SE446064B

SE446064B - CLINICAL USE RESPIRATOR DEVICE

Info

Publication number: SE446064B
Application number: SE8105776A
Authority: SE
Inventors: Garcia J L Meijide; Lopez R Rubianes
Original assignee: Medicas Manuf
Priority date: 1981-02-17
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1986-08-11
Also published as: ES8201825A1; DE3133697A1; GB2093218A; JPS57139341A; SE8105776L; FR2499850A1; CA1202224A; ES499506A0; FR2499850B1; GB2093218B

Description

15 20 25 30 35 40 s1os77eé2 På samma sätt kan råd eller alarmförhållanden erhållas när vissa :absolutvärden överskrides eller variationer uppstår. 15 20 25 30 35 40 s1os77eé2 In the same way, advice or alarm conditions can be obtained when certain absolute values are exceeded or variations occur.

; Kort sagt är möjligheterna för respiratorn, som styrs av mikro- :processorn i praktiken obegränsade liksom dennas styrprogram, vilket lelíminerar den kontinuerliga övervakningen av operatören, såsom 'krävs vid konventionella respiratorer.; In short, the possibilities for the respirator controlled by the microprocessor are practically unlimited, as is its control program, which eliminates the continuous monitoring of the operator, as is required with conventional respirators.

Uppfinningen skall nedan förtydligas ytterligare i form av ett utföringsexempel i anslutning till ritningen. _ På ritningen är grenrören 2,3 och 4, som innehåller kvävedí~ oxid, syre resp tryckluft, är försedda med motsvarande tryckström- ställare l8,19a,19b, en handmanövrerad tryckreduceringsanordning 20 förbunden med alla grenrören, vilken reduceringsanordning ger _ ett referenstryck för manövreringen av tryckutjämnaren 21. Denna tryckutjämnare eller trycklikriktare 21, som är pneumatiskt manöv- rerad, såsom tidigare nämnts, garanterar att trycket för de två _ gaser som skall blandas, syrgas och luft eller syrgas och kväve- protoxid är samma.The invention will be further elucidated below in the form of an exemplary embodiment in connection with the drawing. In the drawing, the manifolds 2, 3 and 4, which contain nitrogen dioxide, oxygen and compressed air, respectively, are provided with corresponding pressure switches 18, 19a, 19b, a hand-operated pressure reducing device 20 connected to all the manifolds, which reducing device gives a reference pressure for the operation of the pressure equalizer 21. This pressure equalizer or pressure rectifier 21, which is pneumatically operated, as previously mentioned, guarantees that the pressure of the two gases to be mixed, oxygen and air or oxygen and nitrogen protoxide, are the same.

Trycklikriktaren 21 kommunicerar med blandningskammaren ZZ genom den motsvarande ventilen 23 för att ge luft/N20 och ventilen 24 för att ge 02, vilka ventiler har samma motstånd. Blandnings- kammaren 22 medger homogeniseringen av gasblandningen och tjänar som en reduceringsreserv för variationerna i tryck i tillförseln till inandningsventilen 7. Fyllandet av blandningskammaren 22 styrs av den mycket känsliga dubbla tryckströmställaren 26, som inverkar på olika ventiler i blandaren. Likaså är en säkerhets- ventil 27 inkorporerad, som säkerställer att manövertrycket för blandningskammaren 22 inte i något fall kommer att överskridas. _Dessutom finns en 02-analysator 28 som via ventilen 29 och dess tillhörandestqwning 30 medger provtagandet av gasen, som Tillförseln av proportionerna gas till gasblandningen som skall tillföras till patienten, reglerandet av sammansättningen och trycket därav, sker med hjälp av en gasblandare om utgörs av nämnda ventiler och blandningsavkännaren. Gasblandaren gör luft/ SYT8aS eller SYrg&S/kväve (02/N20) blandningen av de motsvarande gaserna under tryck som när densamma genom grenrören, varvid den utnyttjade processen lämpligen utgöres av styrandet av det rela~ tlva antalet gånger varje gas passerar genom samma fixa motstånd.The pressure rectifier 21 communicates with the mixing chamber ZZ through the corresponding valve 23 to give air / N20 and the valve 24 to give O2, which valves have the same resistance. The mixing chamber 22 allows the homogenization of the gas mixture and serves as a reduction reserve for the variations in pressure in the supply to the inhalation valve 7. The filling of the mixing chamber 22 is controlled by the very sensitive double pressure switch 26, which acts on different valves in the mixer. Likewise, a safety valve 27 is incorporated, which ensures that the operating pressure of the mixing chamber 22 will in no case be exceeded. In addition, there is an O 2 analyzer 28 which, via the valve 29 and its associated pressure 30, allows the sampling of the gas, which The supply of the proportions of gas to the gas mixture to be supplied to the patient, the regulation of the composition and pressure thereof, takes place by means of a gas mixer. valves and the mixing sensor. The gas mixer makes the air / SYT8aS or SYrg & S / nitrogen (02 / N20) mixture of the corresponding gases under pressure which reaches it through the manifolds, the process utilized suitably being the control of the relative number of times each gas passes through the same fixed resistor.

I detta ävseende bör det poängteras att ett lämpligt utförande utnyttjar en tidsstyrd blandare som exempelvis finns beskriven i det spanska nyttighetsmönstret 231,608. 10 20 25 30 35 40 8105776-2 Blandníngskammaren tjänar som en gasackumulator, så att för- höjda, momentana flöden åstadkommes utöver medgivandet av gas- blandningens homogeniseríng.In this respect, it should be pointed out that a suitable embodiment uses a time-controlled mixer which is described, for example, in the Spanish utility pattern 231,608. 10 20 25 30 35 40 8105776-2 The mixing chamber serves as a gas accumulator, so that increased, instantaneous flows are achieved in addition to allowing the homogenization of the gas mixture.

Från blandningskammaren sträcker sig ett grenrör som når ett batteri av ventiler, som utgör inandningsventílanordningen. Denna inandningsventíl innefattar shnstynﬁngen av servosystemet som reglerar inandningshastigheten för patienten, beroende på signalen som överföres till denna av flödesmätaren och på de momentanvärden som krävs i varje ögonblick. Det praktiska realíserandet av denna inmatnings- eller inandningsventil är såsom nämnts ovan ett batteri av ventiler som är digitalt stegade. Insatt i grenröret som till- .för gasblandningen till patienten finns en flödesavkännare, ett element som permanent avger information till den generella styr- modulen. Denna givare har tvåriktningskaraktär, låg laddningsför- lust och ett snabbt svar.Extending from the mixing chamber is a manifold which reaches a battery of valves which constitutes the inhalation valve device. This inhalation valve includes the maintenance of the servo system that regulates the inhalation rate of the patient, depending on the signal transmitted to it by the flow meter and on the instantaneous values required at any given moment. The practical realization of this feed or inhalation valve is, as mentioned above, a battery of valves which are digitally stepped. Inserted in the manifold that supplies the gas mixture to the patient is a flow sensor, an element that permanently delivers information to the general control module. This sensor has a bi-directional character, low charge loss and a fast response.

Utandningsventilen består av en pneumatiskt manövrerad membran- ventil. Valet av det pneumatíska manöversystemet är att föredraga till följd av enkelheten, pålítligheten och den låga vikten.The exhalation valve consists of a pneumatically operated diaphragm valve. The choice of the pneumatic control system is preferable due to its simplicity, reliability and low weight.

Den pneumatiska styrningen av utandningen ger de pneumatiska f signalerna för styrning av utandníngsventilen, beroende på de elekt- riska signalerna som erhålles från den generella styrmodulen. Den utnyttjar syrgas eller komprimerad luft som trycklufttillförsel.The pneumatic control of the exhalation provides the pneumatic signals for controlling the exhalation valve, depending on the electrical signals obtained from the general control module. It uses oxygen or compressed air as a compressed air supply.

Systemet för att mäta patientens tryck utgöres av en tryckav- kännare och en elektriskt styrd trevägsventil, som låter avkännaren periodiskt bringas i förbindelse med den omgivande atmosfären för att automatiskt mäta densamma.The system for measuring the patient's pressure consists of a pressure sensor and an electrically controlled three-way valve, which allows the sensor to be periodically brought into contact with the surrounding atmosphere to automatically measure it.

Slutligen föreligger olika element, såsom exempelvis tryck- strömställare, filters och enriktningssäkerhetsventiler, som fungerar som extra mätande, styrande och säkerhetselement.Finally, there are various elements, such as pressure switches, filters and one-way safety valves, which act as extra measuring, controlling and safety elements.

Med avseende på styrmodulen kan det sägas, att denna övervakar alla systemets element beroende på ingångssigna- lerna så att de erforderliga funktionerna, vilka är inprogrammera- de i minnena däri utföres.With respect to the control module, it can be said that it monitors all the elements of the system depending on the input signals so that the required functions, which are programmed in the memories therein, are performed.

Såsom huvudelement föreligger en åttabitars míkroprocessor för- sedd med sina korresponderande RAM och ROM minnesblock, liksom dess olika anslutna kretsar, såsom utgàngs- ingångsenheter, driv- steg o s v.As a main element, there is an eight-bit microprocessor provided with its corresponding RAM and ROM memory blocks, as well as its various connected circuits, such as output input units, drive stages and so on.

Programmen som reglerar och styr manövreríngen av anordningen är strukturerade som klart begränsade funktionsblock, så att skriv- andet av programmen underlättas. Mikroprocessorns flexibilitet ut- 'Jl 10 15 20 40 8105776-2 4 nyttjas i största möjliga grad härigenom och samtidigt bibehålles möjligheterna för att inkludera nya funktioner vid ett senare till- fälle eller anpassandet av de existerande funktionerna till speci- fika behov i speciella tillämpningar.The programs that regulate and control the operation of the device are structured as clearly limited function blocks, so that the writing of the programs is facilitated. The flexibility of the microprocessor is utilized as much as possible in this way and at the same time the possibilities of including new functions at a later occasion or the adaptation of the existing functions to specific needs in special applications are maintained.

För införandet i mikroprocessorn av digitala data och styrningar finns ett tangentbord, som i ett föredraget utföríngsexempel av respiratorn innefattar tangenter för tal, tangenter för införandet av parametrar och tangenter för väljandet av olika funktioner.For the introduction into the microprocessor of digital data and controls, there is a keyboard, which in a preferred embodiment of the respirator includes keys for speech, keys for the introduction of parameters and keys for the selection of various functions.

Mikroprocessorn innefattar olika rutiner för att verifiera parametrar, representera värdet för införda data, bägge med avse- ende på talet och kombinationen därav och för absolutvärdena för de införda digitala datana, omständigheter som minimerar möjlig- heten av felaktigt användande av respiratorn.The microprocessor includes various routines for verifying parameters, representing the value of input data, both in terms of number and combination thereof, and for the absolute values of the input digital data, circumstances that minimize the possibility of improper use of the respirator.

Vidare innefattas de respektive representationsprogrammen för representation på en katodstråleskärm för olika informationer, så- väl alfanumeríska som grafiska, vilket underlättar och ger respi- ratorn en stor mângsidighet.Furthermore, the respective representation programs for representation on a cathode ray screen for various information, both alphanumeric and graphic, are included, which facilitates and gives the respirator a great deal of versatility.

Mikroprocessorns kapacitet för att utföra aritmetiska opera- tioner gör det möjligt att beräkna följande parametrar och variabler: Maximiandningstryck, motstånd, volymkorrigering, utandningstryck, representation av kurvor etc.The microprocessor's capacity to perform arithmetic operations makes it possible to calculate the following parameters and variables: Maximum exhalation pressure, resistance, volume correction, exhalation pressure, representation of curves, etc.

Vidare kan respiratorn på skärmen visa de kurvor, som skulle vara resultatet av tillämpandet av nya andningsförhållanden för patienten som behandlas. Denna simulering kan åstadkommas under det att ventilationen eller respirationen fortsätter med de tidigare innehålls i blandníngskammaren 22, analyserandet av denna och där- -igenom verifierandet av den motsvarande funktionen för blandaren.Furthermore, the on-screen respirator can display the curves that would result from the application of new breathing conditions to the patient being treated. This simulation can be accomplished while continuing the ventilation or respiration with those previously contained in the mixing chamber 22, analyzing it and thereby verifying the corresponding function of the mixer.

Mätningen för denna syrgasanalysator 28 kan verifieras och korri- geras genom avstängandet av gaspassagen från blandningskammaren 22 och genom att låta den nödvändiga tiden gå, så att gasen som före- ligger i mätkammaren endast är luft. lnandningsventilen 7 kommunicerar utöver med blandningskamma- ren 22 också med flödesavkännaren 15 i patíentblocket, vilken momentana flödesavkännare är riktningsberoende och placerad tätt intill patienten i den del som är gemensam för in- och utandning.The measurement of this oxygen analyzer 28 can be verified and corrected by shutting off the gas passage from the mixing chamber 22 and by allowing the necessary time to elapse so that the gas present in the measuring chamber is only air. In addition to the mixing chamber 22, the inhalation valve 7 also communicates with the flow sensor 15 in the patient block, which instantaneous flow sensor is direction-dependent and placed close to the patient in the part that is common for inhalation and exhalation.

Denna avkännare JS är samlad i ett block 31, som påverkar signalen som avges av avkännaren IS genom ledningen 32 och avger denna till den generella styrmodulen 6.This sensor JS is collected in a block 31, which influences the signal emitted by the sensor IS through the line 32 and outputs this to the general control module 6.

En tryckavkännare 11 är även ansluten till patientkretsen via en trevägsventíl 33, vilken struktur medger för densamma att kommu- 5 10 20 25 30 35 40 8105776-2 nicera med omgivningen för att verifiera och korrigera avvikelser frân den motsvarande 0-skalan. L I tﬁanàﬁngswnmilæl 14 är pneumatisktsstyrd och kan stängas full- iständigt eller delvis, ett faktum som medger genererandet av kon- .tinuerlíga positiva tryck under utandningsfasen. Denna ventil 14 :styrs av ett batteri ventiler med mistnqming ló som styr det slutliga trycket, vilket medger genererandet av som styr blocket ett variabelt tryck, som tillförs till ventilens l7 styrning och ïåstadkommer stängningen eller det önskade trycket i patientkretsen.A pressure sensor 11 is also connected to the patient circuit via a three-way valve 33, which structure allows it to communicate with the environment to verify and correct deviations from the corresponding 0-scale. L I t ﬁ anà ﬁ ngswnmilæl 14 is pneumatically controlled and can be closed completely or partially, a fact which allows the generation of continuous positive pressures during the exhalation phase. This valve 14: is controlled by a battery of misting valves which control the final pressure, which allows the generation of a variable pressure which controls the block, which is applied to the control of the valve 17 and causes the closing or the desired pressure in the patient circuit.

Alla dessa element styrs av det generella styrblocket 6, som innefattar en mikroprocessor 35, företrädesvis med åtta bitar, som via olika samlingsledningar härför kommunicerar med de resterande elementen i styrmodulen, bl a block eller ROM lagringsminnet 36 och blocket eller RAM lagringsminnet 37.All these elements are controlled by the general control block 6, which comprises a microprocessor 35, preferably with eight bits, which communicates via various bus lines for this purpose with the remaining elements in the control module, including block or ROM storage memory 36 and block or RAM storage memory 37.

=Data, styrningar och funktioner introduceras via tangentbordet 38, som är anslutet till míkroprocessorn 35 genom ett motsvarande interphase och kodningsenhet 39, under det att den synliga repre- sentationen av den alfa-numeriska eller grafiska informationen sker på ett katodstrålerör 40 anslutet till mikroprocessystemet genom den motsvarande skärmdrivenheten 41.Data, controls and functions are introduced via the keyboard 38, which is connected to the microprocessor 35 through a corresponding interphase and coding unit 39, while the visible representation of the alphanumeric or graphical information takes place on a cathode ray tube 40 connected to the microprocessor system by the corresponding screen drive 41.

Blocken 42, 43 och 44 motsvarar förstärkningsblock och analog digitalomvandlare som mottager resp signaler från signalbearbetaren 31 för flödesavkännaren 15, från tryckavkännaren ll och från syrgas- analysatorn 28, varvid signalerna från de olika avkännarna i respiratorn når blocket 45, som innefattar en mångfald nivådetektorer Blocken 46, 47, 48 och 49 innefattar utgångsfaser via optokopp- lare och förstärkare för signalerna, som kommande från styrblocket varvid utgángarna från dessa block är anslutna till och varvid ut- 6 styr drivningen av respiratorn, hänför sig till det organ, som de gångsblocket 49 är reserverat för att överföra signaler till de andra manöverelementen med mindre funktionell vikt. Från detta schema av det generella styrblocket har eliminerats matningen, som under normala förhållanden är ansluten till det elektriska nätet, varvid elektriska batterier även föreligger, vilka kan garantera den automatiska funktionen för anordningen under en viss tidsperiod i frånvaro av elkraft via elnätet.Blocks 42, 43 and 44 correspond to amplification blocks and analog digital converters which receive signals from the signal processor 31 for the flow sensor 15, from the pressure sensor 11 and from the oxygen analyzer 28, respectively, the signals from the various sensors in the respirator reaching block 45, which includes a plurality of level vectors. 46, 47, 48 and 49 comprise output phases via optocouplers and amplifiers for the signals coming from the control block, the outputs of these blocks being connected to and controlling the operation of the respirator, refer to the means by which the output block 49 is reserved for transmitting signals to the other operating elements with less functional weight. From this diagram of the general control block the supply has been eliminated, which under normal conditions is connected to the electrical network, whereby electric batteries are also present, which can guarantee the automatic function of the device for a certain period of time in the absence of electricity via the electricity network.

Således erhålles en programstyrd respirator, som kan åstadkomma funktioner inom ett stort område och med flera olika operationsmeto- der, som gör den mänsklige operatorn och kontinuerlige övervakaren, som i dag krävs vid anordningar av detta slag, överflödig.Thus, a program-controlled respirator is obtained which can perform functions within a large area and with several different methods of operation, which makes the human operator and continuous monitor, which are currently required in devices of this kind, superfluous.

Claims

8105776-2

A device in a respirator for clinical use, characterized in that the respirator consists of a pneumatic module and a control module (6), cooperatingly connected to each other, the pneumatic module comprising elements for connecting to supply lines (Q, 3gU decompressed gases, which reach a pneumatically operated pressure equalizer (21), which is connected to a mixing chamber (22) controlled by a double pressure switch (26), from which the mixing chamber (22) emits two manifolds, which supply sets of valves with series-connected throttles, a set (17) of valves constituting an inhalation valve device, while a second set (16) constitutes a control valve device for an exhalation valve, the inhalation valve device feeding a patient circuit and comprising a flow sensor (13 wherein the control module is connected to the pneumatics module means by means of and control lines, and the control module is constituted by a microprocessor (35) provided with a keyboard (38) for entering data and instructions and a cathode ray screen (40) capable of simultaneously representing alphanumeric and graphical information, the keyboard (38) and the screen (40) being connected to the microprocessor (35) by corresponding interface units (39,41) therefor, the information lines connecting the control module to the pneumatics module reaching a plurality of understanding block carriers (42-44) followed by corresponding analog-to-digital converters, all connected to the bus compression lines of the microprocessor, which data bus lines also are connected to optocouplers and amplifiers, which provide signals capable of controlling the various valves and elements of the pneumatic module.

Device according to claim 1, characterized in that the pneumatic module is provided with a pressure sensor (11) connected to the patient circuit through a three-way valve (33), one of the paths communicating with the ambient pressure and the valve being controlled by the control module (6) to allow periodic and automatic measuring with the pressure sensor.

Device according to claim 1, characterized in that the control module (0) receives an information line coming from an oxygen analyzer (28), which is connected via a valve and its corresponding restriction to the mixing chamber (ZZ), the control module (0) comprising a program for evaluation and analysis of the function of the gas mixer so that periodic and automatic 8105776-2 auto-measurement is obtained.

A device according to claim 1, characterized in that the flàkßavkünwren US) is a spring direction type and placed close to the patient in the inhalation and exhalation common part and emits a signal to a conversion block (32) which is connected to an information line for the control module.

Device according to claim I, characterized in that the stynmxmlüx (6) has stored in a memory a program which enables the respirator to work in all the possible assisted and controlled breathing modes, as well as variations and combinations thereof.

Device according to any one of claims I or 5, characterized in that the control module has registered in a memory a program for simulating the response obtained in the clinical variables for the patient as a result of the change of the controlled operating parameters, at this moment , by the respirator and what response simulation is obtained on the cathode ray screen without causing any variation in the actual operating parameters.

7.; Device according to any one of claims 1,5 or 6, characterized in that the cathode ray screen presents in the form of stable curves the curves corresponding to pressure, volume and instantaneous flow, which relative data are temporarily stored in a memory controlled by the operator independent of the screen.

Device according to any one of claims 1,5,6 or 7, § - characterized in that the control module has a specific memory zone for accumulating the various clinical parameters for the patient during a certain period of time to form a database or clinical history for the patient. .

9. Device according to any one of claims 1,5,6,7 or 8, characterized in that the control module has registered in a memory a program which controls the keys of the keyboard, so that this must always be actuated in a defined sequence under simultaneous control. ~ of the proposed values following certain calculated patterns that do not allow proposed parameters, which could lead to incorrect combinations or abnormal values for the machine.

Device according to one of Claims 1, S, 6, 7 or 8, characterized in that the control module has permanently registered in a memory certain basic operating parameters, which the equipment proposes to the operator at the initial moment of its connection.