.B. 1 mbar), wird das Ablaßventil 20 geöffnet und ein Teil des Atemgases an die Umgebung abgegeben. Bei Erreichen einer an der Steuereinheit 15 ebenfalls vorgewählten unteren Druckgrenze (z.B. 0.5 mbar) wird das Ablaßventil 20 geschlossen. Anschließend kann ein neuer Inspirationshub durchgeführt werden. Bleibt der mit der Druckmeßeinrichtung 18 gemessene Druck unterhalb der oberen Druckgrenze, bleibt das Ablaßventil 20 geschlossen. Je nach an der Dosiereinheit 9 eingestellter Frischgasmenge kann das Ablaßventil 20 auch über mehrere Beatmungshübe geschlossen bleiben, wenn nämlich die zuströmende Frischgasmenge in etwa gleich der vom Patienten aufgenommenen Gasmenge und Leckagen ist. Durch das bedarfsweise Öffnen des Ablaßventils 20 erreicht man, daß betriebsbedingte Verluste an Frischgas oder Narkosemitteln minimiert werden und in hohem Maße auch im halbgeschlossenen Atemkreislauf 31 die Vorteile des vollständig geschlossenen Atemkreislaufes 3 (ohne Ablaßventil) erhalten bleiben, nämlich die hohe Frischgasausnutzung und die damit verbundene gute Anfeuchtung und Erwärmung des Inspirationsgases.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Beatmung mit Frischgas alleine, sondern dem Frischgas können mehrere flüchtige Narkosemittel beigemengt sein, die zusammen mit zusätzlichem Sauerstoffgas auf dieselbe Art in den Atemkreislauf 3, 31 dosierbar sind.

Claims (5)

1. Beatmungsgerät mit einem geschlossenen Atemkreislauf, in welchen die für die Beatmung notwendigen Gaskomponenten durch eine Steuereinheit und eine Dosiereinheit über eine Frischgasleitung, an die ein in seinem Volumen veränderbares, der Dosiereinheit nachgeschaltetes, mit einem Füllstandsanzeiger versehenes Reservoir angeschlossen ist, zudosiert sind, wodurch zumindest die verbrauchte Menge Atemgas wieder auffüllbar ist, wobei das Füllstandssignal des Füllstandsanzeigers als Istwert an die Steuereinheit abgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (12) von der Frischgasleitung (8) abzweigt, daß in der Steuereinheit (15) ein Vergleich des Füllstandssignales als Istwert mit einem vorgebbaren Sollwert durchgeführt ist, und daß vor der Einmündung der Frischgasleitung (8) in den Atemkreislauf (3) eine Absperrvorrichtung (10, 101) vorgesehen ist.

2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandsanzeiger (13) ein Drucksensor ist, der an die Abzweigleitung (11) einer ballonartigen Ausdehnungskammer als Reservoir (12) angeschlossen ist.

3. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinheit (9), die Absperrvorrichtung (10, 101) und der Füllstandsanzeiger (13) gemeinsam an die Steuereinheit (15) angeschlossen sind.

4. Beatmungsgerät mit einem halbgeschlossenen Atemkreislauf, in welchen die für die Beatmung notwendigen Gaskomponenten durch eine Steuereinheit und eine Dosiereinheit über eine Frischgasleitung, an die ein in seinem Volumen veränderbares Reservoir angeschlossen ist, zudosiert sind, wodurch zumindest die verbrauchte Menge Atemgas wieder auffüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Atemgasfördereinheit (2) im Atemkreislauf vorgesehen ist, daß die Atemgasfördereinheit (2) mit einer Druckmeßeinrichtung als Füllstandsanzeiger (18) für die Atemgasmenge im Atemkreislauf (31) versehen ist, dessen Signal an die Steuereinheit (15) abgegeben ist, wobei ein Vergleich mit einem vorgebbaren Sollwert durchgeführt ist, und daß im Atemkreislauf (31) ein mit der Steuereinheit (15) verbundenes Ablaßventil (20) vorgesehen ist.

5. Beatmungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinheit (9), das Ablaßventil (20), der Füllstandsanzeiger (18) und das Beatmungsgerät (1) mit seiner Atemgasfördereinheit (2) gemeinsam an die Steuereinheit (15) angeschlossen sind.