DE60030873T2

DE60030873T2 - Vorrichtung zur Reduzierung des Bias-Flusses in oszillierenden Ventilatoren

Info

Publication number: DE60030873T2
Application number: DE60030873T
Authority: DE
Inventors: P. Bradley Buffalo FURHMAN; S. Mark Buffalo DOWHY
Original assignee: Fuhrman, Bradley P.; Dowhy, Mark S.
Current assignee: THE RESEARCH FOUNDATION OF STATE UNIVERSITY OF, US
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: JP2003505214A; EP1225944A4; EP1225944A1; AU6618500A; DE60030873D1; WO2001008736A1; US6591836B1; CA2387632A1; EP1225944B1; HK1044903A1; ATE339984T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Beatmungsgeräte, um das Atmen von Tieren zu unterstützen. Ganz besonders stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beatmen bereit.
DISKUSSION DES STANDS DER TECHNIK
Es gibt viele Situationen, in welchen normales Atmen von einem Tier-Patienten beeinträchtigt ist, und durch externe Mittel unterstützt werden muss. Oszillations-Beatmungsgeräte werden verwendet, um in solchen Situationen das Atmen zu erleichtern. Unter den Typen von verfügbaren Beatmungsgeräten gibt es Hochfrequenz-Oszillations-Beatmungsgerät. Das U.S. Patent 4,719,910 beschreibt einen Hochfrequenz-Oszillations-Beatmungsgerät. Ein Gasstrom wird von einer Gasquelle zu einem Hochfrequenz-Oszillator geleitet. Der Hochfrequenz-Oszillator umfasst ein Gehäuse, welches einen Magnet beinhaltet, und welches einen diaphragmatisch abgedichteten Kolben, welcher hierin angebracht ist aufweist, einen Einlass, welcher den Raum innerhalb des Gehäuses auf der ersten Seite des Diaphragmas mit dem Gasleitungsmittel verbindet, und eine Spule, welche auf der ersten Seite des Diaphragmas angebracht ist. Ein Schaltkreis wird bereitgestellt, welcher betreibar ist, um die Polarität des Flusses des Stromes in der Spule umzukehren, dadurch wird das Diaphragma veranlasst, sich innerhalb des Gehäuses zurück und vor zu bewegen. Es wird eine Röhre, welche den Raum auf der zweiten Seite des Diaphragmas mit der Gasquelle und dem Atemweg des Patienten verbindet, bereitgestellt.
Beim bekannten Stand der Technik wird inspiratorisches Gas über eine u-förmige Röhre in und aus dem Patienten heraus bewegt, und eine Bewegung des Diaphragmas. Für Zwecke um den bekannten Stand der Technik zu beschreiben, kann die u-förmige Röhre beschrieben werden, als ob sie ein erstes Glied mit einem distalen Ende aufweist, ein zweites Glied mit einem distalen Ende und eine Röhre zwischen den Gliedern. Mit der Röhre zwischen den Gliedern ist eine andere Röhre verbunden („Patienten-Linie"), welche Gas aus der u-förmigen Röhre dem Patienten zuführt, und ebenfalls Gas vom Patienten zu der u-förmigen Röhre. Die Patienten-Linie kann mit dem Patienten über eine endotrachiale Röhre verbunden sein. Das distale Ende des ersten Glieds ist in einer dichtenden Beziehung zu dem Diaphragma angebracht, sodass Gas innerhalb der u-förmigen Röhre dazu veranlasst wird zu oszillieren, während das Diaphragma sich zurück und vor bewegt. Geeignetes Gas zur Einatmung („Einatmungsgas") wird an einer Stelle der u-förmigen Röhre zwischen dem Diaphragma und der Patienten-Linie zugeführt.
Einatmungsgas geht durch das erste Glied der u-förmigen Röhre, und ausgeatmetes Gas geht über das zweite Glied der u-förmigen Röhre in die Atmosphäre und weg von dem distalen Ende des zweiten Glieds. Um ausgeatmete Gase davon abzuhalten während der Ausatmungsphase der Beatmung zurück in das erste Glied gedrückt zu werden, kann mehr Einatmungsgas als vom Patienten gebraucht wird bereitgestellt werden, um das ausgeatmete Gas in das zweite Glied zu bewegen. Das Einatmungsgas welches überflüssig zu den Erfordernissen des Patienten bereitgestellt wird, wird hierin als „Steuerungsstrom" bezeichnet. Um ausgeatmetes Gas in das zweite Glied der u-förmigen Röhre zu bewegen, wird ein Einatmungsgas-Flussrate von ungefähr 20 Litern pro Minute verwendet, wenn Kinder belüftet werden und soviel wie 60 bis 80 Liter pro Minute, wenn ältere Kinder oder Erwachsene belüftet werden. Solche großen Volumina von Einatmungsgas würden die verfügbare Zufuhr der meisten Transport- und Ambulanzfahrzeuge schnell erschöpfen. Weiter erfordern solche Vorrichtungen des Stands der Technik große und teure Volumina an therapeutischen Gasen, welche mit dem Einatmungsgas gemischt werden könnten (z.B. volatile Anästhetika, Stickoxid, verdampfte Perfluorcarbonate, Helium-/Sauerstoff-/Gemische etc.). Schließlich sind solche Vorrichtungen des Stands der Technik ineffizient, wenn man die Menge an Einatmungsgas betrachtet, welche für den Patienten erforderlich ist, und die relativ große Menge von Einatmungsgas, welches der Lüftung zugeführt wird.
Beim bekannten Stand der Technik, US-A-5,092,328 offenbart ein Beatmungssystem, welches einen pneumatisch kolbenbetriebenen Oszillator aufweist. Der Kolben wird durch eine Vielzahl von Solinoid betriebenen Ventilen betrieben, welche von einem Mikroprozessor gesteuert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Beatmungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung wird in Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Merkmale der Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Vorzugsweise weist der Oszillator ein schwingendes Diaphragma bzw. eine schwingende Membran auf, und das erste Ende befindet sich in einem abdichtenden Verhältnis zu dem Oszillator. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Gaszuführungsleitung ist mit der Schwingleitung verbunden. Vorzugsweise steht eine Auslassleitung in pneumatischer Verbindung mit der Patientenleitung, und ein Ende der Auslassleitung, distal zur Patientenleitung, ist mit dem Auslassventil verbunden. Vorzugsweise gibt das Ausgangsventilgas von der Auslassleitung während der Inhalation aus, und verhindert das Auslassen von Gas von der Auslassleitung während der Ausatmung.
Ein Verfahren zur Anwendung der oben beschriebenen Beatmungs- bzw. Lüftungsvorrichtung ist nicht ein Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Es ist ein Patient in pneumatischer Verbindung mit der Patientenleitung vorgesehen, und Gas wird zur Schwingleitung zugeführt. Der Oszillator wird in Richtung der Schwingleitung bewegt und das Auslassventil ist geöffnet. Dann wird der Oszillator weg von der Schwingleitung bewegt und das Auslassventil wird geschlossen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der Natur und der Aufgaben der Erfindung sollte auf die folgende Beschreibung Bezug genommen werden in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, für welche Folgendes gilt:
1 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, welche die Hauptkomponenten der Vorrichtung veranschaulicht und welche einen CO₂-Wäscher verwendet;
2a und 2b sind schematische Schnittdarstellungen von jeweils der geschlossenen und offenen Positionen eines Auslassventils entsprechend der vorliegenden Erfindung.
3a ist eine schematische Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3b ist eine schematische Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4a und 4b sind schematische Schnittdarstellungen von anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche einen CO₂-Wäscher aufweisen;
5 ist eine schematische Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine schematische Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ohne einen CO₂-Wäscher;
7a und 7b sind schematische Schnittdarstellungen von jeweils der geschlossenen und offenen Position eines anderen Auslassventils entsprechend der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte eines Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie hierin verwendet bedeutet der Ausdruck „Gas" ein reines Gas oder eine Mischung von Gasen. Somit kann sich der Ausdruck „Gas" auf eine Mischung O₂ und N₂ beziehen, und kann therapeutische Gase beinhalten.
Eine Vorrichtung 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung kann mit einer Oszillations-Maschine verbunden sein, welche einen Oszillator 11 aufweist, wie zum Beispiel ein Diaphragma, wie solche, beschrieben im U.S. Patent Nr. 4,719,910 und Nr. 5,307,794. Wie in 1 veranschaulicht, ist eine Einatmungsgasquelle 5 mit einer Vorrichtung 10 entsprechend der vorliegenden Erfindung über eine Zufügungsleitung 8 verbunden. Der Strom des Einatmungsgases in die Vorrichtung 10 kann über einen Durchflussmengenregler 9 geregelt werden, welcher mit der Zuführungsleitung 8 verbunden ist. Vorzugsweise ist ein Strom von Einatmungsgas von der Zuführungsleitung 8 und in die Verbindungsleitung 18 bei einer konstanten Rate wesentlich. Die Verbindungsleitung 18 ist mit der Schwinglinie 14 verbunden.
Bei der Ausführungsform, welches in 1 gezeigt ist, befindet sich ein Eingangs-Rückschlagventil 20 in der Schwinglinie 14. Der Abschnitt der Schwinglinie 14, welcher sich stromabwärts des Eingangs-Rückschlagventils 20 befindet, wird hierin als Eingangsleitung 15 bezeichnet. Das Rückschlagventil 20 erlaubt dem Gasstrom in die Richtung von Pfeil 21 und hindert den Gasstrom in die entgegengesetzte Richtung. Wenn der Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Eingangs-Rückschlagventils höher ist, als der Druck auf der stromabwärtigen Seite des Eingangs-Rückschlagventils 20, öffnet das Eingang-Rückschlagventil 20 sich, wobei es Gas ermöglicht wird, in die Richtung von Pfeil 21 zu fließen. Wenn der Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Eingangs-Rückschlagventils geringer ist, als auf der stromabwärtigen Seite, schließt sich das Eingangs-Rückschlagventil 20, wobei der Gasstrom durch die Eingangsleitung 15 effektiv gestoppt wird.
Weiter stromabwärts des Eingangs-Rückschlagventils 20, zum Beispiel entlang der Eingangsleitung, kann ein O₂-Sensor 24 angebracht sein, und ein CO₂-Sensor 22 um die Qualität des Gases hierin zu überwachen. Zusätzliche Wandler und Monitore, wie Befeuchtungsanlagen, Zerstäuber und Ähnliches können ebenfalls angebracht werden. Die Eingangsleitung 15 verbindet die Patientenleitung 25, welche wiederum mit einer endotrachialen Röhre (nicht gezeigt in 1) verbunden ist, und zwar für die Zufuhr von Gas zu den Atemwegen des Patienten, und letztendlich zu den Lungen des Patienten.
Die Eingangsleitung 15 ist ebenfalls mit der Gasabgabe- bzw. Ausatmungsleitung 30 verbunden. In der Gasabgabe- bzw. Ausatmungsleitung 30 kann eine Drucküberwachungsvorrichtung angebracht sein, wie zum Beispiel ein Manometer, und zwar durch die Öffnung 28. Die Gasabgabe- bzw. Ausatmungsleitung 30 beinhaltet eine Wäscherleitung 36 und ist mit der Umwälzungsleitung 34 verbunden. Die Umwälzungsleitung 34 ist mit der Schwingleitung 14 verbunden. Am Übergang der Umwälzungsleitung 34 und der Wäscherleitung 36 findet sich ein Auf-Zu-Ventil 32, welches den Gasstrom entweder in Richtung auf die Umwälzungsleitung 34 oder in Richtung auf die Wäscherleitung 36 leitet. Das Auf-Zu-Ventil 32 ist normalerweise angebracht, um den Gasstrom zur Wäscherleitung 36 zu leiten. Vorzugsweise ist das Auf-Zu-Ventil 32 normalerweise so eingestellt, dass kein Gas durch die Umwälzungsleitung 34 strömt.
In der Gasabgabe- bzw. Ausatmungsleitung 30 ist ein Wäscher-Kanister 38 enthalten, eine Ausgangsleitung 40 und eine Ausgabeleitung 16. Ein zweiter Wäscher 28 kann ebenfalls beinhaltet sein und verwendet werden, wenn der Wäscher-Kanister 38 nicht verwendet wird, zum Beispiel während der Wäscher-Kanister 38 ausgetauscht oder wieder aufgeladen wird, zum Beispiel durch Abführen von CO₂, wobei ein separater Gasstrom (hier nicht gezeigt) verwendet wird. Die Wäscher-Ventile 70A und 70B arbeiten vorzugsweise zusammen, sodass entweder der Wäscher-Kanister 38 oder der zweite Wäscher 68 in Betrieb ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wäscher-Ventile 70A und 70B nicht zwei getrennte Ventile, sondern ein Schieber, welcher üblicherweise im Medizinumfeld verwendet wird, welcher eine äußere zylindrische Hülle und einen beweglichen inneren Zylinder aufweist, jeweils mit Löchern hierdurch, welches entweder den Wäscher-Kanister oder den zweiten Kanister 38 oder den zweiten Wäscher 68 ermöglichen, in Betrieb zu sein.
Die Ausgangsleitung 40 wird an ein Ausgangs-Rückschlagventil 42 angepasst, welche es dem Gasstrom erlaubt, in die Richtung von Pfeil 43 zu strömen, und verhindert, dass der Gasstrom in die entgegengesetzte Richtung strömt. Stromabwärts des Ausgangs-Rückschlagventils 42 befindet sich die Ausgabeleitung 16, und in ihr ein Sperrventil 44. Das Sperrventil 44 steht normalerweise in der offenen Position. Das Sperrventil 44 in seiner offenen Position erlaubt dem Strom von Gas, aber blockiert in seiner geschlossenen Position den Strom von Gas. Ausgabeleitung 16 ist mit der Schwingleitung 14 verbunden.
Schwingleitung 14 ist an einem Ende mit der Patientenleitung 25 verbunden, und steht an dem anderen Ende mit dem Oszillator 11 in einer dichtenden Verbindung. Vorzugsweise ist der Oszillator 11 ein Diaphragma einer Hochfrequenz-Schwingmaschine. An die Schwingleitung 14 ist eine Auslassleitung 50 angeschlossen, welche wiederum an das Auslassventil 52 angeschlossen ist. Das Auslassventil 52 kann als Antwort auf einen Steuerdruck, welche über Steuerleitung 54 bereitgestellt wird, offen oder geschlossen sein. Die geschlossene und offene Position des Auslassventils 52 sind jeweils in 2a und 2b gezeigt. Der äußere Steuerungsdruck kann bereitgestellt werden, um die Leitung 54 durch die Schwingmaschine zu steuern, die den Oszillator 11 steuert. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Steuerdruck, welcher durch Leitung 54 bereitgestellt wird im Wesentlichen stabil, und der Schwingdruck in Leitung 14, welcher durch die Bewegung des Diaphragmas 11 hervorgerufen wird, bewirkt, dass sich das Auslassventil 52 öffnet und schließt. Alternativ kann der Betrieb des Auslassventils 52 ein anderes Mittel sein, wie zum Beispiel ein Solinoid.
Hochfrequenzschwingung des Oszillators 11 ermöglicht die Bewegung von Gas in und aus den Atemwegen des Patienten. Somit tritt während der Einatmungsphase, wenn sich der Oszillator 11 in Richtung der Schwinglinie 14 bewegt, ein Druckkreislauf auf, und während der Ausatmungsphase, wenn sich der Oszillator 11 weg von der Schwinglinie 14 weg bewegt ein den Druck herab setzender Kreislauf auf. Während des Druckkreislaufs wächst der Druck an der stromaufwärtigen Seite des Eingangs-Rückschlagventils 20, wobei dieses gezwungen wird sich zu öffnen, dadurch wird Gas ermöglicht in Richtung auf Pfeil 21 zu fließen und folglich über die Patientenleitung 25 in die Lungen des Patienten. Gleichzeitig wird, dadurch das der Oszillator 11 in Richtung auf die Vorrichtung 10 bewegt, der Druck an der stromabwärtigen Seite des Ausgangs-Rückschlagventils 42 größer als der Druck an seiner stromaufwärtigen Seite, was das Ausgangs-Rückschlagventil 42 zwingt, sich zu schließen, wodurch der Gasfluß von der Entladungsleitung 16 in den Wäscher-Kanister 38 verhindert wird.
Während der Ausatmungsphase (oder den Druck herabsetzenden Teil des Kreislaufs) bewegt sich der Oszillator weg von der Schwinglinie 14, und das Druckdifferenzial entlang des Eingangs-Rückschlagventils bewirkt, dass sich das Eingangs-Rückschlagventil 20 schließt. Das ausgeatmete Gas wird durch die Lungen des Patienten in die Ausatmungsleitung 30 gedrückt, und in den CO₂-Wäscher-Kanister 38. Gleichzeitig bewirkt das Druckdifferenzial entlang des Ausgangs-Rückschlagventils 42, dass sich das Ausgangs-Rückschlagventil 42 öffnet. Somit kehrt das CO₂-gewaschene Gas zur Schwinglinie 14 durch das normalerweise offene Sperrventil 44 zurück. Das Gas, welches über die Entladungsleitung 16 zur Schwinglinie 14 zurückkehrt, mischt sich mit dem Gas in der Schwinglinie 14. Das Gas in der Schwinglinie 14 bewegt sich in Richtung auf das Auslassventil 52, wenn das Eingangs-Rückschlagventil 20 durch die Bewegung des Oszillators 11 geschlossen wird. 2a und 2b veranschaulichen die offene und geschlossene Position der pneumatischen Version des Auslassventils 52. Wenn der Steuerungsdruck, welcher durch die Steuerungsleitung 54 zugeführt wird, den Druck in der Schwingleitung 14 (2a) übersteigt, befindet sich das Auslassventil 42 in der geschlossenen Position und es wird verhindert, dass Gas aus der Schwinglinie 14 aus der Vorrichtung 10 entströmt. Wenn der Steuerungsdruck, welcher von der Steuerungsleitung 54 zugeführt wird, kleiner ist als der Druck in der Schwingleitung (2b), befindet sich das Auslassventil 52 in der geöffneten Position und Gas von der Schwingleitung 14 wird ermöglicht aus der Vorrichtung 10 zu entweichen. Bei den Ausführungsformen, welche in den 1 bis einschließlich 5 gezeigt sind, ist das Auslassventil 52 vorzugsweise für wenigstens einen Teil der Ausatmungsphase geschlossen (d.h. wenn der Druck in der Schwingleitung 14 auf Grund der Bewegung des Oszillators abnimmt, weg von der Vorrichtung 10) und das Auslassventil 52 ist für wenigstens einen Teil der Einatmungsphase offen (d.h. wenn der Druck in der Schwingleitung 14 auf Grund der Bewegung des Oszillators in Richtung auf die Vorrichtung 10 steigt).
Der CO₂-Wäscher-Kanister 38 in der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung kann an anderen Stellen verwendet werden. Zum Beispiel kann, wie in 3a und 3b gezeigt, der Wäscher-Kanister 38 am Ende der Patientenleitung 25 distal von der Eingangsleitung 15 angebracht werden, und vorzugsweise zwischen der Patientenleitung 25 und der in der Luftröhre liegenden Röhre 60. Wie in 3a gezeigt, können geeignete Rückschlagventile 20, 42 und Umkehrleitung 67 eingebaut werden, um einen unidirektionalen Fluss durch den Wäscher-Kanister 38 sicherzustellen. Wie in 3a und 3b gezeigt, könnte eine Umgehungsleitung 66 bereitgestellt werden, um den Austausch des Wäscher-Kanisters 38 aufzunehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zweite Wäscher-Kanister 68 in der Umgehungsleitung 66 bereitgestellt. Der zweite Wäscher-Kanister 68 kann in einer beliebigen Ausführungsform, welche hierin beschreiben ist eingebaut werden, welche einen Wäscher-Kanister 38 aufweist. Die Vorrichtung, welche in 3a und 3b dargestellt ist, könnte mit Lüftungsschaltkreisen des Stands der Technik verwendet werden.
Der Wäscher-Kanister enthält ein Material, dass unerwünschtes Gas entfernt, wie zum Beispiel CO₂. Zum Beispiel kann der Wäscher-Kanister 38 Natriumhydroxid, Calziumhydroxid, oder Bariumhydroxid enthalten. Natriumhydroxid und Calziumhydroxid gemischt mit Silizium ist als Soda Line^TM verfügbar. Ein anderer kommerziell verfügbarer CO₂-Wäscher ist Baralyme^TM welcher Bariumhydroxid und Caziumhydroxid umfasst. Sobald der CO₂-Wäscher-Kanister 38 von seiner Wäscherkapazität entleert ist, kann er ausgetauscht werden. Um den Wäscher-Kanister 38 auszutauschen, wird das A-Z-V 32 so eingestellt um das Gas von der Ausatmungsleitung 30 zu der Umwälzungsleitung 34 zu führen, während das Sperrventil in die geschlossene Position eingestellt wird. Bis zu Austausch des Wäscher-Kanister 38 werden das Auf-Zu-Ventil 32 und das Sperrventil 44 in ihre Ausgangspositionen zurückgestellt.
4a und 4b zeigen zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 4a veranschaulicht, kann der Wäscher-Kanister 38 in der Schwingleitung 14 stromaufwärts der CO₂- und O₂-Sensoren 22, 24 angebracht werden, oder wie in 4b gezeigt stromabwärts der Sensoren 22, 24. Bei den Ausführungsformen, welche in 4a und 4b gezeigt sind, sind keine Rückschlagventile erforderlich um den Strom von Einatmungsgas in Richtung auf die Patientenleitung 25 zu führen, oder den Strom von ausgeatmeten Gas in Richtung auf den Wäscher-Kanister 38 zu führen. Normalerweise bewegt sich Gas in beide Richtungen durch den Wäscher-Kanister 38. Um den Wäscher-Kanister 38 auszutauschen, Können zwei Trennventile 62, 64 zeitweise so eingestellt werden, dass Gas durch die Umgehungsleitung 66 strömt.
5 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Wäscher in der Schwingleitung 14 angebracht ist, und Gas durch den Wäscher-Kanister 38 in Richtung auf die Patientenleitung 25 strömt. Strömung von der Patientenleitung 25 bewegt sich durch die Ausatmungsleitung 30 zur Schwingleitung 14. Ein Rückschlagventil 42 befindet sich in der Umgehungsleitung 66, um sicherzustellen, dass Strömung sich durch die Ausatmungsleitung 30 in nur eine Richtung bewegt. Ein zusätzliches Rückschlagventil 20 kann in der Schwingleitung 14 enthalten sein, um sicherzustellen, dass Strömung durch den Wäscher-Kanister 38 in nur einer Richtung strömt.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in 6 veranschaulicht ist, wird an Stelle des Waschens von CO₂ aus dem ausgeatmeten Gas, dem ausgeatmete Gas einfach ermöglicht die Vorrichtung 100 zu verlassen. Die Vorrichtung 100 ist mit einer Einatmungsgasquelle 5 über eine Verbindungsleitung 18 verbunden. Das Einatmungsgas tritt in eine Schwingleitung 14 ein und bewegt sich in Richtung der Patientenleitung 25 in die Richtung von Pfeil 21 über das Eingangs-Rückschlagventil 21. CO₂- und O₂-Sensoren 22, 24 und Drucküberwachungseingang 28 können nahe der Patientenleitung 25 angebracht werden. Das ausgeatmete Gas wird durch die Ausatmungsleitung 30 zu einem anderen Typ von Auslassventil 52 geleitet. Das Auslassventil 52, welches in 6, 7a und 7b gezeigt ist, arbeitet, basierend auf dem Druckdifferenzial zwischen Schwingleitung 14 und der Ausatmungsleitung 30. Während dem Druckkreisverlauf, wird das Auslassventil 52 veranlasst, das Ende 132 der Ausatmungsleitung 23 zu verschließen indem der Druck in Schwingleitung 14 ansteigt. Jedoch bewirkt während der dem Druck herabsetzenden Phase der Druck in der Auslassleitung 50, dass das Auslassventil 52 das Ende 132 öffnet, und es Gas ermöglicht in die Atmosphäre zu entweichen. Vorzugsweise ist für wenigstens einen Teil des Druckkreislaufs das Auslassventil 52 geschlossen, und es gibt keine Verbindung zwischen der Ausatmungsleitung 30 und der Atmosphäre, und für wenigstens einen Teil des den Druck herabsetzenden Kreislaufs ist das Auslassventil 52 offen, und es gibt eine Verbindung zwischen Leitung 30 und der Atmosphäre.
7a und 7b zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Auslassventils 52, welches in 6 gezeigt ist. Das Auslassventil 52 in 7a und 7b weist eine erste flexible Membran 300 auf, welche in der Schwingleitung 14 angebracht ist, und eine zweite flexible Membran 303, angebracht, um das Ende 132 der Auslassleitung 50 selektiv zu schließen. Die flexiblen Membrane 300, 303 sind durch eine Druckverbindungsleitung 306 verbunden. Die Druckverbindungsleitung 306 kann mit einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt sein. Wenn der Druck in der Druckverbindungsleitung 306 über dem Druck in der Auslassleitung 50 liegt, wird das Ende 132 der Auslassleitung 50 durch die zweite flexible Membran 303 geschlossen. Wenn der Druck in der Auslassleitung 50 über dem Druck in der Druckverbindungsleitung 306 liegt, wird es Gas ermöglicht vom Ende 132 aus der Auslassleitung 50 zu entweichen. Man wird erkennen, dass auf Grund der ersten flexiblen Membrane 300 der Druck in Schwingleitung 14 den Druck in der Druckverbindungsleitung 306 verändern wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuerungsdruckleitung 309 mit der Druckverbindungsleitung 306 verbunden. Wenn die Steuerungsdruckleitung 309 bereitgestellt wird, kann der Druck in der Druckverbindungsleitung 306 verändert werden, und dadurch der Druck in der Auslassleitung 50, welcher erforderlich ist, um das Ende 132 der Auslassleitung 50 zu öffnen, kann verändert werden.
Um das Konzept der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, wurden für die Vorrichtung 10 mathematische Beziehungen entwickelt, welche in 1 gezeigt sind. Die Tabellen 1 bis 10 unten notieren Daten entsprechend dieser mathematischen Beziehungen. In den Tabellen gilt Folgendes:
VO₂ ist der Volumenanteil an Sauerstoff, welcher vom Patienten aufgenommen wird;
VI ist der Volumenanteil des Einatmungsgases, welcher durch die Vorrichtung 10 zugeführt wird;
FiO₂ ist der Molenbruch für Sauerstoff im Einatmungsgas;
FmO₂ ist der Molenbruch für Sauerstoff im gemischten Gas, in dem kreuzenden Eingangs-Rückschlagventil 20;
FiO₂ = 1 – FiN₂, wobei Fin₂ der Molenbruch an Stickstoff im Einatmungsgas ist;
FmO₂ = 1 – FmN₂, wobei der Molenbruch an Stickstoff in dem gemischten Gas ist, welches das Auslassventil 52 verlässt;
VI = K + VO₂, wobei K = Ausflussvolumen aus dem Auslassventil 52;
VI × FiN₂ = K × FmN₂;
VI(1 – FiO₂) = K(1 – FmO₂);
(VI ÷ K)(1 – FiO₂) = 1 – FmO₂;
FmO₂ = 1 – ((VI ÷ K)(1 – FiO₂)).
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 5
Tabelle 6
Tabelle 7
Tabelle 8
Tabelle 9
Tabelle 10
Die Tabellen 1–9 veranschaulichen dass FmO₂, welches durch verschiedene Gaseinatmungsraten (VI) erreicht werden, wobei eine Sauerstoffverbrauchsrate von 5 ml/kg/min verbraucht werden. Ein Stern in der Spalte welche mit VI/VO2 bezeichnet die minimale Flussrate des Einatmungsgases, welches benützt wird, um ein FmO₂ zu erreichen, welches innerhalb von 10%, des entsprechenden FiO₂ enthalten ist. Das Einatmungsgas, welches Tabelle 1 entspricht war Luft (21% Sauerstoff). Wie in Tabelle 1 zu sehen, resultiert eine Einatmungs-Gasflussrate von 50 ml/kg/min in einem Bruchteil von O₂ in dem gemischten Gas (Mischung von Einatmungsgas und gewaschenem, ausgeatmeten Gas) von etwa 0,1. Auf diese Weise beträgt das Verhältnis von FmO₂ zu FiO₂ ungefähr 0,58. Um zu erreichen, dass das Verhältnis von Sauerstoff in dem gemischten Gas (FmO₂) innerhalb von 10% des FiO₂ ist, wird eine Strömungsrate des Einatmungsgases von 200 ml/min erfordert.
Tabellen 2 bis 9 veranschaulichen die Strömungsrate des Einatmungsgases welches für FiO₂-Werte von 0,3 (30% Sauerstoff) zu 1,0 (reinen Sauerstoff). Mit einem höheren Prozentsatz von Sauerstoff im Einatmungsgas ist ein niedrigerer Einatmungs-Gas-Strom erforderlich, um dasselbe Verhältnis von FmO₂ zu FiO₂ zu erreichen. Zum Beispiel wird, um einen FmO₂-Wert zu erreichen, welcher innerhalb von 10% des FiO₂ Wertes liegt, um ein Gas zu erhalten, welches 21% Sauerstoff (Luft) enthält, wird eine Gasstromeinatmungsrate von 200 ml/min benötigt, wobei für ein Einatmungsgas, welches 80% Sauerstoff enthält, ein 10 mal niedrigere Einatmungsgas-Volumenstrom (20 ml/kg/min) erforderlich ist (Tabelle 7). Tabelle 10 stellt ein Gemisch aus Einatmungsgas-Volumenstrom für unterschiedliche Konzentrationen von Sauerstoff in Einatmungsgas dar, um einen FmO₂ Wert zu erreichen, der innerhalb von 10% des FiO₂ (10% Toleranzlevel) liegt. Wie in Tabelle 10 gesehen, kann man, um eine gewünschte Konzentration von Sauerstoff an die Patientenleitung 25 zu liefern, kann man den Einatmungsgasfluss so einstellen, dass der FiO₂ konstant ist, oder man könnte den FiO₂ einstellen, so dass die Einatmungsgas-Volumenstrom-Rate konstant gehalten wird.
Die Daten, welche in diesen Tabellen dargestellt sind, veranschaulichen, dass durch Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, Einatmungsgas-Volumenströme auf 6 bis 200 ml/kg/min reduziert werden können. Dies ist vergleichbar mit einem Einatmungsgas-Volumenstrom von ungefähr 1000 bis 2000 ml/kg/min, der bei aktuell verfügbaren Hochfrequenz-Oszillatorventilatoren erforderlich ist.
8 zeigt Schritte eines Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung. Bei dem Verfahren wird eine Beatmungs- bzw. Lüftungsvorrichtung, wie zum Beispiel die Vorrichtung 10 welche oben beschrieben ist, bereitgestellt (Schritt 200). Außerdem wird ein Patient, welcher mit der Patientenleitung verbunden ist, bereitgestellt (Schritt 203) und Gas wird mit der Gaszuführungsleitung zu der Schwingleitung (Schritt 206) zugeführt. Der Oszillator wird in Richtung der Schwingleitung bewegt, und das Auslassventil wird geöffnet (Schritt 209), dann wird der Oszillator weg von der Schwingleitung bewegt und das Auslassventil wird geschlossen (Schritt 212). Vorzugsweise wird das Gas zu der Schwingleitung mit einem ungefähr konstanten Volumenstrom zugeführt.
Vorrichtungen und Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung sind effizienter als augenblicklich verfügbare Hochfrequenz-Oszillationsventilatoren, hauptsächlich weil die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit für den Steuerstrom wesentlich reduziert. Diese Reduzierung des Steuerstroms ermöglicht kleinere Beatmungs- bzw. Lüftungssysteme. Es ist nun klar, dass die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung das Volumen des Steuerstroms reduzieren, welcher für eine sichere Belüftung erforderlich ist. Durch Verwendung der vorliegenden Vorrichtung wird angenommen, dass das Volumen des Einatmungsgases, welches zu dem Beatmungsgerät zugeführt wird, von 20000 bis 80000 ml/min auf so wenig wie 20 bis 800 ml/min reduziert werden kann.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung kann sein, den Verlust des mittleren Lungenvolumens welches mit einer verlängerten oszillatorischen Belüftung verbunden ist, entgegenzuwirken, von dem man annimmt, dass es ein Problem dieser Art mechanischer Belüftung ist. Es wird gegenwärtig von einigen angenommen, dass dieses Problem durch Reduzierungen des Einatmungsgasstromes intensiviert werden kann. Ein Ansatz für dieses Problem, welcher einer Tendenz entgegenwirken könnte, mittleres Lungenvolumen zu verlieren und damit Lungenexpansion beibehält, zieht die Umleitung von einem Teil oder des gesamten Einatmungsgasflusses zu einem kleinen Kanal mit ein, welcher an den Endotrachealtubus angepasst ist, um die Zufuhr von etwas oder dem gesamten Steuerfluss direkt zu der Luftröhre zu erlauben. Während es potentiell bei hohen (herkömmlichen) Einatmungs-Gasflussraten gefährlich ist, glaubt man, dass dies bei den niedrigeren Einatmungs-Gasflussraten sicher ist, die man sich für die Erfindung vorstellt. Darüber hinaus hat man erkannt, dass es gewisse Vorteile dabei geben könnte, etwas oder den gesamten Einatmungs-Gasfluss zu der distalen Trachea bzw. Luftröhre (näher an den Lungen) neu zu führen bzw. zu leiten, selbst wenn es zu Oszillationen kommt bzw. diese ausgeführt werden, wobei herkömmliche hohe Flussraten des Einatmungsgases verwendet werden. Eine Neuführung von einem Teil des Gases oder des gesamten Einatmungsgases zu der Trachea würde ein Einatmungsgas in der Lunge fangen, und zwar während der Einatmungsphase des Zyklus, und würde es zu dem Gerät 10 bei einem niedrigeren Druck während der Ausatmungsphase frei geben. Dies könnte bei der Ausdehnung einer atelektatischen Lunge oder einer wiederhergestellten bzw. genesenen Lunge helfen.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind und hierin erläutert worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf derartige bevorzugte Ausführungsformen beschränkt. Da verschiedene Änderungen gemacht werden könnten, ohne von dem Geist und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ist es beabsichtigt, dass die vorhergehende Beschreibung als erläuternd interpretiert werden sollte und nicht in einem begrenzenden Sinne interpretiert werden sollte. Weiter ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt werden sollte.

Claims

Beatmungs- bzw. Lüftungsvorrichtung (10), welche folgendes umfasst: eine Schwingleitung (14), welche ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei das erste Ende mit einem Oszillator (11) verbindbar ist; eine Gaszuführungsleitung (8), um der Schwingleitung (14) Gas zuzuführen und welche mit einem Gasvorrat verbunden ist; eine Patientenleitung (25), welche mit dem zweiten Ende der Schwingleitung (14) verbunden ist; ein Auslassventil (52), welches in einer pneumatischen Verbindung mit der Patientenleitung (25) steht, und einen CO₂-Wäscher (38) in pneumatischer Verbindung mit der Patientenleitung (25); gekennzeichnet durch: ein Rückschlagventil (20), welches sich in der Schwingleitung (14) zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Schwingleitung (14) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiter eine Gasabgabeleitung (30) umfasst, welche einen Einlass aufweist, der mit der Patientenleitung (25) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, welche weiter ein zweites Rückschlagventil (42) in der Gasabgabeleitung (30) aufweist, und bei welchem die Gasabgabeleitung (30) einen Auslass aufweist, welcher mit der Schwingleitung (14) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Auslassventil (52) dazu veranlasst wird, Gas für eine Zeitspanne abzugeben, während sich der Oszillator (11) in Richtung auf die Schwingleitung (14) bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Auslassventil (52) dazu veranlasst wird, für eine Zeitspanne geschlossen zu werden, während sich der Oszillator (11) von der Schwingleitung (14) weg bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiter eine Umgehungsleitung (66) umfasst, welche mit einem Einlass des CO₂-Wäschers (38) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die Umgehungsleitung (66) ebenfalls mit dem Ausgang des CO₂-Wäschers (38) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die Umgehungsleitung (66) ebenfalls mit der Schwingleitung (14) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche eine Gasabgabeleitung (30) umfasst, welche mit der Patientenleitung (25) verbunden ist, und bei welcher das Auslassventil (52) betreibbar ist, um Gas aus der Gasabgabeleitung (30) während der Abgabe abzugeben, und betreibbar ist, während der Inhalation zu schließen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Auslassventil (52) einen Aktuator umfasst, welcher eine erste flexible Membran (300) umfasst, welche in der Schwingleitung (14) angeordnet ist, eine zweite flexible Membran (303), welche angeordnet ist, um ein Ende (132) der Gasabgabeleitung (30) selektiv zu schließen, und eine Druckverbindungsleitung (306) zwischen den ersten und zweiten Membranen (300, 303).
Vorrichtung nach Anspruch 10, welche weiter eine Steuerungsdruckleitung (309) umfasst, welche mit der Druckverbindungsleitung (306) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Auslassventil (52) dazu veranlasst wird, für eine Zeitspanne Gas abzugeben, während sich der Oszillator (11) von der Schwingleitung (14) weg bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Auslassventil (52) dazu veranlasst wird, während einer Zeitspanne zu schließen, während sich der Oszillator (11) von der Schwingleitung (14) weg bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher sich der CO₂-Wäscher (38) zwischen einem Patienten und einer Patientenleitung (25) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher sich der CO₂-Wäscher (38) zwischen einer in der Luftröhre liegenden Röhre (60) und der Patientenleitung (25) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher eine Umkehrleitung (67) und ein Rückschlagventil (42) bereitgestellt werden, um einseitig gerichteten Fluss durch den Wäscher (38) zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher sich der Wäscher (38) in einer Leitung (14) befindet, die einem Patienten Gas zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher sich der Wäscher (38) in der Umkehrleitung (67) befindet.