DE4345123C1

DE4345123C1 - Ventilanordnung für ein Beatmungsgerät

Info

Publication number: DE4345123C1
Application number: DE19934345123
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Habil Schaller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2013-12-31

Description

Die Erfindung geht aus von einer Ventilanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Ventilanordnung ist aus der DE-AS 16 16 488 bekannt.

Die Ventilprinzipien zur Beeinflussung des Atemgases zum Patienten bei der maschinellen Beatmung sind bei Erwachsenenbeatmung und Säuglingsbeatmung unterschiedlich. Herkömmliche Beatmungsgeräte für Erwachsene weisen ein Inspirationsventil und ein Exspirationsventil auf, die jeweils separat angesteuert werden. Bei der Säuglingsbeatmung hingegen wird dem Y-Stück des Tubus-Konnektors ein kon stanter Volumenstrom (continuous flow) zugeführt, dessen inspiratorische und exspiratori sche Komponente durch lediglich ein im Exspirationszweig angeordnetes Ventil gesteuert werden können. Der konstante Volumenstrom wird in seiner Höhe so bemessen, daß er dem maximalen inspiratorisch erforderlichen Volumenstrombedarf genügt.

Der Vorteil getrennter In- und Exspirationsventile gegenüber dem Einzelventil besteht darin, daß der Atemgasverbrauch dem tatsächlichen Bedarf des Patienten entspricht. Das conti nuous flow Prinzip ließe sich wegen des hohen Volumenstrombedarfs bei der Erwachse nenbeatmung gar nicht anwenden. Nachteilig ist der doppelte Aufwand an Ventilen und Ansteuerelektronik sowie der erhöhte Platzbedarf. Hinzu kommt, daß bei Beatmung mit ho hen Frequenzen (Hochfrequenzventilation) zeitliche Koordinierungsprobleme zwischen bei den Ventilen entstehen können. Letzteres ist besonders dann von Bedeutung, wenn die Ventilanordnung neben den kon ventionellen Beatmungsformen auch die Hochfrequenzventilation gewährleisten soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die den Vorteil getrennter In- und Exspirationsventile in bezug auf den geringen Atemgasverbrauch mit dem Vorteil des Einzelventiles (continuous flow) bez. der Einfachheit der Ansteuerung und Regelbarkeit sowie des Fehlens zeitlicher Koordinierungsprobleme verbindet, wobei die zu reinigenden Teile einfach ausbaubar sein sollen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 dazu angegebenen Merkmale gelöst. Besondere Ausführungsarten der Ventilanordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es können Erwachsenen- und Säuglingsbeatmungsgeräte nach dem gleichen Prinzip aufgebaut werden, das zusätzlich für die Generierung der Hochfrequenzventilation besondere Eignung aufweist.

Die Ventilanordnung funktioniert in der Weise, daß das Inspirationsventil schließt, wenn das Exspirationsventil öffnet und umgekehrt. Beide Ventile werden durch lediglich einen Ventilantrieb angesteuert. Da bei Mittelstellung beider Ventile sowohl der inspiratorische als auch der exspiratorische Ventilwiderstand hoch sind, wird inspiratorisch nahezu der gesamte Anteil des Gesamt-Volumenstroms dem Patienten zugeführt. Diese Ventilanordnung stellt einen Kompromiß zwischen beiden o. g. Prinzipien dar. Sie vereint die Einfachheit der Ansteuerung des Einzelventiles mit dem geringen Atemgasver brauch der In-Exspirationsventil-Variante.

Da das Ventil mit dem ggf. kontaminierten Atemgas in Berührung kommt, muß es reinigbar und sterilisierbar sein. Zu diesem Zwecke wird es einem Patiententeil zugeordnet und in spielfreier lösbarer Weise mit dem Ventilantrieb gekoppelt. Dieser ist im Beatmungsgerät angeordnet und einer Sterilisation nicht zugänglich. Die Kopplung erfolgt gem. der Erfin dung durch Magnetkraft, wobei auf dem Stößel des Ventilantriebes ein Topfmagnet befe stigt ist, der den Ventilkörper des Doppelventiles mit großer Kraft anzieht. Zu diesem Zwek ke enthält der Ventilkörper auf der dem Topfmagneten zugewandten Seite eine dünne Platte aus Weicheisen. Zwischen beiden kann noch eine dämpfende Metall- oder Kunst stoff-Zwischenlage angeordnet sein. Die Koppelstelle zwischen Topfmagnet und abtrennba rem Ventilkörper ist auf einer Seite leicht kugelig gestaltet. Dadurch wird innerhalb eines ge wissen Winkelbereiches um die Bewegungsachse lediglich eine translatorische Kraft zwi schen Ventilantrieb und Ventilkörper, nicht aber ein Biegemoment ausgeübt. Dabei ist es für das Prinzip unwesentlich, ob die kugelige Form auf dem Magnet, der Weicheisenplatte oder der Zwischenlage vorgesehen ist.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich zum Ventilantrieb auch auf der Seite der Ventilkörpereinheit ein Topfmagnet angeordnet. Beide Topfmagnete sind sektor weise magnetisiert, z. B. axial oder lateral. Je nach winkelmäßiger Zuordnung zwischen beiden Magneten wirkt eine anziehende oder eine abstoßende Kraft. Dieser Umstand kann für eine leichtere Entkopplung zwischen Ventilantrieb und Ventilkörpereinheit genutzt werden, indem die Ventilkörpereinheit vor der beabsichtigten Trennung soweit um ihre Achse verdreht wird, daß Ventilantrieb und Ventilkörpereinheit durch die nunmehr abstoßenden Kräfte zwischen den gegenüberliegenden Magnetsektoren leicht gelöst werden können. Zu diesem Zweck enthält die Ventilkörpereinheit ein zusätzliche Ausformung oder ein zusätzliches Teil, mittels deren die Drehung z. B. von Hand vorgenommen werden kann.

Die Position der Ventilkörpereinheit relativ zum gemeinsamen Ventilkäfig für In- und Exspi rationsventil wird mittels eines Positionsmeßsystems erfaßt. Dieses bildet konstruktiv mit dem Ventilantrieb eine Einheit und weist zu dem Ventilkäfig einen definierten und eng tole rierten Abstand auf, der z. B. durch einen paßgenauen Anschlag gewährleistet werden kann.

Die Ventilkörpereinheit verfügt über eine Meßmarke, deren Position relativ zum Ventilkäfig genau bestimmt wird. Nach der Erfindung ist das Positionsmeßsystem als optisches Positi onsmeßsystem ausgeführt, wobei das Licht einer Lichtquelle, insbesondere einer Licht emittierenden Diode (LED), über eine Sendeoptik und eine Empfangsoptik auf einen posi tionsempfindlichen Fotoempfänger, insbesondere ein "Position Sensitive Device" (PSD) projiziert wird. Zwischen Sendeoptik und Empfangoptik ist ein mit einer engen Nut (Meßmarke) versehener Teil des Ventilkörpers in der Weise angeordnet, daß auf den posi tionsempfindlichen Fotoempfänger ein schmaler Lichtstreifen fällt, dessen Position ausge wertet werden kann. Diese Information über die Kolbenstellung dient als Regelgröße eines Positionsregelkreises. In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Positionsmeßsystem doppelt ausgeführt, wobei das zweite Positionsmeßsystem der Überwachung dient. Alle anderen dem Fachmann bekannten Formen von Positionsmeßsystemen wie z. B. opti sche, magnetische, induktive oder kapazitive sind ebenfalls anwendbar.

Vorteilhaft könnte ein Atemgasanfeuchter zwischen Primär druckquelle und Eingang des Inspirationsventiles angeordnet sein. Dies führt zu einer Minimie rung des kompressiblen Volumens im Patientenkreis.

Die Erfindung ermöglicht die Realisierung eines einzigen Ventilprinzipes sowohl für die Erwachsenen- als auch für die Säuglingsbeatmung. Durch Verwendung nur eines Ventilantriebes werden die Koordinationsprobleme, wie sie bei getrennten Antrieben auftreten, vermieden, wodurch auch die Beatmung mit sehr hohen Frequenzen möglich wird. Damit wird die Technik der Beatmungsgeräte verbessert.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben werden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Ventilanordnung, bestehend aus Inspirationsventil 2 und Exspirationsventil 4 wird im vorliegenden Fall als Schieberventil ausgeführt, wobei der bewegliche Ventilkörper 1 des Inspirationsventiles 2 gemeinsam mit dem beweglichen Ventilkörper 3 des Exspirationsventils 4 die Ventilkörpereinheit 5 in Form eines Schiebers bilden. Die Ventilkörpereinheit 5 ist im vorderen Teil mit einer Nut versehen, die als Positionsmarke 8 dient. Das aus Strahlungsquelle 21 emittierte und durch die Optik 22 fokussierte Licht passiert den als Positionsmarke 8 dienenden Spalt und gelangt danach auf den positionsempfindlichen Sensor 20. Dieser sowie Strahlungsquelle 21 und Optik 22 bilden das Positionsmeßsystem 10. Es erfaßt die Lage der Ventilkörpereinheit 5 relativ zum Ventilgehäuse 9. Ein maßlich genau definierter Anschlag 15 sorgt für eine genaue Zuordnung des Positionssignales zur Stellung der Ventilkörpereinheit 5 relativ zum Ventilgehäuse 9. Ein zweites, in der Zeichnung nicht dargestelltes Positionsmeßsystem dient der zusätzlichen Überwachung.

Inspirationsventil 2 und Exspirationsventil 4 sind im Ausführungsbeispiel konstruktiv nicht so klar abgrenzbar. In Verbindung mit dem Ventilgehäuse 9 wird das Inspirationsventil 2 funktionell gebildet durch Inspirationseingang 16, den durch das Mittelteil des Schiebers gebildeten beweglichen Ventilkörper 1 des Inspirationsventiles 2 und den Inspirationsaus gang 17. Die Funktion von Exspirationsventil 4 wird durch den Exspirationseingang 18, den durch den rechten Teil der Ventilkörpereinheit 5 inkl. der Schieberkante gebildeten beweglichen Ventilkörper 3 des Exspirationsventiles 4 sowie den Exspirationsausgang 19 abgegrenzt.

Die Kopplung zwischen Ventilantrieb 7 und Ventilkörper 5 erfolgt mittels des Magneten 11 und der Weicheisenplatte 12. Der Magnet 11 ist zentrisch auf dem Ventilantrieb 7 aufgeklebt und die Weicheisenplatte ist fest mit der Ventilkörpereinheit 5 verbunden. Die Weicheisenplatte 12 weist auf der dem Magneten 11 zugewandten Seite eine kugelige Oberfläche mit einem Kugelradius von ca. 30 mm auf. Zwischen Magnet 11 und Weicheisenplatte 12 ist zum Schutze des Magneten 11 auf diesen als Zwischenlage 14 noch eine dünne Metallfolie geklebt. Die Strich-Punkt-Linie markiert die Bewegungsachse des Ventilkörpers.

Bezugszeichenliste

1 beweglicher Ventilkörper des Inspirationsventiles
2 Inspirationsventil
3 beweglicher Ventilkörper des Exspirationsventiles
4 Exspirationsventil
5 Ventilkörpereinheit
6 Kopplung
7 Ventilantrieb
8 Positionsmarke
9 Ventilgehäuse
10 Positionsmeßsystem
11 Magnet
12 Weicheisenplatte
13 weiterer Magnet
14 Zwischenlage
15 Anschlag
16 Inspirationseingang
17 Inspirationsausgang
18 Exspirationseingang
19 Exspirationsausgang
20 positionsempfindlicher Sensor
21 Strahlungsquelle
22 Optik

Claims

1. Ventilanordnung für ein Beatmungsgerät, bestehend aus einem Inspirationsventil und einem Exspirationsventil, einem Ventilgehäuse, einem Ventilantrieb und einer Kopplung zwischen Inspirationsventil und Exspirationsventil einerseits und dem Ventilantrieb andererseits , bei welcher der bewegliche Ventilkörper des Inspirationsventiles und der bewegliche Ventilkörper des Exspirationsventiles starr miteinander verbunden sind, wobei sie eine Ventilkörpereinheit bilden, die über die Kopplung mit dem Ventilantrieb mechanisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Ventilkörpereinheit (5,) mit dem Ventilantrieb (7) aus einem Magnet (11) und einer Weicheisenplatte (12) oder aus einem Magnet (11) und einem weiteren Magnet (13) besteht, wobei der Magnet (11) mit dem Ventilantrieb (7) und die Weicheisenplatte (12) oder der weitere Magnet (13) fest mit der Ventilkörpereinheit (5) verbunden sind, daß die Ventilkörpereinheit (5) mit einer Positionsmarke (8) versehen ist, deren Position relativ zu dem Ventilgehäuse (9) mittels eines oder mehrerer Positionsmeßsysteme (10) bestimmt ist, und daß die Information über die Stellung der Ventilkörpereinheit (5) als Regelgröße für einen Positionsregelkreis dient.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 11 gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich zwischen Magnet (11) einerseits und Weicheisenplatte (12) oder weiteren Magnet (13) andererseits noch eine Zwischenlage (14) angeordnet ist.

3. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine der Komponenten von Magnet (11), Weicheisenplatte (12), weiterem Magnet (13) oder Zwischenlage (14) eine leicht kugelige Oberfläche aufweist.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Radius der Kugeligkeit größer als 15 mm ist.

5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß bei Kopplung über Magnet (11) und weiterem Magnet (13 der Magnet (11) und der weitere Magnet (13) jeweils sektorenförmig magnetisiert sind und die Ventilkörpereinheit (5) eine Ausformung oder ein zusätzliches Teil aufweist, mittels dessen die Ventilkörpereinheit (5) um ihre Achse gedreht werden kann.