DE69822886T2

DE69822886T2 - Kolben-beatmungsgerät mit sauerstoff mischung

Info

Publication number: DE69822886T2
Application number: DE69822886T
Authority: DE
Inventors: B. Michael JONES; Eric Bailey; B. David LURA
Original assignee: Nellcor Puritan Bennett LLC
Current assignee: Nellcor Puritan Bennett LLC
Priority date: 1998-01-15
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: US6412483B1; EP1064043A1; DE69822886D1; WO1999036118A1; CA2315675A1; JP4316138B2; JP2002509005A; US6076523A; EP1064043B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von Sauerstoff in einem Kolben-Beatmungsgerät, das es gestattet, einen Benutzer über ein in einem geschlossenen Regelkreis geschaltetes druckunterstütztes Beatmungssystem mit zusätzlichem Sauerstoff konstant und maßgenau zu versorgen. Insbesondere betrifft sie ein Kolben-Beatmungsgerät, das verwendet wird, um Patienten, die Atmungsschwierigkeiten haben, zu beatmen, und das sowohl die Menge des zu dem Kolben-Zylinder-Kreis als auch zu dem Patientenkreis gelieferten Sauerstoffs einstellt, um in der Luft in dem Kreis, die durch den Patienten eingeatmet wird, einen ausreichenden Sauerstoffgehalt zu sichern.
Beschreibung des Standes der Technik
Es sind Beatmungssysteme entwickelt worden, um Luft mit einem Druck größer als der atmosphärische Druck zu liefern, um das Atmen zu unterstützen, und sie können Systeme einschließen, die zusätzlichen Sauerstoff bereitstellen, der mit der Luft gemischt wird, um das eingeatmete Gas anzureichern. Solche Systeme werden normalerweise für Patienten mit Atmungsleiden verwendet, wobei die mit Sauerstoff angereicherte Luft durch Mischen von in Flaschen befindlicher Luft oder, weniger häufig, von atmosphäri scher Luft mit zusätzlichem Sauerstoff in gesteuerter Art und Weise für jeden Atemzug bereitgestellt wird.
Ein anderes System zum Mischen des Sauerstoffs mit Luft oder einem anderen Gas in einem Beatmungssystem in vorherbestimmten Proportionen, das die Verwendung von getrennten Zuführungen in einen Druckbehälter bis zu einem jeweiligen ersten und zweiten Druck umfasst, ist in den US-Patenten Nr. 4,022,234 und 4,023,587 beschrieben. Das darin offenbarte System arbeitet in abwechselnden Absaug- und Mischzyklen. Eine Rückkopplungssteuerung der Durchflussmenge und des Drucks des Beatmungsgases für einen Patienten durch eine Einatmungs-Servo-Einheit ist in dem US-Patent Nr. 3,741,208 beschrieben. Das US-Patent Nr. 5,383,449 sieht die Steuerung der Sauerstoffkonzentration in einem atembaren Gas durch Berechnung der Mol-Verhältnisse und des Drucks in dem Einschlussbehälter und das aufeinanderfolgende Zuführen von Sauerstoff und einem anderen Gas bis zu den gewünschten Druckwerten vor. Diese sogenannten Portionsmischungsbeatmungsgeräte stellen ein System für die Patientenbeatmung dar.
Während solche Systeme in Krankenhäusern und anderen Einrichtungen der Gesundheitsfürsorge sehr nützlich sind, sind kleinere und eingeschränktere Vorrichtungen, die keinen Druckluftanschluss erfordern, für die Hausfürsorge geeigneter. Kolben-Balg-Typen von Beatmungsgeräten erlauben das Zuführen eines vorbestimmten Volumens von Atemgas bei einem gewünschten Druck in Reaktion auf Initiierung von Atmungsbemühungen durch einen Patienten. Kolben-Beatmungsgeräte können normalerweise kompakter hergestellt werden, als Beatmungsgeräte auf der Grundlage von Bälgen. Kolben-Beatmungsgeräte mischen jedoch die unter Druck stehende Luft und den Sauerstoff in einer Hochdruckmischvorrichtung. Das sich ergebende Gemisch wird dann durch einen Kolben über ein Ventil, das den Druck des Gemisches verringert, abgesaugt. Solche Systeme gestatten normalerweise nicht die Verwendung von Raumluft und unter Druck stehendem Sauerstoff und können eine gewisse Überdruckbildungsgefahr im Fall einer Störung des Ventils für die gesteuerte Hochdruck-Gaszuführung einer der Atemgaskomponenten in das Hochdruckmischgerät hervorrufen.
Ein anderes System für das Mischen von Sauerstoff in einem Beatmungsgerät ist in der Internationalen Veröffentlichung WO96/24402, veröffentlicht am 15. August 1996, dargestellt. Dieses System ist zum Mischen von Gasen, wie zum Beispiel Sauerstoff und Luft, bei annähernd atmosphärischem Druck ausgestaltet. Es wird ein Patientenbeatmungsgerät offenbart mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung 14 für die Zufuhr von Gas von der Auslassöffnung 18 des Zylinders über einen Patientenkreis zu einem Patienten 20, einer Steuereinheit 58 und einem Sauerstoffmischmodul zur Steuerung der Zufuhr von Sauerstoff aus einer Sauerstoffquelle 50 zu der Kolben-Zylinder-Anordnung. Das Mischmodul weist ein Sauerstoffsteuerventil 54 auf, das funktionsmäßig mit der Steuereinheit verbunden ist. Eine Steuereinheit stellt ein Steuersignal für das Öffnen und Schließen des Sauerstoffsteuerventils auf der Grundlage der gewünschten Sauerstoffkonzentration bereit.
Es würde jedoch wünschenswert sein, ein Kolben-Beatmungsgerät zur Verfügung zu stellen, bei dem Sauerstoff mit Gas oder Luft gemischt werden kann, wobei der Kolben bewirkt, dass die Luft dem Patienten in einem Zyklus zugeliefert wird, der dichter an das Ein- und Ausatmungsprofil des Patienten angenähert ist. Ein Nachteil der Verwendung einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens in dem Zylinder, um Beatmungsluft zu erzeugen, ist der, dass der Durchfluss durch Veränderungen in der Gasdichte und in der Druckhöhe beeinträchtigt wird und somit die Anwendung einer Überwachung des barometrischen Drucks und eine Eingabe erfordert, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens zu steuern. Ferner würde es wünschenswert sein, den Durchfluss des Gases, das durch den Patienten geatmet wird, zu überwachen und eine Mischung des Sauerstoffs auf der Grundlage von Durchfluss- und Rückkopplungssteuerungen basierend auf dem Durchfluss und dem Volumen von Gas in dem Kolbenzylinder bereitzustellen, um die Anwendung von nicht so teuren Ventilsteuerungen zu gestat ten. Es ist weiterhin erwünscht, ein Mischen von Sauerstoff in einem solchen Kolbensystem vorzusehen, wobei eine Sauerstoffanreicherung für die Luft vorgesehen ist, die in dem Beatmungssystem stromabwärts von dem Kolbensystem nach dem Ausatmen durch den Patienten verbleibt.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese und andere Aufgaben werden größtenteils durch das Sauerstoffmischsystem der vorliegenden Anmeldung erfüllt. Das bedeutet, dass das vorliegende Sauerstoffmischsystem ein Kolbenbeatmungsgerät verwendet, das ausreichend kompakt für den Hausgebrauch ist, das den Betrieb des Kolbens steuert, das das Mischen des Sauerstoffs bei einer nicht konstanten Durchflussmenge des Atemgases zu dem Patienten gewährleistet und sichert, dass angereicherter Sauerstoff der Patientenseite des Beatmungskreises, d. h. stromabwärts von dem Kolben, während des Zurückziehens des Kolbens zur Verfügung gestellt wird, um den Sauerstoffgehalt der gesamten durch den Benutzer eingeatmeten Luft zu optimieren.
Das Kolbenbeatmungsgerät der vorliegenden Erfindung umfasst:
eine Kolben-Zylinder-Anordnung, die einen Zylinder und einen Kolben aufweist, der beweglich in dem Zylinder entlang eines zurückziehenden Gasansaughubs und eines vorschiebenden Gasausstoßhubs beweglich ist,
einen Patientenkreis zur Zufuhr von atembarem Gas aus der Kolben-Anordnung zu einem Patienten während der Patientinhalation,
eine Steuereinheit, die mit der Kolben-Zylinder-Anordnung zum Empfang von Eingaben entsprechend der Position des Kolbens innerhalb des Zylinders während des Ansaughubs verbunden ist,
ein Sauerstoffmischmodul zur Steuerung der Zufuhr von Sauerstoff aus einer Sauerstoffquelle zu der Kolben-Zylinder-Anordnung zum Mischen mit dem atembaren Gas darin, wobei das Sauerstoffmischmodul ein erstes Sauerstoffsteuerventil, das funktionsmäßig mit der Steuereinheit verbunden ist, und einen Durchflusssensor aufweist, um ein Signal für die Steuereinheit bereitzustellen, das für die Menge von aus dem ersten Sauerstoffsteuerventil zugeführten Sauerstoff repräsentativ ist, und
eine Überwachungseinrichtung für die Kolbenposition,
wobei die Steuereinheit die Zielmenge von Sauerstoff in der Kolben-Zylinder-Anordnung auf Grundlage der Position des Kolbens während des Ansaughubs berechnet, die Differenz zwischen der Zielmenge und der berechneten aktuellen Menge von Sauerstoff, die nach Maßgabe des von dem Durchflusssensor gelieferten Signals an dem Durchflusssensor vorbeigeflossen ist, berechnet und ein Steuersignal zum Öffnen und Schließen des ersten Sauerstoffventils auf Grundlage der berechneten Differenz liefert.
Diese und andere Vorteile sind von Fachleuten unter Bezugnahme auf die nachfolgend angeführten Zeichnungen und die Beschreibung leicht zu erkennen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines Beatmungsgerätsystems mit einem Sauerstoffmischmodul, wobei die pneumatischen Verbindungen in durchgehenden Linien und die elektrischen Verbindungen in gestrichelten Linien dargestellt sind,
2 ist ein Blockdiagramm von verschiedenen Komponenten der in 1 dargestellten Steuereinheit in funktionsmäßiger Beziehung zu den gesteuerten Komponenten des Beatmungsgerätsystems, und
3 ist ein Blockdiagramm von anderen Komponenten der in 1 dargestellten Steuereinheit in funktionsmäßiger Beziehung zu den gesteuerten Komponenten des Ausatmungs-Steuersystems.
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
Das Kolben-Beatmungsgerät der vorliegenden Anmeldung weist allgemein ein Sauerstoffmischmodul, eine primäre kolbengetriebene Druckerzeugungseinheit zum Bereitstellen eines zwangsläufigen Druckdurchflusses von atembarem Gas zu dem Patienten, ein sekundäres Gasaufbereitungsmodul, eine Steuereinheit, ein Ausatmungssteuersystem und einen Patientenkreis zum Zuführen von Luft zu dem Patienten zum Einatmen und Ausstoßen der ausgeatmeten Luft auf. Das Sauerstoffmischmodul weist einen Anschluss an eine Quelle von unter Druck stehendem Sauerstoff, ein erstes Steuerventil, das den Durchfluss von Sauerstoff zu dem Kolben steuert, und einen Durchflusssensor zum Überwachen des Sauerstoffdurchflusses zu dem Kolben auf. Weiterhin weist das Sauerstoffmischmodul ein zweites Steuerventil zum Regeln der Sauerstoffmenge auf, die dem Patientenkreis zugeführt wird, um das während des Rückziehhubs des Kolbens in dem Patientenkreis verbleibende Gas anzureichern. Die Ventile sind auf Stromstärke reagierende Drosselventile, die auf Signale von der Steuereinheit ansprechen, die vorzugsweise einen Mikroprozessor aufweist. Der Durchflusssensor ist funktionsmäßig mit der Steuereinheit verbunden, um Signale zu liefern, die dem Sauerstoffdurchfluss zu dem primären kolbengetriebenen Druckerzeugungssystem entsprechen.
Die primäre kolbengetriebene Druckerzeugungseinheit erhält Sauerstoff von dem Sauerstoffmischmodul und Luft oder ein anderes atembares Gas und wird durch einen Motor, ein Zahnradgetriebe und einen Nockenarm betätigt, um einen Fluss von gemischtem Gas daraus zu liefern. Das bedeutet, dass das primäre System zu Beginn seines zurückziehenden Ansaughubs einen Durchfluss von gemischtem Gas mit geringem Volumen aufnimmt, ihn während des Zwischenabschnitts seines zurückziehenden Hubs zu einem Durchfluss mit maximalem Volumen aufbaut und ihn am Ende seines zu rückziehenden Hubs vor dem Beginn des vorschiebenden Hubs zu einem Durchfluss von Luft mit geringem Volumen reduziert. Wenn relativ große Volumen von atembarem Gas während des Vorschiebens des Kolbens innerhalb des Zylinders zugeführt werden, führt das primäre System zu Beginn des Vorschiebens einen Durchfluss mit geringem Volumen zu, baut ihn während des Zwischenabschnitts seines vorschiebenden Hubs zu einem Durchfluss von gemischtem Gas mit maximalem Volumen auf und reduziert ihn dann am Ende seines vorschiebenden Hubs zu einem Durchfluss von Gas mit geringem Volumen. Wenn das Volumen von Gas, das dem Patientenkreis zur Verfügung zu stellen ist, relativ gering ist, steigt der Durchfluss abrupt an und verringert sich dann am Ende des vorschiebenden Hubs zu einem geringeren Durchfluss. Alternativ kann die Bewegung des Motors und somit des Kolbens so gesteuert werden, dass das gemischte Gas konstanter ausgestoßen wird, um dem Patienten einen Durchfluss mit ununterbrochenem und im Wesentlichen konstantem Druck zur Verfügung zu stellen.
Weil der Anstieg des Volumens über dem Kolben in dem Zylinder während des Ansaugens und des Mischens nichtlinear ist, sondern sinusförmig, ist der Durchfluss von Sauerstoff in den Zylinder gleichermaßen nichtlinear. Der den Kolben antreibende Motor liefert ein praktisch kontinuierliches, aktualisiertes Signal zu der Steuereinheit, das der Position des Kolbens entspricht. Das gestattet es dem Mikroprozessor durch Integration das Volumen des Gases in dem Zylinder während des zurückziehenden Hubs und gleichermaßen das Volumen des hinzugefügten Sauerstoffs zu berechnen, das den Durchflusssensor durchflossen hat und im Zylinder vorhanden sein sollte. Durch kontinuierliches Aktualisieren des Vergleichs der berechneten Sauerstoffmenge in dem Zylinder mit der tatsächlich dem Zylinder während des zurückziehenden Hubs zugeführten Sauerstoffmenge kann die Steuereinheit dem ersten Steuerventil im Wesentlichen kontinuierlich signalisieren, zu öffnen oder zu schließen, um den gewünschten Betrag der Sauerstoffanreicherung für den Zylinder zu erzielen. Vorzugsweise ist der Motor ein Motor, der eine bidirektionale Bewegung ausführen kann, so dass ein einstellbarer Bewegungsende-Sensor vorgesehen werden kann, um die Position des Motors mit der Steuereinheit zu initialisieren und danach als eine Sicherheit-Begrenzungseinrichtung zu wirken, wobei die Steuereinheit dem Motor ein Signal zum Umkehren der Richtung zwischen Vorschieben und Zurückziehen liefert und dadurch Benutzer mit unterschiedlichen Lungenkapazitäten berücksichtigt.
Das sekundäre Aufbereitungsmodul verwendet ein Niederdruckgebläse, um dem System Frischluft oder ein anderes atembares Gas zuzuführen, um Leckverluste auszugleichen, insbesondere Leckverluste rund um die Trachealtuben, die in die Luftröhre oder in den Mund des Patienten eingeführt sind. Die Steuereinheit liefert dem Gebläse ein Drehzahlsteuersignal, um den geeigneten Druckwert im Patientenkreis auf Grundlage der Durchflussmenge aus dem Patientenkreis aufrechtzuerhalten. Die Steuereinheit erfasst die Durchflussmenge aus dem Patientenkreis, die wiederum ein Sauerstoffventil betätigt, damit ein ausreichend mit Sauerstoff angereichertes Gas in dem Patientenkreis aufrechterhalten wird. Das Drehzahlsteuersignal betätigt zusammen mit der für die Steuereinheit vorgeschriebenen Gesamtsauerstoffmenge ein zweites Sauerstoffsteuerventil, um es größeren oder kleineren Durchflüssen von Sauerstoff zu gestatten, zu der Patientenseite des Beatmungsgeräts und somit in den Patientenkreis durchzufließen, um während des Zurückziehens des Kolbens in dem Zylinder vorbereitend für die Initiierung der Inhalation eine ausreichende Sauerstoffanreicherung in dem Patientenkreis aufrechtzuerhalten. Der primäre Durchflusssensor stellt ein Signal bereit, das dem Volumen des Leckverlusts von gemischtem Gas in dem Patientenkreis entspricht (V_T). Das eingeführte Volumen des Sauerstoffs (O₂) ist durch das Einleiten von O₂-Gas mit einem bekannten Druck stromaufwärts einer bekannten Öffnungsgröße für einen vorgeschriebenen Zeitraum, was ein Sauerstoffvolumen von (V_O2) ergibt, bekannt.
Die Sauerstoffkonzentration in dem aufbereiteten Gas wird dann durch die folgende Gleichung bekannt: (VT) = VAIR + VO2 O2% = 79(VO2/VT) + 21
Darin wird V_T durch eine Messung durch den primären Durchflusssensor erhalten und V_O2 ist dadurch bekannt, wie lange das primäre Sauerstoffsteuerventil offen ist, durch die Öffnungsgröße und den Druck stromaufwärts.
Das Ausatmungssteuersystem ist auf der Patientenseite des Beatmungsgeräts für die Verbindung mit dem Patientenkreis positioniert, der mit dem Beatmungsgerät verbunden ist, und es weist einen Durchflusssensor für das Überwachen des Durchflusses von atembarem Gas zu dem Patienten, Drucksensoren für das Detektieren des Drucks in dem Patientenkreis während des Einatmens und des Ausatmens und ein Steuerventil für den Endüberdruck beim Ausatmen auf. Der Patientenkreis ist an dem Beatmungsgerät zur Verbindung mit dem Ausatmungssteuersystem befestigt und weist ein pneumatisch gesteuertes Ausatmungsventil auf. Das Steuerventil für den Endüberdruck beim Ausatmen (PEEP) regelt die Gasmenge, die einer Membran, vorzugsweise einer aufblasbaren Ballonmembran, in dem Ausatmungsventil zugeführt wird, durch selektives Ablassen von Gas aus der Membran in das Ausatmungssteuersystem vor dem Zuführen zu dem Patientenkreis. Durch ein solches Ablassen wird über eine Signalleitung ein pneumatisches Signal geliefert, wenn der Druck an der Membran relativ zu dem Druck in dem Patientenkreis ansteigt und wenn der Widerstand des Ausatmungsventils gegenüber dem Durchfluss der Gase aus dem Patientenkreis ansteigt. Das überschüssige Gas aus der Membran wird durch das PEEP-Steuerventil in die Atmosphäre abgegeben. Ein Druckanstieg an der Membran erhöht somit den PEEP, d. h. den Druck, der in dem Luftweg des Patienten nach dem Ausatmen verbleibt, was wiederum ein Zusammenfallen der Lungen des Patienten verhindert und die Schnelligkeit erhöht, mit welcher der Patient den nächsten effektiven Einatmungs-Atemzug beginnen kann.
Das führt dazu, dass die Bewegung des Kolbens direkt dem Einatmen und Ausatmen des Patienten, der an das Beatmungsgerät angeschlossen ist, mit dem gewünschten Betrag der Sauerstoffanreicherung, um die Atmung des Patienten zu unterstützen, entspricht. Das Anreichern erfolgt unabhängig davon, ob die Kennwerte des Ansaugdurchflusses des atembaren Gases in die Kolben-Zylinder-Anordnung linear oder sinusförmig sind, weil die Menge des dem Zylinder hinzugefügten Sauerstoffs ständig überwacht und in einem geschlossenen Regelkreissystem gesteuert wird. Ferner ist die Frischluft oder anderes Gas, das dem Patienten zur Verfügung gestellt wird, mit Sauerstoff angereichert und wird in Verbindung mit einer Endüberdrucksteuerung beim Ausatmen geliefert, um die Schnelligkeit zu erhöhen, mit welcher der nächste Einatmungs-Atemzug erfolgen kann.
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, ist ein Beatmungsgerätsystem 10, das insbesondere für die Unterstützung der Atmung bei medizinischen Patienten nützlich ist, schematisch in 1 dargestellt und weist allgemein ein Sauerstoffmischmodul 12, ein primäres, kolbengetriebenes Druckerzeugungssystem 14, ein sekundäres Frischgasmodul 16, eine Steuereinheit 18, einen Patientenkreis 20 und ein Ausatmungssteuersystem 21 mit einem Steuerventil für den Endüberdruck beim Ausatmen (PEEP) 22 auf. Der Patientenkreis ist abnehmbar an dem Ausatmungssteuersystem 21 angebracht und befindet sich somit außerhalb eines Gehäuses und in unmittelbarer Nähe des Patienten 26. Der Patientenkreis 20 weist ein Ausatmungssteuergerät 24 auf. Das Beatmungsgerätsystem 10 ist insbesondere beim Zuführen von Luft mit erhöhtem Sauerstoffgehalt in einem Patienten-Unterstützungsmodus für einen medizinischen Patienten 26 mit unvollständiger Atmungsfähigkeit nützlich. Es ist jedoch zu erkennen, dass das Beatmungsgerätsystem 10 andere atembare Gase verwenden kann, zum Beispiel Helium oder Stickstoff, die mit Sauerstoff gemischt werden können, wenn es die Umstände erfordern.
Das Sauerstoffmischmodul 12 ist mit einer Quelle von unter Druck stehendem Sauerstoff 28 verbunden, beispielsweise mit in einer Flasche abgefülltem Sauerstoff, oder er weist eine Verbindung mit einer zentralen Sauerstoffquelle durch eine Sauerstoffarma tur 30 auf. Der aus der Quelle 28 aufgenommene Sauerstoff durchfließt ein Regulierventil 32 und einen Filter 34, z. B. einen Filter mit einer Maschenweite von 40 Mikrometer. Der Fluss wird dann in einen ersten Weg 36 und einen zweiten Weg 38 geteilt. Der erste Weg 36 führt zu dem primären Druckerzeugungssystem 14, während der zweite Weg 38 zu dem Ausatmungssteuersystem 21 führt.
Der über den ersten Weg 36 gelieferte Sauerstoff durchfließt einen Druckregler 40, um den zugelieferten Sauerstoff bei einem im wesentlichen konstanten gewünschten Druck zu liefern, und fließt dann zu dem primären Sauerstoffsteuerventil 42, Vorzugsweise begrenzt der Regler 40 den Druck des Sauerstoffs stromabwärts von dem Regler auf 379 × 10³ Pa (55 psi), um die Mengenleistung zu maximieren, obwohl niedrigere Einstellungen zulässig sind. Vorteilhafterweise besteht die primäre Sauerstoffsteuerventil-Station 42, die in 1 schematisch als ein einzelnes Ventil dargestellt ist, aus zwei parallelen stromgesteuerten, spannungsempfindlichen Drosselventilen (VSO). Es wird eher die Stromstärke als die Spannung verwendet, um die VSO-Ventile zu steuern, weil sie weniger Veränderungen infolge der Temperatur unterworfen ist. Die primäre Sauerstoffsteuerventil-Station 42 ist elektrisch mit der Steuereinheit 18 zum Empfangen von Steuersignalen und zum Senden von Ventilstellungsinformationen verbunden. Ein Gasdurchflusssensor 44 ist stromabwärts von dem Ventil 42 vorgesehen, um den Durchfluss des Sauerstoffs zu überwachen. Der Gasdurchflusssensor 44 ist vorzugsweise als ein Gassensor mit niedrigem Durchfluss parallel zu einem Durchflussbegrenzer vorgesehen, um eine größere Gesamtdurchflusskapazität zu erhalten, als bei einem allein vorgesehenen Gassensor mit niedrigem Durchfluss. Der Gasdurchflusssensor 44 ist elektrisch mit der Steuereinheit 18 verbunden, um ein Signal dorthin zu liefern.
Das primäre kolbengetriebene Beatmungssystem 14 weist einen Zylinder 46 und einen sich hin- und herbewegenden Kolben 48 auf und bildet eine Kammer 50 zwischen dem Kolben 48 und dem Zylin der 46. Der Kolben 48 ist mit einem Arm 52 gekoppelt, der als ein Nocken wirkt, um den Kolben 48 vertikal in dem Zylinder 46 mit der größten Geschwindigkeit in der Mitte des Hubs und mit der kleinsten zu Beginn und am Ende des Hubs zu bewegen. Die Geschwindigkeit des Kolbens 48 während des Zurückziehens ist somit sinusförmig entsprechend dem Kosinus des Winkels zwischen dem Arm und der Horizontalen, wie es in 1 dargestellt ist. Der Arm 52 ist mit einem Getriebe 54 verbunden, das durch einen umsteuerbaren Motor 56 angetrieben wird. Das bedeutet, dass der Motor sich im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn bewegen kann, wobei der Arm 52 vollständig rotiert, jedoch während des Übergangs zwischen dem vorschiebenden und zurückziehenden Hub und umgekehrt die Richtung umkehrt. Ein Ende des Weg-Sensors 58 ist einstellbar für den funktionsmäßigen Eingriff mit dem Kolben 48 an der untersten Stelle des zurückziehenden Hubs angebracht und elektrisch mit der Steuereinheit 18 verbunden, um dem Steuergerät 18 zu signalisieren, dass es die Stellung des Motors 56 und somit des Kolbens 48 beim Anlaufen und als eine Sicherheitsvorrichtung während des weiteren Betriebs initialisiert. Durch das Initialisieren der Stellung des Motors 56 steuert die Steuereinheit 18 den Betrieb des Motors 56, um seine Drehrichtung und somit die Hublänge des Kolben 48 innerhalb des Zylinders 46 an der geeigneten Position basierend auf der Motorstellung und auf einer vom Benutzer für die Steuereinheit 18 vorgewählten Gesamtvolumeneinstellung zu verändern. Das Einstellungsmerkmal gestattet es, die Menge der mit Sauerstoff angereicherten Luft oder eines Gases, die einem Patienten 26 zugeliefert werden, auf der Grundlage des Lungenkapazität des Patienten zu variieren. Der Motor 56 ist vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, der elektrisch mit der Steuereinheit 18 gekoppelt ist, um ein kontinuierliches Signal bereitzustellen, das der Anzahl der Umdrehungen und der Stellung des Motorantriebs und somit des Arms 52 entspricht. Luft oder anderes atembares Gas wird dem primären kolbengetriebenen Beatmungssystem 14 von dem Außenlufteinlass 59 zugeliefert und fließt durch einen Filter 60, z. B. durch einen Filter mit einer Maschenweite von 0,3 Mikrometer und durch ein Rückschlagventil 62. Die Luft wird mit dem Sauerstoff gemischt, der aus dem Sauerstoffmischmodul 12 in der Kammer 50 zugeführt wird, und fließt dann durch das Regulierventil 64 aus, bevor sie einen anderen Filter 66 durchfließt, beispielsweise einen Filter mit 50 × 250 Maschen, der zu dem Ausatmungssteuersystem 21 führt.
Das sekundäre Aufbereitungs-Gasmodul 16 weist ein Niedrigdruck-/Niedrigvolumen-Gebläse 68 auf, das Luft über ein Regulierventil 70 in den Patientenkreis 20 stromabwärts von dem Filter 66 liefert und durch das Ventil 71 daran gehindert wird, in die Kammer 50 zurückzufließen. Das Gebläse 68 arbeitet normalerweise konstant, um einen Fluss von atembarem Gas, beispielsweise Luft, die aus der Außenluft erhalten wird, zuzuführen und es kann bei höheren Drehzahlen einen Spitzendruck von mehr als 20 cm Wassersäule erzeugen, um Luftverlust durch Leckagen bis zu 10 Litern pro Minute in dem Patientenkreis, z. B. rund um einen Trachealtubus oder Ähnliches auszugleichen. Die Betriebsdrehzahl des Gebläses 68 wird durch die Steuereinheit 18 in Reaktion auf ein Signal gesteuert, das dem Druck in dem Ausatmungssteuersystem 21 entspricht, der der Steuereinheit zur Verfügung gestellt wird, wie er durch den Drucksensor 98 abgefühlt wird. Das Gebläse 68 kompensiert somit nicht nur die Leckverluste in dem System, sondern erhält auch die PEEP-Pegel aufrecht und liefert einen Durchfluss, wenn ein Patient einen Atemzug initiiert, für den ein Atemzug auszulösen ist.
Die Steuereinheit 18 weist einen Mikroprozessor 72 auf, der mit Betriebsanweisungen programmiert ist. Wie in 2 dargestellt, weist die Steuereinheit 18 weiterhin einen Durchflusssensor-Signalformer 74 auf, der eine Eingabe von dem Durchflusssensor 44 empfängt, wobei das Signal über einen Analog-/Digital-Wandler 76 zu dem Mikroprozessor 72 geliefert wird. Gleichermaßen stellt der Mikroprozessor 72 ein Signal für einen Mischventilantrieb 78 bereit, der ausreichend Strom liefert, um die stromgesteuerten, spannungsempfindlichen Drosselventile (VSO-Ventile) der primären Sauerstoffsteuerventilstation 42 über einen Analog-/Digital-Wandler 80 zu betreiben. Wie ebenfalls in 2 dargestellt ist, empfängt der Mikroprozessor 72 ein Signal von einer Überwachungseinrichtung der Motorstellung 82, die funktionsmäßig mit dem Motor 56 verbunden ist und die wiederum die Anzahl der Umdrehungen und die Stellung des Motors 56 und somit des Arms 52 und des Kolbens 48 abfühlt und dem Motor 56 signalisiert, den Kolben 48 vorzuschieben oder zurückzuziehen. Wie in 3 dargestellt ist, weist die Steuereinheit 18 andere Komponenten auf, um Funktionen auszuführen, die sich auf das Abfühlen des PEEP und das Betätigen des PEEP-Ventils 22 in Reaktion darauf beziehen. Die Steuereinheit weist weiterhin einen Drucksensor-Signalformer 112 auf, der eine Eingabe von dem ersten Drucksensor 98 empfängt, wobei das Signal über einen Analog-/Digital-Wandler 114 zu dem Mikroprozessor 72 geliefert wird. Gleichermaßen stellt der Mikroprozessor 72 ein Signal für eine PEEP-Steuereinheit 116, die an dem PEEP-Ventil 22 angebracht ist, über einen Analog-/Digital-Wandler 118 bereit. Das PEEP-Ventil 22 ist dann wiederum durch eine Signalleitung 91 mit dem Ausatmungsventil 24 verbunden, wie es in 1 dargestellt ist, um einen auf dem PEEP basierenden Widerstand zu liefern, indem ein pneumatisches Signal geliefert wird, und es steuert dadurch den PEEP am Ende der Ausatmungsatemzugs des Patienten.
Das Ausatmungssteuersystem 21 empfängt gemischte Luft von dem Filter 66 und Frischluft von dem Gebläse 68 über das Regelventil 70. Ein übermäßiger Druck kann durch Betätigen des manuellen Druckentlastungsventils 84 abgebaut werden. Der zweite Weg 38 ist als eine Leitung vorgesehen, die vorteilhafterweise mit einem Regler 40 verbunden ist, um Sauerstoff mit 379 × 10³ Pa (55 psi) anstatt direkt von der Versorgung 28 zu erhalten, die normalerweise Luft bei 552 × 10³ Pa (80 psi) liefert. Die Führung des zweiten Weges 38 von dem Regler 40 gestattet die Verwendung eines Druckreglers 86, der den Druck von 379 × 10³ Pa (55 psi) auf etwa 103 × 10³ Pa (15 psi) reduziert. Sauerstoff wird über den zweiten Weg 38 über eine Druckregeleinrichtung 86 und dann zu dem Steuerventil für den aufbereiteten Sauerstoff 88 für die Lieferung über einen Durchflussbegrenzer 128 zu dem Ausatmungssteuersystem 21 für die Lieferung zu dem Patientenkreis 20 be reitgestellt. Das Steuerventil für den aufbereiteten Sauerstoff 88 kann ein stromkreisgesteuertes, spannungsempfindliches Drosselventil oder alternativ ein digitales Ventil sein, das elektrisch mit der Steuereinheit 18 verbunden ist, wie auch das Gebläse 68. Der Betrag, um den sich das Steuerventil für den aufbereiteten Sauerstoff 88 öffnen kann, um Sauerstoff aus dem zweiten Weg 38 zuzuführen, wird durch das Volumen der Luft bestimmt, die über den primären Durchflusssensor fließt und ist somit dem Durchfluss von Luft oder eines anderen atembaren Gases proportional, das durch das Gebläse 68 zugeführt wird, wie es durch die Steuereinheit 18 auf der Grundlage der gewünschten, dem Patienten zuzuführenden Gesamtsauerstoffmenge gesteuert wird. Es ist beabsichtigt, dass der Druck des Sauerstoffs, der über den Regler 86 geliefert wird, den Druck übersteigt, der von dem Gebläse 68 erzeugt wird, um zu sichern, dass das an den Patientenkreis 20 gelieferte Gas ausreichend mit Sauerstoff angereichert ist.
Das Ausatmungs-Steuersystem 21 weist ein PEEP-Steuerventil 22, eine Signalleitung 91, einen Durchflussbegrenzer 94, einen Durchflusssensor 96, einen ersten Drucksensor 98, einen zweiten Drucksensor 102 und einen Filter 104 auf. Das PEEP-Steuerventil 22 dient dazu, überschüssige Luft durch das Entlüftungsventil 90 in die Atmosphäre abzulassen, um den Druck auf der Membranseite des Ausatmungssteuerventils 24 zu regeln, wodurch wiederum der Druck in dem Patientenkreis 20 auf die PEEP-Einstellung geregelt wird, die von dem Benutzer eingegeben wird. Das PEEP-Ventil 22 ist elektrisch mit der Steuereinheit 18 verbunden, um die Luftmenge zu regeln, die über das Entlüftungsventil 90 abgelassen werden darf. Wenn das PEEP-Ventil vollständig als Bypass-Ventil wirkt oder offen ist, wird eine aufblasbare Membran in dem Ausatmungssteuerventil 24 des Patientenkreises vollständig entleert. Das ergibt nahezu 0 cm Wassersäule PEEP. Wenn das PEEP-Ventil 22 vollständig geschlossen ist, ist das Ausatmungsventil 24 geschlossen, um zu verhindern, dass Gas durch das Ausatmungsventil 24 zum Ausfluss 92 fließt und somit kann das Gas während der Inhalation nicht entweichen. Unter diesen Bedingungen kann der Druck in dem Patientenkreis 20 und in dem Ausatmungssteuersystem 21 in Abhängigkeit von der Gasmenge, die in dem verfügbaren Volumen enthalten ist, ehe das Druckentlastungsventil 84 betätigt wird, beliebig groß sein. Gleichermaßen ist das PEEP-Steuerventil 22 pneumatisch mit dem Ausatmungssteuerventil 24 verbunden, um den Druck in dem Patientenkreis zu verringern, wenn der PEEP-Druck über den vorbestimmten Wert ansteigt. Andererseits signalisiert, wenn der PEEP-Druck unter den vorbestimmten Wert abfällt, die Steuereinheit 18 dem Gebläse 68, seine Drehzahl zu erhöhen und dadurch den Druck in dem Patientenkreis zu erhöhen. Als eine Sicherheitsmaßnahme ist das PEEP-Ventil 22 normalerweise offen, um die aufblasbare Membran zu entleeren und es dem Patienten zu erlauben, im Fall einer Störung zu atmen. Das PEEP-Steuerventil 22 ist durch eine Signalleitung 91 pneumatisch mit dem Ausatmungssteuerventil 24 verbunden. Das PEEP-Steuerventil 22 ist pneumatisch mit dem Ausatmungssteuerventil 24 verbunden und weist einen Körper auf, der darin eine Umhüllung bildet und die aufblasbare Membran befindet sich innerhalb der Umhüllung, was die Verengung regelt, durch welche der Patient 26 die Luft ausatmen muss, die dem Auslass 92 in die Atmosphäre zugeführt wird. Ein Auslassventil 24, dass sich für die Verwendung als akzeptabel erwiesen hat, steht im Handel als Teil Nr. 6350 zur Verfügung, das entweder eine Komponente des Patientenkreismodells Nr. 6462 oder 6461, erhältlich von Nellcor Puritan Bennett of Pleasanton, California, ist. Mit Sauerstoff angereicherte Luft wird dem PEEP-Ventil 22 über einen Durchflussbegrenzer 94 zugeführt, wobei der Hauptluftstrom durch das primäre kolbengetriebene Beatmungssystem über einen Durchflusssensor 96 zugeführt wird, welcher die Zuführung der Luft zu dem Patienten überwacht. Die Öffnungsgröße des PEEP-Ventils 22 und der Druck in dem Patientenkreis 20, wie er durch den ersten Drucksensor 98 bestimmt wird, bestimmt die Durchflussmenge der Gase aus dem PEEP-Ventil 22. Weil das PEEP-Ventil 22 und der Begrenzer 94 hintereinander angeordnet sind, ist der Gasausfluss aus dem PEEP-Ventil 22 auch der Durchfluss durch den Begrenzer 94, sowie auch jede minimale Gasmenge, die zu oder von der Membran durch die Signalleitung fließt. Die Durchflussmenge der Gase durch den Begrenzer 94 ruft einen Druckabfall über die Länge des Begrenzers 94 hervor. Das bewirkt, dass der Druck auf der Rückseite oder der Signalleitungsseite der Membran kleiner ist, als der Druck auf der Patientenseite (d. h. der Vorderseite) der Membran. Diese Druckdifferenz verringert den Widerstand des Ausatmungsventils 24, erlaubt es den Gasen in dem Patientenkreis 20 aus dem Ausatmungsventil 24 zu entweichen und verringert letztendlich den Druck in dem Patientenkreis 20.
Durch das Steuern der Durchflussmenge der Gase durch den Begrenzer 94 können auch der Druck in dem Patientenkreis 20 und der PEEP gesteuert werden.
Während der Ausatmung wird der Kolben 48 zurückgezogen und somit wird Luft oder anderes atembares Gas sowohl dem PEEP-Ventil 22 als auch dem Ausatmungssteuerventil 24 durch eine Kombination von Frischluft von dem Gebläse 68 und Sauerstoff, der durch das Patientenkreis-Sauerstoffsteuerventil 88 und von der Ausatmung des Patienten 26 zugeführt wird, zugeleitet. Ein erster Drucksensor 98 befindet sich in unmittelbarer Nähe zu dem Patienten 26 in der Leitung, welche mit Sauerstoff angereicherte Luft zu dem Patienten 26 liefert, und er ist elektrisch mit der Steuereinheit 18 verbunden, um dem PEEP-Ventil 22 zu signalisieren, wieviel Luft durch den Auslass 92 in die Atmosphäre auszustoßen ist und somit wieviel Frischluft und Ausatmungsluft durch den Patienten der aufblasbaren Membran des Ausatmungssteuerventils zugeführt wird. Der erste Drucksensor 98 ist elektrisch mit der Steuereinheit 18 verbunden und versorgt somit die Steuereinheit 18 mit einem Signal, welches dem Druck des Gases entspricht, das dem Patienten 26 während der Inhalation und dem PEEP am Ende der Ausatmung entspricht. Ein zweiter Drucksensor 102 ist elektrisch mit der Steuereinheit 18 verbunden und stellt eine Sicherung und eine Bestätigung des ersten Drucksensors 98 durch Überwachung des Drucks in dem Ausatmungssteuersystem 21 und Liefern eines zweiten Drucksignals zu der Steuereinheit dar.
Das PEEP-Ventil 22 ist normalerweise offen und steuert indirekt den Widerstand des Ausatmungsventils 24 gegenüber dem Gasdurchfluss aus dem Atmungskreis in die Atmosphäre. Durch Erhöhen oder Verringern dieses Widerstands kann das Ausatmungsventil 24 die Gasmenge in dem Patientenkreis verringern oder beibehalten und dadurch den Druck in dem Patientenkreis 20 verringern oder beibehalten. Das PEEP-Ventil 22 regelt den Druck, der an das Ausatmungsventil 24 angelegt ist, durch Steuern der Menge von Luft, die aus dem Patientenkreis 20 dem Auslass 92 zugeführt wird. Je mehr Gas durch das PEEP-Ventil 22 dem Entlüftungsventil 90 zugeführt wird, desto niedriger ist der Druck auf die Membran an dem Ausatmungsventil 24, welche die Ausatmungsöffnung 100 des Ausatmungssteuerventils 24 überdeckt. Je größer die Drosselung in dem PEEP-Ventil 22 und daher je geringer die Gasmenge ist, die dem Entlüftungsventil 90 zugeführt wird, desto größer ist der Druck auf die Membran des Ausatmungssteuerventils 24 und somit desto größer die Expansion der Membran innerhalb der Umhüllung, wodurch die Größe der Drosselung verringert wird, um den Widerstand zu erhöhen, der während des Ausatmens durch den Patienten vorliegt. Die Größe des Widerstands gegenüber der Ausatmung ist dem Druck des Gases proportional, das der Membran zugeführt wird, und somit proportional der Öffnungsgröße des PEEP-Ventils 22. Das Signal, das durch die Steuereinheit 18 zugeführt wird, um das PEEP-Ventil 22 zu öffnen oder zu schließen, wird durch den ersten Drucksensor 98 bestimmt.
Der primäre Durchflusssensor 96 liefert ein Signal, das dem Volumen (V_T) des Leckverlusts von gemischtem Gas in dem Patientenkreis entspricht. Das Volumen des eingeführten Sauerstoffs ist durch das Einleiten von O₂ bei einem bekannten Druck stromaufwärts einer bekannten Öffnungsgröße über einen spezifischen Zeitraum bekannt. Alternativ kann ein spannungsempfindliches Drosselventil (VSO-Ventil) anstelle der feststehenden Öffnung und ein digitales Ventil verwendet werden. Die Sauerstoffkonzentration des aufbereiteten Gases ergibt sich dann aus der Gleichung: VT – vAIR + VO2; und O2% = 79(VO2/VT) + 21
Die Steuereinheit 18 sendet wiederum Betriebssignale zu dem Gebläse 68 und dem Patientenkreis-Steuerventil 88. Ein Filter 104, beispielsweise ein 40-Maschen-Filter, sichert eine finale Filtrierung der Luft mit dem angereicherten Sauerstoff vor der Zuführung zu dem Patienten.
Der Patientenkreis 20 ist mit dem Ausatmungssteuersystem 21 durch flexible Leitungen 120, 122 und 124, die zu Schlauchverbindungen 126 geführt sind, die jeweils funktionsmäßig mit dem ersten Drucksensor 98, mit dem Filter 104, der das durch den Patienten zu inhalierende atembare Gas zuführt, und mit der Signalleitung 91, die zu dem PEEP-Ventil 22 führt, verbunden.
Im Gebrauch gibt das vorliegende Beatmungssystem 10 Atmungsunterstützung für den Patienten 26, so dass die Atmungsrate des Patienten 26 direkt der Doppelhubrate des Kolbens 48 innerhalb der Kammer 50 entspricht. Somit atmet der Patient bei jeder vorschiebenden Bewegung des Kolbens 48 in dem Zylinder 46 ein und bei jedem zurückziehenden Hub des Kolbens 48 in dem Zylinder 46 atmet er aus. Vor dem Betrieb des Beatmungssystems wählt der Benutzer ein gewünschtes Niveau der Sauerstoffanreicherung, zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von 21% bis 100% Gesamtsauerstoff, der von dem Patienten aufgenommen wird und stellt die Steuereinheit 18 darauf ein. Zusätzlich wählt er einen Zieldruckpegel für den PEEP innerhalb eines typischen Wertebereichs von 0 cm Wassersäule, wobei dieser Wert während des Ausatmungsteils der Atmung des Patienten keinen Widerstand in dem Ausatmungsventil bewirkt, bis zu 20 cm Wassersäule, wobei dieser Wert den vollständigen Widerstand in dem Ausatmungsventil 24 bewirkt.
Während jedes zurückziehenden Hubs des Kolbens 48 signalisiert die Überwachungseinrichtung für die Motorstellung 82 die Stellung des Kolbens 48 innerhalb des Zylinders 46 und erlaubt es der Steuereinheit 18, das Volumen der Kammer 50 zu berechnen. Für jeden gewünschten Betrag der Sauerstoffanreicherung erzeugt das eine entsprechende Berechnung des Menge des hinzugefügten Sauerstoffs, die in der Kammer vorhanden sein sollte. Die Berechnung des Volumens und somit der Menge des in der Kammer 50 vorhandenen hinzugefügten Sauerstoffs wird während des zurückziehenden Hubs des Kolbens 48 kontinuierlich aktualisiert. Weil die Rückziehgeschwindigkeit des Kolbens 48 nicht linear ist, sondern sinusförmig, verändert sich auch das Volumen in der Kammer 50 sinusförmig.
Der Durchflusssensor 44 bestimmt somit die Durchflussmenge des Sauerstoffs, der kontinuierlich der Kammer 50 zugeführt wird. Sein Signal wird von der Steuereinheit 18 empfangen und die Durchflussmengen werden integriert, um die Sauerstoffmenge zu erhalten, die der Kammer 50 tatsächlich zugeführt wird. Wenn die Steuereinheit 18 feststellt, dass die der Kammer zugeführte akkumulierte Sauerstoffmenge unzureichend ist, signalisiert sie der primären Sauerstoffsteuerventilstation 42 sich zu öffnen und zu gestatten, dass zusätzlicher Sauerstoff an dem Sensor 44 vorbeifließt. Wenn das in der Kammer 50 dazu führt, dass vor dem Ende des zurückziehenden Hubs mehr Sauerstoff als die vorher durch den integrierten wert bestimmte Zielmenge, die durch die Steuereinheit aus den durch den Strömungssensor 44 bestimmten Durchflussmengen berechnet wird, signalisiert die Steuereinheit der primären Sauerstoffsteuerventilstation 42 sich zu schließen und dadurch den Fluss des Sauerstoffs vorbei an dem Sensor 44 und zu der Kammer 50 zu verringern.
Während des Rückziehhubs des Kolbens 48 atmet der Patient aus. Die Ausatmungsluft von dem Patienten wird vorwiegend durch das Ausatmungssteuerventil 24 dem Auslass 92 zugeführt. Das Aufblasen der Membran innerhalb des Ausatmungssteuerventils 24 bewirkt, dass der Fluss von ausgeatmeter Luft durch die Ausatmungsöffnung 100 gedrosselt wird und der Patient sich etwas anstrengen muss, um die Drosselung in Abhängigkeit von dem Druck des Gases, welches der aufblasbaren Membran zugeführt wird, zu überwinden. Die Größe der Drosselung kann durch das Signal gesteuert werden, das durch die Steuereinheit 18 dem PEEP-Ventil 22 zugeliefert wird, um die Luftmenge zu bestimmen, die davon abgelassen werden darf. Wegen des Leckverlusts rund um die Trachealtuben in den Tracheostomen oder durch die Leitungsverbindungen wird ein großer Teil der dem Ausatmungssteuerventil 24 zugeführten Luft zu dem Gebläse 68 geliefert. Weil ein Teil der in dem Inhalationssteuersystem 21 verbleibenden Luft inhaliert wird, wenn sich der Kolben 48 vorschiebt, ist es vorteilhaft zu sichern, dass die von dem Patienten 26 inhalierte Luft korrekt mit Sauerstoff angereichert ist. Dazu wird dem Patientenkreis 20 über das Aufbereitungs-Sauerstoffsteuerventil 88 zusätzlicher Sauerstoff zugeführt und sein Öffnen und Schließen sowie die Geschwindigkeit und somit der Durchfluss des von dem Gebläse zugeführten Gases werden durch die Steuereinheit 18 auf der Grundlage des Signals bestimmt, das durch den ersten Drucksensor 98 bereitgestellt wird. Wenn der Steuereinheit 18 eine PEEP-Einstellung von Null zur Verfügung gestellt wird, schaltet das Gebläse 68 ab und das Aufbereitungs-Sauerstoffsteuerventil 88 wird geschlossen. Im Fall einer Leckage (bis zu 10 Litern pro Minute) und bei Vorliegen eines PEEP (bis zu 20 cm Wassersäule), wird das Gebläse 68 durch die Steuerlogik eingeschaltet, um Frischluft zu liefern, um den Anforderungen zu genügen, die die Leckage stellt. Die von dem Gebläse 68 gelieferte Luft ist nicht mit O₂ angereichert. Wenn O₂-Pegel beibehalten werden, wird über den zweiten Weg 38, wie vorher angeführt, zusätzlicher Sauerstoff bereitgestellt.
Wenn der Kolben 48 das Ende des zurückziehenden Hubs erreicht, wie es von der Überwachungseinrichtung für die Motorstellung abgefühlt und durch die Steuereinheit 18 auf der Grundlage. der Motorstellung und der Motordrehzahl und dem vorher eingestellten gewünschten Gesamtvolumen, das dem Patienten zugeführt werden soll, bestimmt wird, signalisiert die Steuereinheit 18 dem Motor 56 seine Richtung umzukehren und mit dem Vorschieben des Kolbens 48 innerhalb des Zylinders 46 zu beginnen. Wenn sich der Kolben vorschiebt, wird mit Sauerstoff angereicherte Luft für die Zuführung zu dem Patientenkreis 20 und letztendlich, nach Durchfluss durch den Filter 104, zur Inhalation durch den Patienten 26 über das Regulierventil 64 aus der Kammer 50 ausgestoßen. Somit entspricht das Vorschieben des Kolbens 48 der Inhalation durch den Patienten 26 durch die Zufuhr von unter Druck stehender Luft, um die Lungen des Patienten aufzublasen.
Obwohl vorher bevorzugte Formen der Erfindung beschrieben sind, ist zu erkennen, dass eine solche Offenbarung nur zur Erläuterung dient und nicht in einem einschränkenden Sinn beim Interpretieren des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollte. Offensichtlich könnten Modifikationen zu den Ausführungsbeispielen, wie sie hierin vorher ausgeführt sind, von Fachleuten leicht ausgeführt werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Patientenbeatmungsgerät mit: einer Kolben-Zylinder-Anordnung, die einen Zylinder (46) und einen Kolben (48) aufweist, der beweglich in dem Zylinder entlang eines zurückziehenden Gasansaughubs und eines vorschiebenden Gasausstoßhubs beweglich ist, einem Patientenkreis (20) zur Zufuhr von atembaren Gas aus der Kolben-Anordnung zu einem Patienten (26) während der Patientinhalation, einer Steuereinheit (18), die mit der Kolben-Zylinder-Anordnung zum Empfang von Eingaben entsprechend der Position des Kolbens innerhalb des Zylinders während des Ansaughubs verbunden ist, einem Sauerstoffmischmodul (12) zur Steuerung der Zufuhr von Sauerstoff aus einer Sauerstoffquelle (28) zu der Kolben-Zylinder-Anordnung zum Mischen mit dem atembaren Gas darin, wobei das Sauerstoffmischmodul ein erstes Sauerstoffsteuerventil (42), das funktionsmäßig mit der Steuereinheit (18) verbunden ist, und einen Durchflusssensor (44) aufweist, um ein Signal für die Steuereinheit (18) bereitzustellen, das für die Menge von aus dem ersten Sauerstoffsteuerventil (42) zugeführten Sauerstoff repräsentativ ist, und einer Überwachungseinrichtung für die Kolbenposition, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die Zielmenge von Sauerstoff in der Kolben-Zylinder-Anordnung auf Grundlage der Position des Kolbens während des Ansaughubs zu berechnen, die Differenz zwischen der Zielmenge und der berechneten aktuellen Menge von Sauerstoff zu berechnen, die nach Maßgabe des von dem Durchflusssensor gelieferten Si gnals an den Durchflusssensor vorbeigeflossen ist, und um ein Steuersignal zum Öffnen und Schließen des ersten Sauerstoffventils auf Grundlage der berechneten Differenz zu liefern.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 1, wobei das Sauerstoffmischmodul einen ersten Weg zum Zuführen von Sauerstoff zu dem ersten Sauerstoffsteuerventil und einen zweiten Weg zum Zuführen von Sauerstoff stromabwärts der Kolben-Zylinder-Anordnung zu dem Patientenkreis aufweist.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 2, wobei der zweite Weg ein zweites Sauerstoffventil in funktionsmäßiger Kommunikation mit der Steuereinheit zur Steuerung der Menge an Sauerstoff aufweist, die dem Patientenkreis von dem zweiten Weg zugeführt wird.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 3, das eine zweite Quelle für unter Druck stehendes, atembares Gas in Verbindung mit dem Patientenkreis aufweist.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 4, wobei die zweite Quelle ein Gebläse umfasst, um einen konstanten Durchfluss von Gas zusätzlich zu dem aus dem zweiten Weg empfangenen Sauerstoff bereitzustellen.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 5, wobei das zweite Sauerstoffsteuerventil funktionsmäßig mit der Steuereinheit verbunden ist, um sich in Reaktion auf ein von der Steuereinheit empfangenes Signal zu öffnen und zu schließen.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 6, wobei das Gebläse funktionsmäßig mit der Steuereinheit verbunden ist, wodurch der Durchfluss von durch das Gebläse zu dem Patientenkreis zugeführtem Gas durch die Steuereinheit gesteuert wird.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 7, mit einem primären Drucksensor zum Liefern eines Signals für die Steuereinheit, das Auslecken von Gas aus dem Patientenkreis anzeigt, und wobei das Gebläse von der Steuereinheit funktionsmäßig in Reaktion auf das Auslecksignal gesteuert wird.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 1, wobei das von dem Durchflusssensor gelieferte Signal während des Ansaughubs des Kolbens kontinuierlich aktualisiert wird.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 9, wobei das erste Sauerstoffsteuerventil in Reaktion auf das Steuersignal während des Ansaughubs kontinuierlich einstellbar ist.
Patientenbeatmungsgerät nach Anspruch 1, wobei der Patientenkreis ein Ausatmungsventil aufweist, das ein in Reaktion auf ein pneumatisches Signal verschiebbares Element zum Verschieben zwischen einer offenen Stellung, einer geschlossenen Stellung und einer Mehrzahl von Zwischenstellungen entsprechend dem pneumatischen Signal enthält, wobei das Patientenbeatmungsgerät weiter eine Signalleitung zum Zuführen von Gas zu dem Ausatmungsventil als das pneumatische Signal, ein Entlüftungsventil, das mit der Signalleitung zum selektiven Entlüften von Gas daraus zum selektiven Ändern des pneumatischen Signals und in operativer Kommunikation mit der Steuereinheit verbunden ist, einen Drucksensor, der mit der Steuereinheit verbunden ist und in dem Patientenkreis so angeordnet ist, um den Druck darin als den PEEP-Druck abzufühlen und ein PEEP-Drucksignal, das repräsentativ für diesen Druck ist, zu erzeugen, und Mittel aufweist, die stromaufwärts des Entlüftungsventils angeordnet sind, um eine Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck in der Signalleitung und dem Gasdruck bei dem Drucksensor zu erzeugen, wobei die Steuereinheit das Entlüftungsventil auf Grundlage eines Vergleichs zwischen dem PEEP-Drucksignal und einem in voraus gewählten Ziel-PEEP-Druck betätigt.