DE60028532T2 - Vorrichtung zur hochfrequenten maschinellen Beatmung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventilator mit Hochfrequenzoszillator (HFO) des Typs, in welchem hochfrequente Druckschwankungen in ein Atemgas um einen mittleren Atemwegsdruck induziert werden derart, dass sich kleine Gasvolumen in die Luftwege eines Patienten hinein und aus diesen heraus bewegen, um für eine vollständige Beatmungsunterstützung zu sorgen.
• Es ist bekannt, einen HFO-Ventilator anzugeben, der eine Oszillatoreinheit umfasst, die mit einer vorbestimmten Hochfrequenz einem proximalen Ende einer Gasleitung abwechselnd ein Gasvolumen (Oszillatorvolumen) zuführt und entnimmt, wobei eine Gasleitung ein an die Oszillatoreinheit anschließbares proximales Ende und ein mit den Luftwegen des Patienten verbindbares distales Ende hat, und zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende ein Einlass für Bias-Gas und ein Auslass, durch welchen Gas aus der Leitung entfernt wird, positioniert sind. Der Auslass enthält typischerweise einen variablen Strömungswiderstand, der zusammen mit einer geeigneten Durchflussrate von Bias-Gas für Gas in der Leitung einen mittleren Atemwegsdruck aufbaut, der so ausgewählt wird, dass sich die Lungen ausreichend öffnen, um einen optimalen Gasaustausch zu erreichen. Durch die abwechselnde Zufuhr und Entfernung von Gas mithilfe der Oszillatoreinheit oszilliert der Gasdruck in der Leitung um diesen mittleren Atemwegsdruck. Dies bewirkt, dass sich ein Gasvolumen durch das distale Ende der Leitung bewegt und abwechselnd in die Atemwege eines Patienten zugeführt (Inspirationstidalvolumen) und von diesen entfernt (Exspirationstidalvolumen) wird.
• Ein Problem mit dem bekannten HFO-Ventilator besteht darin, dass er verhältnismäßig unflexibel ist, da das Inspirationstidalvolumen und das Exspirationstidalvolumen vom Oszillatorvolumen abhängig sind. Deshalb muss das Oszillatorvolumen geändert werden, um eines der Tidalvolumen zu ändern. Es ist schwierig, eine Oszillatoreinheit anzugeben, in welcher der Oszillator mit beliebig hoher Präzision oder Geschwindigkeit verändert werden kann.
• Zusätzlich zum Festlegen eines mittleren Atemwegdrucks spült der Bias-Flow Kohlendioxid (CO₂), welches vom Patienten ausgestoßen und als Teil des Exspirationstidalvolumens in die Leitung gezogen wird, durch den Auslass und verhindert dadurch, dass es rückgeatmet wird. Die Rate, mit der das Kohlendioxid entfernt wird, ist von der Durchflussrate des Bias-Gases durch die Leitung, vom Einlass zum Auslass, abhängig.
• Ein weiteres Problem des bekannten HFO-Ventilators ist folgendes: Um für eine variable Bias-Gasflussrate zu sorgen, muss die Oszillatoreinheit geeignet sein, ein variables Oszillatorvolumen bereitzustellen, dass größer als das gewünschte Inspirationstidalvolumen ist. Das liegt daran, dass wenn die Bias-Flussrate ansteigt, der Strömungswiderstand am Auslass reduziert werden muss, um einen vorbestimmten mittleren Atemwegdruck zu halten. Dies hat jedoch zur Folge, dass eine größere Menge des Oszillatorvolumens durch den Auslass heraus strömt, weil sein Widerstand im Vergleich zum Widerstand an dem distalen Ende der Leitung reduziert wird. Um ein gewünschtes Inspirationstidalvolumen zu halten, muss das Oszillatorvolumen erhöht werden, damit es dieses Inspirationstidalvolumen überschreitet.
• Nach der vorliegenden Erfindung wird ein HFO-Ventilator angegeben, der im vorliegenden Anspruch 1 beschrieben und durch diesen gekennzeichnet ist. Durch das Bereitstellen eines Durchflussreglers, welcher so ausgebildet ist, dass er das Oszillatorvolumen zwischen dem distalen Ende der Leitung und dem Auslass verteilt, kann das Inspirationstidalvolumen unabhängig vom Oszillatorvolumen eingestellt werden.
• Nützlicherweise umfasst der Durchflussregler eine größenveränderliche Drossel, die in der Leitung an einer Stelle zwischen dem Einlass und Auslass sowie dem distalen Ende angeordnet ist, zum Beispiel in einem gemeinsamen Fuß eines Y-stückförmigen Verbinders. Die Drossel ist durch Veränderung ihrer Größe so bedienbar, dass sie den Widerstand des Gasflusses zum distalen Ende der Leitung und von diesem weg reguliert. (Aufgrund seiner Anordnung in der Leitung kann der Regler vorgesehen werden, ohne dass sich der Totraum des Ventilators deutlich erhöht.)
• Zusätzlich kann der HFO-Ventilator eine Oszillatoreinheit umfassen, die starke Veränderungen im Oszillatorvolumen erzeugen kann. So kann sie zum Beispiel ein anderes maximales Oszillatorvolumen bereitstellen, welches zur Beatmung verschiedener Kategorien von Patienten, wie beispielsweise Erwachsenen, Kleinkindern und Neugeborenen, verwendet wird. Dabei ist der Durchflussregler so ausgebildet, dass er das Tidalvolumen gemäß den Beatmungsbedürfnissen einzelner Patienten innerhalb jeder Kategorie ändert. Dies erweitert den Betriebsbereich eines HFO-Ventilators, ohne dass präzise und damit relativ kostenintensive Vorrichtungen zum Steuern des Oszillatorvolumens erforderlich sind.
• Mit Bezug auf die Zeichnungen der anliegenden Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der folgenden Erfindung beschrieben. In diesen zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines bekannten HFO-Ventilators,
• 2 eine schematische Darstellung eines HFO-Ventilators nach der vorliegenden Erfindung.
• 1 zeigt einen bekannten HFO-Ventilator, in dem eine Oszillatoreinheit 2 mit einem ersten Ende 4 einer Länge des Gasschlauches 6 verbunden ist, welcher an einem zweiten Ende 8 mit einem ersten Schenkel 10 eines Y-stückförmigen Verbindungselements 12 verbunden ist. Ein gemeinsamer Fuß 14 des Y-Stücks 12 ist an einen Endotrachealtubus 16 angeschlossen, dessen Ende 18 zur Verbindung mit den Luftwegen eines Patienten bestimmt ist. Demzufolge können der Schlauch 6, der erste Schenkel 10 und der gemeinsame Fuß 14 des Y-Stücks 12, und wahlweise der Endotrachealtubus 16, so verstanden werden, dass sie eine Leitung mit einem proximalen Ende 4, welches an die Oszillatoreinheit 2 angeschlossen ist, und einem distalen Ende 18, das zur Verbindung mit den Luftwegen eines Patienten bestimmt ist, bilden. Ein verstellbarer Strömungswiderstand, wie zum Beispiel ein variabel öffnendes Pilzventil 20, ist mit einem zweiten Schenkel 22 des Y-Stücks 12 verbunden, um einen Auslass für das Gas bereitzustellen.
• Der Gasschlauch 6 ist dicht an seinem ersten Ende 4 mit einem Einlass 24 ausgebildet und mit einer Bias-Gasversorgung 26 verbunden. Die Bias-Gasversorgung 26 hat eine oder mehr Einlassöffnungen (hier sind drei gezeigt) 28a–c, welche zur Verbindung mit einer oder mehr externen Druckgasquellen (nicht dargestellt) bestimmt sind, und kann, wie in der Technik bekannt, ein herkömmlicher mechanischer Ventilator sein, der so modifiziert wurde, dass er für einen kontinuierlichen Bias-Gasfluss durch den Einlass 24 sorgt. Die Bias-Gasversorgung 26 umfasst im Allgemeinen eine Gasaufbereitungseinheit 30, welche Gas von den externen Quellen empfängt und aufbereitet (zum Beispiel die Gase mischt und die Hitze und/oder den Feuchtigkeitsgehalt steuert), um ein Atemgas zu produzieren, welches wie das Bias-Gas in den Schlauch 6 geführt wird. Außerdem umfasst die Bias-Gasversorgung 26 eine Steuerelektronik 32, welche nützlicherweise eine Benutzerschnittstelle (nicht gezeigt) enthalten kann, mit der von einer Bedienperson Betriebsparameter des Ventilators eingegeben werden, und welche die Gasaufbereitungseinheit 30 steuert, um u. a. einen gewünschten Bias-Gasfluss bereitzustellen. Die Steuerelektronik 32 steuert zudem den Öffnungsdruck des Pilzventils 20 derart, dass ein gewünschter mittlerer Atemwegsdruck erzielt wird. Der mittlere Atemwegsdruck kann mittels eines Drucksensors 34 in der Leitung 6, 10, 14, 16 überwacht werden, welcher an die Steuerelektronik 32 ein denselben anzeigendes Ausgangssignal abgibt, die es zur Steuerung des Ventils 20 verwendet.
• Eine weitere Komponente des bekannten HFO-Ventilators ist eine Oszillatorantriebseinheit 36, die in der Oszillatoreinheit 2 typischerweise einen Oszillator, wie zum Beispiel einen Kolben oder eine Membran, mit einer auswählbaren vorbestimmten Hochfrequenz und Hublänge antreibt, um ein Atemgasvolumen (Oszillatorvolumen) in den Schlauch 6 hinein und aus diesem heraus zu bewegen und damit im Gas um einen mittleren Atemwegsdruck hochfrequente Druckschwankungen zu induzieren, welche vom proximalen Ende 4 zum distalen Ende 18 der Leitung 6, 10, 14, 16 geleitet werden. Diese Schwankungen bewirken ihrerseits, dass sich ein Gasvolumen abwechselnd in die Luftwege eines Patienten hinein (Inspirationstidalvolumen) und aus diesen heraus (Exspirationstidalvolumen) bewegt, wobei das Volumen vom Oszillatorvolumen abhängig ist.
• Es folgen nunmehr Ausführungen zu dem in 2 gezeigten HFO-Ventilator nach der vorliegenden Erfindung. In ihm sind Komponenten, die sowohl in 1 als auch in 2 gleich sind, mit identischen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich zu den Komponenten des bekannten HFO-Ventilators, die bereits oben in Bezug auf die 1 beschrieben wurden, ist ein Durchflussregler 38 mit einer größenveränderlichen Drossel versehen. Diese ist im vorliegenden Fall ein aufblasbarer Ring 40, der im gemeinsamen Fuß 14 des Y-Stücks 12 angeordnet ist. Der Ring 40 ist über eine Gasleitung 42 mit der Gasaufbereitungseinheit 30 verbunden, welche von der Steuerelektronik 32 gesteuert wird, um dem Ring 40 je nach Bedarf Gas zuzuführen und zu entnehmen. Auf diese Weise kann der Gasflusswiderstand zwischen dem distalen Ende 18 der Leitung 6, 10, 14, 16 und den Schenkeln 22, 10 des Y-Stücks 12, und damit das Inspirations- und/oder Exspirationstidalvolumen durch Aufblasen und Ablassen des Ringes 40 reguliert werden.
• In einem Betriebsmodus kann der erfindungsgemäße HFO-Ventilator so konfiguriert werden, dass er die Verwendung eines einstellbaren Bias-Flows erleichtert. Dabei muss das Oszillatorvolumen nicht geändert werden, wie bei dem bekannten HFO-Ventilator notwendig ist. Zu diesem Zweck wird die Oszillatoreinheit 2 ausgewählt, um in das proximale Ende 4 des Schlauches 6 ein Oszillatorgasvolumen zuzuführen, was ausreichend ist, um ein gewünschtes Inspirationstidalvolumen bereitzustellen, wenn der Ring 40 teilweise aufgeblasen ist und wenn die Bias-Flussrate von der Versorgung 26 auf einem bekannten Zwischenpegel eingestellt wird. Die Steuerelektronik 32 ist so ausgebildet, dass sie den Betrieb des Ventils 20 und des Durchflussreglers 38 in Abhängigkeit von dem Durchfluss und den vom Sensor 34 ausgegebenen Druckangaben reguliert, um einen vorbestimmten mittleren Atemwegsdruck und ein Inspirationstidalvolumen zu halten. Folglich muss das Ventil 20 so reguliert werden, dass es seinen Durchflusswiderstand verringert, wenn die Bias-Flussrate erhöht wird, damit der gewünschte mittlere Atemwegsdruck gehalten werden kann. In dem bekannten HFO-Ventilator mit einer Oszillatoreinheit 2, die nur ein festes Oszillatorvolumen liefert, würde dies zu einer größeren Verteilung des das Ventil 20 hindurch strömenden Oszillatorvolumens und zu einer entsprechenden Verringerung des Inspirationstidalvolumen führen. Im HFO-Ventilator nach der vorliegenden Erfindung stellt der Sensor 34 eine Erhöhung des Durchflusses fest, was die Steuerelektronik 32 veranlasst, die Gasaufbereitungseinheit 30 so zu betätigen, dass sich der Ring 40 aufbläst. Der Gasdurchflusswiderstand in Richtung des distalen Endes 18 des Endotrachealtubus 16 nimmt ab und das Inspirationstidalvolumen kann so auf einem gewünschten Pegel gehalten werden. Es ist offensichtlich, dass wenn die Gasaufbereitungseinheit 30 betätigt werden würde, um den Bias-Flow durch den Einlass 24 zu erhöhen, der Ring 40 aufgeblasen werden müsste, um seinen Durchflusswiderstand im Vergleich zu dem des Ventils 20 zu behalten.
• In anderen Betriebsmodi des HFO-Ventilators nach der vorliegenden Erfindung kann der Ring 40 aufgeblasen oder abgelassen werden, um für ein gewünschtes Inspirationstidalvolumen zu sorgen, das beispielsweise über die Benutzerschnittstelle der Steuerelektronik 32 als Betriebsparameter eingegeben wird, oder um das Verhältnis von Inspirationstidalvolumen zu Exspirationstidalvolumen zu ändern, ohne dass hierfür eine Oszillatoreinheit 2 notwendig ist, welche ein größenveränderliches Oszillatorvolumen erzeugt.

Claims (6)

1. Ventilator mit einem Hochfrequenzoszillator (HFO), umfassend eine Oszillatoreinheit (2), die mit einer vorbestimmten Hochfrequenz einem proximalen Ende einer Gasleitung (6, 10, 14, 16) abwechselnd ein Gasvolumen zuführt und entnimmt, wobei eine Gasleitung (6, 10, 14, 16) ein an die Oszillatoreinheit (2) anschließbares proximales Ende (4) und ein mit den Luftwegen des Patienten verbindbares distales Ende (18) hat, und zwischen dem proximalen Ende (4) und dem distalen Ende (18) ein Einlass (24) für Bias-Gas und ein Auslass (20) positioniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator ferner zwischen dem distalen Ende (18) der Leitung (6, 10, 14, 16) und dem Auslass (20) einen Durchflussregler (38) hat, der das von der Oszillatoreinheit (2) zugeführte Gasvolumen verteilt und ein vorbestimmtes Inspirations-Tidalvolumen festlegt, das zu den Luftwegen des Patienten geleitet wird.
2. HFO-Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussregler (38) eine größenveränderliche Drossel (40) umfasst, die in der Leitung (6, 10, 14, 16) an einer Stelle zwischen dem Einlass (24) und Auslass (20) sowie dem distalen Ende (18) angeordnet ist, und die durch Veränderung ihrer Größe so bedienbar ist, dass sie den Gasflusswiderstand zwischen den proximalen (4) und den distalen Enden (18) der Leitung (6, 10, 14, 16) reguliert.
3. HFO-Ventilator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine mit dem Einlass (22) verbindbare Bias-Gaszufuhr (26), Mittel (30, 32) zur Regulierung der Bias-Gasflussrate durch den Einlass (22) sowie Steuermittel (32), die geeignet sind, die Größe der Drossel (4) in Abhängigkeit von der Bias-Gasflussrate zu ändern.
4. HFO-Ventilator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflusssensor (34) vorgesehen ist, der geeignet ist, in der Leitung (6, 10, 14, 16) an einer Stelle (14) zwischen dem Durchflussregler (38) und dem distalen Ende (18) Gasdurchflussparameter zu überwachen und ein dieselben anzeigendes Ausgangssignal abzugeben, sowie Steuermittel (32), die geeignet sind, die Menge aufzunehmen und die Größe der Drossel (40) zu verändern, um das vorbestimmte Tidalvolumen festzulegen.
5. HFO-Ventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung (6, 10, 14, 16) ein Element (12) hat, das mit einem ersten, an die Oszillatoreinheit (2) anschließbaren Leitungszweig (10), einen zweiten, an den Auslass (20) anschließbaren Leitungszweig (22), und einem gemeinsamen Leitungsfuß (14) ausgebildet ist, der an die Luftwege eines Patienten anschließbar ist und in dem die größenveränderliche Durchflussdrossel (40) angeordnet ist.
6. HFO-Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussregler (38) ferner geeignet ist, zwischen dem distalen Ende (18) und dem Auslass (20) ein Gasvolumen zu verteilen, das von der Oszillatoreinheit (2) aus der Leitung (6, 10, 14, 16) entnommen wurde, um ein vorbestimmtes Verhältnis von Inspirations-Tidalvolumen zu Exspirations-Tidalvolumen festzulegen.