DE69101698T2

DE69101698T2 - Beatmungsgerät.

Info

Publication number: DE69101698T2
Application number: DE69101698T
Authority: DE
Inventors: Peter Dearman; Richard Smith
Original assignee: Neotronics Medical Ltd
Current assignee: Neotronics Medical Ltd
Priority date: 1990-01-08
Filing date: 1991-01-07
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2011-01-08
Also published as: EP0510040B1; GB9000371D0; WO1991010463A1; AU7053991A; DE69101698D1; EP0510040A1; US5241955A; ES2052367T3; AU660273B2; CA2058300C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Beatmungsgerät zum Zuführen von Atemgasstößen zu einem Patienten, zum Beispiel für Wiederbelebungsmaßnahmen oder als Ventilator für Patienten während der Narkose.
Ein Beatmungsgerät entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffes aus Anspruch 1 ist bekannt durch die EP-A-0 190 856. Die GB-2 170 409 beschreibt ein Beatmungsgerät mit einer Gasleitung, die einen Einlaß zum Aufnehmen des Gases, einen Auslaß für den Gasstrom zum Patienten und ein Ventil in der Leitung zum Kontrollieren des Gasflusses aufweist, um den erwünschten Gasstrom zur Verfügung zu stellen. Eine variable Drossel ist hinter dem Ventil enthalten, die einen Teil des Gases in ein Reservoir abzweigt, während das Gas in der Leitung fließt. Das Reservoir beinhaltet ein Ausströmventil, das es ermöglicht, daß das Gas aus dem Reservoir in die Atmosphäre ausströmt und ein Kontrollventil, das verhindert, daß Gas im Reservoir in das Gasleitungssystem des Gerätes zurückfließt. Das Ventil beinhaltet einen Druckkolben zum Öffnen und Schließen des Ventils; der Druckkolben wird vorgespannt (a) durch Druck im Reservoir, um sich in die eine Richtung zu bewegen und (b) durch eine Feder, um sich in die andere Richtung zu bewegen. Wenn das Ventil offen ist, fließt das Gas durch die Leitung zum Patienten, der dieses einatmet; gleichzeitig wird Gas von der Leitung in das Reservoir abgezweigt in einem schnelleren Maße, als es aus dem Reservoir durch das Ausströmventil herausströmt, wodurch der Druck im Reservoir ansteigt, bis er einen Wert erreicht, bei dem der Druckkolben sich bewegen kann und sich das Hauptventil schließt, wodurch der Gasstrom zum Patienten unterbrochen wird und dieser ausatmen kann (Ausatemphase). Da nun durch die Leitung kein Gas fließt, wird auch kein Gas in das Reservoir abgezweigt und das Ausströmen des Gases durch das Ausströmventil in die Atmosphäre verursacht, daß der Druck im Ventil absinkt; wenn der Druck einen derartig niedrigen Wert erreicht, daß die Kraft, die er auf den Druckkolben ausübt, niedriger als die Federkraft ist, bewegt die Feder den Druckkolben und öffnet das Ventil, wodurch der Gasstrom in der Leitung wieder hergestellt wird und der Patient einmal mehr einatmet (Einatemphase). Der Zyklus der Einatem-/Ausatemphasen wird so lang wie nötig wiederholt. Um die Dauer der Einatem- und Ausatemphasen einzustellen, ist es erforderlich, daß das Ausströmventil ein Nadelventil ist, und daß ein weiteres Nadelventil in der Leitung vorgesehen ist, um das Gas in das Reservoir abzuzweigen. Die GB-2 162 429 beschreibt ein Gerät zum Liefern von Gasströmen, wobei deren Länge durch den Druckabfall im Reservoir bestimmt wird, der ein Ventil schließt, wenn der Druck auf einen Schwellwert absinkt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine einfachere Anordnung als die oben beschriebene zur Verfügung.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Beatmungsgerät zur Verfügung gestellt zum automatischen Zuführen von Atemgasstößen zu einem Patienten, wobei das Gerät aufweist einen Einlaß, der an eine Atemgasquelle ankoppelbar ist, einen Auslaß, der angekoppelt werden kann, um Gas dem Patienten zuzuführen, eine Gasleitung, die sich zwischen dem Einlaß und dem Auslaß erstreckt, ein Hauptventil, das sich in der Gasleitung befindet, um den Gasfluß zum Auslaß zu unterbrechen, eine Drossel in der Leitung hinter dem Hauptventil, ein Gasreservoir und eine ventilversehene Leitung, die angekoppelt ist, um dem Reservoir aus dem Teil der Leitung zwischen dem Hauptventil und der Drossel Gas zuzuführen, wobei das Hauptventil einen Druckkolben beinhaltet, der in einem Zylinder gleitet, um die Gasleitung zu öffnen und zu schließen, wobei der Druckkolben in einer Richtung durch ein Federelement und in die andere Richtung durch den Gasdruck im Reservoir vorgespannt ist, wobei während des Gebrauchs das Gas von der Leitung über einen Leitungsabschnitt in der ventilversehenen Leitung in das Reservoir fließt, wenn das Hauptventil offen ist und das Gas im Reservoir aus dem Reservoir ausströmt, wenn der Gasfluß in der Leitung durch das Hauptventil unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausströmen des Gases aus dem Reservoir über den Leitungsabschnitt in der ventilversehenen Leitung in die besagte Leitung erfolgt.
Die vom Federelement auf den Druckkolben ausgeübte Kraft ist bevorzugterweise einstellbar, da es so möglich ist, das Verhältnis von (a) der Zeitdauer, während der das Hauptventil offen ist und das Gas dem Patienten zugeführt wird (Einatemphase) zur (b) Zeitdauer, während der das Hauptventil geschlossen ist und der Patient ausatmen kann (Ausatemphase) verändert werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführung spannt das Federelement den Druckkolben in eine Position vor, in der die Gasleitung offen ist.
Da das Ausströmen eher in die Leitung als in die Atmosphäre erfolgt, wird das gesamte Gas dem Patienten zugeführt und nicht durch Ausströmen in die Atmosphäre verschwendet. Außerdem vermeidet die vorliegende Erfindung einen Nachteil des Standes der Technik, nämlich daß der Ausströmweg blockiert werden kann, da dessen Auslaß zur Umgebungsatmosphäre erfolgt und somit offen ist, so daß Fremdkörper eindringen können. Bei der bevorzugten Ausführungsform, bei der das Ausströmen durch die ventilversehene Leitung erfolgt, kann dasselbe Ventil, das den Gasfluß in das Reservoir kontrolliert, dazu benutzt werden, das Ausströmen zu kontrollieren, wodurch Kosten eingespart werden, da beim Stand der Technik hierfür zwei separate Ventile erforderlich sind (sowie als Kontrollventil, das verhindert, daß Gas im Reservoir wieder in das Leitungssystem strömt).
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; hierbei zeigen
Figur 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Figur 3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 1 der beigefügten Zeichnungen wird Atemgas (zum Beispiel Sauerstoff oder Luft) über eine Leitung 10 von einer Quelle (nicht dargestellt, normalerweise ein Gaszylinder oder Kompressor) zu einem Druckregler 12 geführt, um in einer Leitung 14 Gas mit 40 p.s.i. (275 kN/m²) zur Verfügung zu stellen. Die Leitung 14 ist mit einem Einlaß 15 eines Hauptventils 16 verbunden und führt Gas einem Abschnitt des Ventiles zwischen O-Ringen 18 und 20 zu. Das Ventil 16 beinhaltet ein Gehäuse 22, einen Druckkolben 24, der innerhalb des Gehäuses gleitet, eine Membran 26, die an einem Ende des Druckkolbens 24 angreift, und eine Feder 28, die am anderen Ende des Druckkolbens angreift und zwischen dem Druckkolben, einer Einstellschraube 31, die sich durch das Gehäuse 22 erstreckt, und einer Kappe 30, die ein Ende der Feder 28 hält, wirkt; die Einstellschraube 31 wird in ihrer Position durch eine Arretierschraube 32 gehalten und wird dazu benutzt, die auf den Druckkolben durch die Feder ausgeübte Kraft zu verändern. Ein Ventilauslaß 34 befindet sich hinter dem O-Ring 18 und führt das Gas aus dem Ventil in eine Leitung 36, die zu einem Auslaß 37 führt, um das Gas über das übliche (nicht dargestellte) Patientenventil dem Patienten zuzuführen. In der Leitung 36 ist ein Durchflußdrosselventil 38 enthalten.
Eine Zweigleitung 40 führt von der Leitung 36 weg und führt Gas von der Leitung 36 über ein Nadelventil 44 zu einem Reservoir 42. Das Reservoir ist durch eine Leitung 46 mit einer Kammer 48 auf der dem Druckkolben 24 abgewandten Seite der Membran 26 verbunden.
In der in Figur 1 dargestellten Position kann das Atemgas über den Einlaß 15 in das Ventil 16, am O-Ring 18 vorbei und durch den Ventilauslaß 34 nach außen fließen in die Leitung 36 und von dort zum Auslaß 37 des Gerätes und hierauf zum Patienten, wodurch der Patient dieses inhalieren muß (Einatemphase). Die Drossel 38 sorgt in der Leitung 36 für einen Gegendruck, so daß das Gas auch entlang der Zweigleitung 40 in das Reservoir 42 in dem Maße fließt, wie es durch die Einstellung des Nadelventils 44 festgelegt ist. Der Druck im Reservoir wächst folglich an, bis er einen Wert erreicht, bei dem er eine Kraft auf den Druckkolben 24 ausübt (über die Membran 26), die größer ist als die durch die Feder 28 ausgeübte Kraft und die Reibkraft, die erforderlich ist, um den Druckkolben zu bewegen, und hierauf bewegt sich der Druckkolben (in Figur 1) nach links, wodurch verursacht wird, daß die Stange 50 des Druckkolbens 24 in Kontakt mit dem O-Ring 18 gelangt und hierdurch den Ventileinlaß 15 abdichtet und somit verhindert, daß Gas zum Ventilauslaß fließt. Das Schließen des Ventils 16 beendet die Einatemphase und erlaubt es dem Patienten auszuatmen (d. h. Einleiten der Ausatemphase).
Während der Ausatemphase ist der Gasdruck im Reservoir größer als in der Leitung 36 und Gas dringt in die Leitung 36 ein, das heißt entlüftet das Reservoir, in einem Maße, das durch die Einstellung des Nadelventils 44 festgelegt ist. Wenn die Kraft, die aus dem Druck im Reservoir 42 resultiert, so weit abgesunken ist, daß die durch die Feder 28 auf den Druckkolben ausgeübte Kraft größer ist als die durch den Druck im Reservoir 42 resultierende Kraft zusammen mit der zum Bewegen des Druckkolbens erforderlichen Reibkraft, bewegt sich der Druckkolben nach rechts und kehrt somit in die in Figur 1 dargestellt Position zurück, wodurch die Ausatemphase beendet wird und wieder die Einatemphase eingeleitet wird.
Im allgemeinen ist es wünschenswert, daß das Verhältnis der Einatemphasendauer zur Ausatemphasendauer zwischen 1,6:1 und 2,4:1 liegt, idealerweise sollte es ungefähr 2:1 betragen; dieses Verhältnis kann durch Einstellen der Spannung in der Feder 28 erreicht werden, indem die Einstellschraube 31 herein- oder herausgeschraubt wird.
Die erwünschte Einatem-/Ausatemzyklenanzahl pro Minute hängt vom Körpergewicht des Patienten ab; beispielsweise benötigt ein Erwachsener eine viel niedrigere Rate als ein Kind. Die Anzahl der Zyklen pro Minute kann durch Einstellen des Nadelventils 44 festgelegt werden; eine relativ große Öffnung des Nadelventils bedeutet, daß der Druckwert im Reservoir, der benötigt wird, um die Einatemphase in die Ausatemphase umzuschalten, relativ schnell erreicht wird und das Ausströmen des Gases aus dem Reservoir ebenso relativ schnell erfolgt, so daß die Einatem- und Ausatemphasen kurz sind und sich so eine relativ hohe Anzahl von Zyklen pro Minute ergibt. Ebenso wird eine relativ kleine Öffnung des Nadelventils 44 längere Einatem- und Ausatemphasen hervorbringen und demnach wird die Anzahl der Zyklen pro Minute relativ niedrig sein.
Es wurde herausgefunden, daß bei Verändern der Einstellung des Nadelventils 44 das Verhältnis der Dauer der Einatemphase zur Dauer der Ausatemphase relativ konstant ist.
Das System ermöglicht es, daß dem Patienten Gas zugeführt wird, wenn er während der Ausatemphase nach Luft schnappt. Ein Ventilgehäuse 60 ist durch eine Nebenleitung 62 mit der Leitung 36 hinter der Drossel 38 verbunden und beinhaltet ein Ventil 64, das mit dem Reservoir 42 in Verbindung steht. Das Gehäuse ist an seinem Boden offen, so daß die untere Oberfläche der Membran Atmosphärendruck ausgesetzt ist. Das Ventil wird durch eine Feder 66 vorgespannt, so daß es normalerweise geschlossen ist, es jedoch durch Biegung der Membran 68 geöffnet werden kann, wenn der Druck im Gehäuse 60 aufgrund dessen, daß der Patient nach Luft schnappt, absinkt. Wenn sich das Ventil 64 öffnet, wird Gas im Reservoir über die Leitungen 62 und 36 dem Patienten zugeführt, wodurch der Druck im Reservoir reduziert wird und so ein Öffnen des Hauptventils 22 hervorgerufen wird und dies die Einatemphase einleitet. Sobald der Druck im Ventilgehäuse 60 aufgrund des Beginns von normalem Gasfluß ansteigt, schließt das Ventil 64.
Die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Geräte sind im wesentlichen ähnlich zu dem aus Figur 1, demnach sind die gleichen Bezugszeichen zum Verdeutlichen der gleichen Merkmale in den drei Ausführungsformen gewählt; die Anordnung von Figur 2 unterscheidet sich von der aus Figur 1 dadurch, daß der Kopf des Druckkolbens 24 in Figur 2 einen größeren Durchmesser aufweist und die Membran 26 durch einen O-Ring 80 ersetzt ist, der eine Abdichtung zwischen dem Kopf 82 des Druckkolbens 24 und dem Ventilgehäuse 22 bildet. Im Gerät aus Figur 3 ist die Vorspannung des Druckkolbens 24 fest, wodurch es möglich ist, die Feder 28 zwischen dem Kopf 82 des Druckkolbens und dem Gehäuse 22 anzuordnen. Die Arbeitsweise der Anordnungen aus Figur 2 und Figur 3 sind ersichtlich aus der Beschreibung der Anordnung aus Figur 1, weshalb dies nicht wiederholt wird.
Im Vergleich zum Gerät der GB-2 170 409 hat das Gerät der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile:
(1) Es verzichtet auf das einzelne Reservoirentlüftungsventil und das Einwegüberprüfungsventil im Reservoir, wie es bei der GB-2 170 409 erforderlich ist, wodurch das vorliegende Gerät billiger und einfacher herzustellen ist, und
(2) das Einatem-/Ausatemverhältnis wird mechanisch durch die Feder 28 festgelegt und hängt nicht ab von einer Ventilentlüftung zur Atmosphäre, die blockiert werden kann, da sie ungeschützt und offen ist.

Claims

1. Beatmungsgerät zum automatischen Zuführen von Atemgasstößen zu einem Patienten, wobei das Gerät aufweist einen Einlaß (10), der an eine Atemgasquelle ankoppelbar ist, einen Auslaß (37), der angekoppelt werden kann, um Gas dem Patienten zuzuführen, eine Gasleitung (14, 15, 34, 36), die sich zwischen dem Einlaß und dem Auslaß erstreckt, ein Hauptventil (16), das sich in der Gasleitung befindet, um den Gasfluß zum Auslaß zu unterbrechen, eine Drossel (38) in der Leitung hinter dem Hauptventil, ein Gasreservoir (42) und eine ventilversehene Leitung (40, 44), die angekoppelt ist, um dem Reservoir aus dem Teil der Leitung zwischen dem Hauptventil und der Drossel Gas zuzuführen, wobei das Hauptventil einen Druckkolben (24) beinhaltet, der in einem Zylinder (22) gleitet, um die Gasleitung zu öffnen und zu schließen, wobei der Druckkolben in einer Richtung durch ein Federelement (28) und in die andere Richtung durch den Gasdruck im Reservoir vorgespannt ist, wobei während des Gebrauchs das Gas von der Leitung über einen Leitungsabschnitt in der ventilversehenen Leitung in das Reservoir fließt, wenn das Hauptventil offen ist und das Gas im Reservoir aus dem Reservoir ausströmt, wenn der Gasfluß in der Leitung durch das Hauptventil unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausströmen des Gases aus dem Reservoir in die besagte Leitung über den Leitungsabschnitt in der ventilversehenen Leitung (40, 44) erfolgt.

2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel (30, 31) aufweist zum Einstellen der durch das Federelement auf den Druckkolben ausgeübten Kraft, wobei das Verhältnis aus (a) der Dauer, während der das Hauptventil offen ist und Gas dem Patienten zugeführt wird (Einatemphase) zu (b) der Dauer, während der das Hauptventil geschlossen ist und der Patient ausatmen kann (Ausatemphase), eingestellt wird.

3. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel zum Einstellen des Gasströmungswiderstandes der ventilversehenen Leitung aufweist, wodurch die Dauer der Atemgasstöße eingestellt wird.

4. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (28) den Druckkolben in eine Position vorspannt, in der die Gasleitung offen ist.

5. Verfahren zum Betrieb des Gerätes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, mit den folgenden Verfahrensschritten:

(a) während einer ersten Phase wird Gas entlang der Gasleitung (14, 15, 34, 36) vom Einlaß (10) zum Auslaß (37) zugeführt, wobei das Hauptventil (16) in dieser ersten Phase offen ist,

(b) einem Teil des Gases in der Leitung wird während der ersten Phase erlaubt, über einen Leitungsabschnitt in der ventilversehenen Leitung (40, 44) in das Reservoir (42) zu strömen, wodurch der Druck im Reservoir ansteigt, wobei die erste Phase abgeschlossen und eine zweite Phase eingeleitet wird, wenn der Druck im Reservoir auf einen Wert ansteigt, bei dem der Druckkolben (24) innerhalb des Zylinders (22) bewegt wird und das Hauptventil (16) schließt, wodurch der Gasfluß in der Leitung unterbrochen wird,

(c) in der zweiten Phase wird dem Gas im Reservoir (42) erlaubt, über den Leitungsabschnitt in der ventilversehenen Leitung (40, 44) in die Leitung auszuströmen, wodurch ein Druckabfall im Reservoir hervorgerufen wird, wobei die zweite Phase endet und die erste Phase wieder beginnt, wenn der Druck im Reservoir auf einen Wert absinkt, bei dem der Druckkolben unter Einfluß des Federelementes (28) sich innerhalb des Zylinders bewegt und das Hauptventil (16) wieder öffnet, wodurch die Gasversorgung entlang der Gasleitung vom Einlaß (10) zum Auslaß (37) wieder hergestellt wird.