DE102022112209A1 - Ventilator, valve device and method for operating a ventilator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Beatmungsvorrichtung (1), zumindest umfassend eine Gaszuführeinrichtung (2) zum Zuführen eines ersten Fluidstroms (3) hin zu einem Atemweg (4) eines Patienten, eine Gasabführeinrichtung (5) zum Abführen eines zweiten Fluidstroms (6) aus dem Atemweg (4) zurück in die Beatmungsvorrichtung (1) oder an eine Umgebung (7) des Patienten, eine Steuereinrichtung (8) zum Betreiben der Beatmungsvorrichtung (1) sowie mindestens ein erstes Ventil (9); wobei das erste Ventil (9) an einer ersten Leitung (10) angeordnet ist, die mit dem Atemweg (4) fluidtechnisch verbunden ist; wobei über das erste Ventil (9) der Atemweg (4) in Abhängigkeit von einem in dem Atemweg (4) vorliegenden ersten Druck (11) schaltbar mit der Umgebung (7) fluidtechnisch verbindbar ist, wobei die Umgebung (7) einen atmosphärischen Druck und ein unbegrenztes Volumen aufweist.Die Erfindung betrifft weiter eine Ventileinrichtung (25) und ein Verfahren zum Betrieb einer Beatmungsvorrichtung (1).The invention relates to a ventilation device (1), comprising at least a gas supply device (2) for supplying a first fluid stream (3) to a patient's airway (4), and a gas discharge device (5) for discharging a second fluid stream (6) from the airway (4) back into the ventilation device (1) or to an environment (7) of the patient, a control device (8) for operating the ventilation device (1) and at least one first valve (9); wherein the first valve (9) is arranged on a first line (10) which is fluidly connected to the airway (4); wherein the airway (4) can be fluidly connected to the environment (7) via the first valve (9) depending on a first pressure (11) present in the airway (4), the environment (7) having an atmospheric pressure and has an unlimited volume. The invention further relates to a valve device (25) and a method for operating a ventilation device (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Beatmungsvorrichtung zum Beatmen eines Patienten, eine Ventileinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Beatmungsvorrichtung.The invention relates to a ventilation device for ventilating a patient, a valve device and a method for operating a ventilation device.
Die künstliche Beatmung eines Patienten mittels einer Beatmungsvorrichtung setzt voraus, dass dieser entweder durch ausreichend tiefe Sedierung oder Narkose („künstliches Koma“) oder aufgrund muskulärer Schwäche bei langem Krankheitsverlauf die Beatmung toleriert. Bei nicht (mehr) ausreichender Sedierungstiefe oder abklingender Narkose und wiedereinsetzendem Atemantrieb des Patienten unterstützen die meisten Beatmungsvorrichtungen Spontanatmungsversuche. Die damit einhergehenden, kurzzeitigen Druckerniedrigungen innerhalb des Beatmungszyklus bzw. -vorgangs, zu denen es bei Spontanatmungsversuchen des Patienten kommt, können die Beatmungsvorrichtung „triggern“ (also auslösen). Dabei baut die Beatmungsvorrichtung durch Insufflation von Atemgas einen voreingestellten Druck auf. Arbeitet das Beatmungsgerät synchron mit den Spontanatmungsversuchen des Patienten, führt dies zu einer schonenden Unterstützung der anfänglich nicht ausreichenden Atmung des Patienten. Über die Zeit ist dann zumeist eine Entwöhnung des Patienten vom Beatmungsgerät durch sukzessive Reduktion der Druckunterstützung möglich.The artificial ventilation of a patient using a ventilation device requires that the patient can tolerate the ventilation either through sufficiently deep sedation or anesthesia (“artificial coma”) or due to muscular weakness in the long course of the disease. If the depth of sedation is no longer sufficient or the anesthesia wears off and the patient's breathing drive resumes, most ventilation devices support spontaneous breathing attempts. The associated short-term pressure reductions within the ventilation cycle or process, which occur when the patient tries to breathe spontaneously, can “trigger” the ventilation device. The ventilation device builds up a preset pressure by insufflating breathing gas. If the ventilator works synchronously with the patient's spontaneous breathing attempts, this leads to gentle support for the patient's initially inadequate breathing. Over time, it is usually possible to wean the patient from the ventilator by gradually reducing the pressure support.
Während der Beatmung eines Patienten kann es aber dazu kommen, dass der Patient tatsächlich gegen die Beatmungsvorrichtung arbeitet (z. B. durch zu starke Einatmungsversuche und/oder Husten bzw. Pressen). Dabei kann eine unzureichende oder asynchrone Unterstützung von Spontanatmungsversuchen des Patienten durch die Beatmungsvorrichtung zu stark negativen Drücken, fehlender Druckentlastung und eine gegen den Widerstand des Patienten weiterlaufende Beatmung zu sehr hohen Drücken in der Lunge bzw. in dem Atemweg des Patienten führen. Insbesondere stark negative Drücke können Schäden am Lungengewebe und konsekutiv eine Verschlechterung der Lungenfunktion (sowohl der Lungenmechanik als auch des Gasaustausches) verursachen. Hierfür ist der Begriff „P-SILI“ („patient self-inflicted lung injury“) geprägt worden. Sehr hohe Drücke können hingegen insbesondere bei kritisch kranken Patienten, die z. B. eine medikamentöse Kreislaufunterstützung benötigen, zu Kreislaufinstabilität oder sogar zum Kreislaufzusammenbruch mit Reanimationspflichtigkeit führen.However, while a patient is being ventilated, it can happen that the patient actually works against the ventilation device (e.g. by attempting to inhale too strongly and/or coughing or straining). Insufficient or asynchronous support of the patient's spontaneous breathing attempts by the ventilation device can lead to strongly negative pressures, a lack of pressure relief and ventilation that continues against the patient's resistance can lead to very high pressures in the lungs or in the patient's airway. In particular, strongly negative pressures can cause damage to lung tissue and, consequently, a deterioration in lung function (both lung mechanics and gas exchange). The term “P-SILI” (“patient self-inflicted lung injury”) was coined for this. However, very high pressures can occur, especially in critically ill patients, e.g. B. require medical circulatory support, lead to circulatory instability or even circulatory collapse with the need for resuscitation.
Abhängig von den technischen Gegebenheiten der Beatmungsvorrichtung und/oder den gewählten Einstellungen ist eine Beatmungsvorrichtung nicht zwangsläufig in der Lage, den durch Einatmungsversuche entstehenden Unterdruck durch Erhöhung des Gasflusses bzw. Fluidstroms, mit dem das Atemgas insuffliert wird, adäquat zu kompensieren bzw. einen durch Husten bzw. Pressen erzeugten zu hohen Druck in dem Atemweg bzw. der Lunge zu reduzieren bzw. schnell und weitgehend oder sogar vollständig abzubauen. Letzteres ist aber sinnvoll, um den Beatmungsreiz zunächst zu eliminieren, den Patienten so zur Ruhe kommen zu lassen und um danach die Beatmung erneut wieder vorsichtig zu starten.Depending on the technical conditions of the ventilator and/or the selected settings, a ventilator is not necessarily able to adequately compensate for the negative pressure caused by inhalation attempts by increasing the gas flow or fluid flow with which the breathing gas is insufflated or by coughing or presses to reduce or quickly and largely or even completely reduce the pressure generated in the airway or lungs. However, the latter makes sense in order to first eliminate the ventilation stimulus, to allow the patient to calm down and then to carefully start ventilation again.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Beatmungsvorrichtung vorgeschlagen werden, die eine künstliche Beatmung eines Patienten weiter verbessert. Weiter soll eine Ventileinrichtung vorgeschlagen werden, die z. B. mit einer herkömmlichen Beatmungsvorrichtung verbunden werden kann, so dass eine künstliche Beatmung eines Patienten verbessert werden kann. Weiter soll ein Verfahren zur Beatmung eines Patienten vorgeschlagen werden, durch das eine künstliche Beatmung eines Patienten verbessert werden kann.The object of the present invention is to at least partially solve the problems mentioned with reference to the prior art. In particular, a ventilation device is to be proposed which further improves artificial ventilation of a patient. A valve device should also be proposed which, for. B. can be connected to a conventional ventilation device so that artificial ventilation of a patient can be improved. Furthermore, a method for ventilating a patient is to be proposed, through which artificial ventilation of a patient can be improved.
Zur Lösung dieser Aufgaben trägt eine Beatmungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, eine Ventileinrichtung gemäß Patentanspruch 17 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 19 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.A ventilation device with the features according to
Es wird eine Beatmungsvorrichtung vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Gaszuführeinrichtung zum Zuführen eines ersten Fluidstroms hin zu einem Atemweg (einer Lunge) eines Patienten, eine Gasabführeinrichtung zum Abführen eines zweiten Fluidstroms aus dem Atemweg zurück in die Beatmungsvorrichtung (also z. B. in ein zur Umgebung des Patienten abgetrenntes Auffangvolumen für die verbrauchte und ggf. kontaminierte Atemluft) oder an eine Umgebung (des Patienten), eine Steuereinrichtung zum Betreiben der Beatmungsvorrichtung sowie mindestens ein erstes Ventil.A ventilation device is proposed, at least comprising a gas supply device for supplying a first fluid stream to an airway (a lung) of a patient, a gas removal device for discharging a second fluid flow from the airway back into the ventilation device (i.e. e.g. into the environment the patient's separate collecting volume for the used and possibly contaminated breathing air) or to an environment (of the patient), a control device for operating the ventilation device and at least one first valve.
Das erste Ventil ist an einer ersten Leitung angeordnet, die mit dem Atemweg fluidtechnisch verbunden ist. Über das erste Ventil ist der Atemweg in Abhängigkeit von einem in dem Atemweg vorliegenden ersten Druck schaltbar mit der Umgebung des Patienten fluidtechnisch verbindbar.The first valve is arranged on a first line which is fluidly connected to the airway. Via the first valve, the airway can be fluidly connected to the patient's environment in a switchable manner depending on a first pressure present in the airway.
Die Umgebung weist insbesondere einen atmosphärischen Druck, also z. B. zwischen 980 und 1020 mbar [Millibar], und ein unbegrenztes Volumen auf. Unbegrenztes Volumen heißt insbesondere, dass sich durch die Zuleitung des über das erste Ventil in die Umgebung strömenden (dritten) Fluidstroms weder die Temperatur noch der Druck in der Umgebung ändert, eben weil das Volumen der Umgebung so groß ist.The environment has in particular an atmospheric pressure, i.e. e.g. B. between 980 and 1020 mbar [millibar], and an unlimited volume. Unlimited volume means in particular that neither the temperature nor the pressure in the environment changes due to the supply of the (third) fluid stream flowing into the environment via the first valve, precisely because the volume of the environment is so large.
Insbesondere entlässt das erste Ventil den über das erste Ventil strömenden (dritten) Fluidstrom unmittelbar an die Umgebung, d. h. stromabwärts des ersten Ventils ist kein Strömungswiderstand vorgesehen.In particular, the first valve releases the (third) fluid stream flowing via the first valve directly to the environment, i.e. H. No flow resistance is provided downstream of the first valve.
Eine Gaszuführeinrichtung umfasst insbesondere eine Gasquelle für Atemgas, z. B. für Sauerstoff oder ein Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch bzw. Luft sowie eine (zweite) Leitung zur Zuleitung des ersten Fluidstroms hin zum Atemweg. Die Atemgasquelle ist z. B. ein Druckbehälter, aus dem der erste Fluidstrom über die Beatmungsvorrichtung hin zum Atemweg transportierbar ist. Über die Gaszuführeinrichtung kann das für einen Inspirationsvorgang (entsprechend einer Einatmung) benötigte Atemgas bereitgestellt werden.A gas supply device includes in particular a gas source for breathing gas, e.g. B. for oxygen or an oxygen-nitrogen mixture or air and a (second) line for supplying the first fluid stream to the respiratory tract. The breathing gas source is e.g. B. a pressure container from which the first fluid stream can be transported via the ventilator to the respiratory tract. The breathing gas required for an inspiration process (corresponding to inhalation) can be provided via the gas supply device.
Der erste Fluidstrom kann neben dem Atemgas auch Additive, z. B. Medikamente, Feuchtigkeit etc. enthalten.In addition to the breathing gas, the first fluid stream can also contain additives, e.g. B. contain medication, moisture, etc.
Eine Gasabführeinrichtung umfasst zumindest eine (bzw. die zweite oder eine separate dritte) Leitung zur Ableitung des zweiten Fluidstroms aus dem Atemweg zurück zur Beatmungsvorrichtung oder zur Umgebung. Die Gasabführeinrichtung kann weiter ein (zweites) Ventil zur Drosselung oder gesteuerten (teilweisen) Freigabe dieser Leitung aufweisen. Damit kann z. B. ein durch die elastischen Rückstellkräfte des Atemapparates (also Brustkorb, Atemmuskeln, Lunge, Atemweg) des Patienten nur ungleichmäßiger Druckabbau in der Lunge und im Atemweg vergleichmäßigt werden.A gas discharge device comprises at least one (or the second or a separate third) line for diverting the second fluid flow from the airway back to the ventilator or to the environment. The gas discharge device can also have a (second) valve for throttling or controlled (partial) release of this line. This allows e.g. B. an uneven pressure reduction in the lungs and airway due to the elastic restoring forces of the patient's respiratory system (i.e. chest, respiratory muscles, lungs, airway) can be evened out.
Insbesondere umfasst die Gasabführeinrichtung eine Saugeinrichtung, durch die der zweite Fluidstrom aus dem Atemweg zumindest zeitweise angesaugt werden kann. Insbesondere ist durch den Einsatz einer Saugeinrichtung der gesamte Exspirationsvorgang (entsprechend einer Ausatmung) hinsichtlich des Volumenstroms des zweiten Fluidstroms und des Druckverlaufs im Atemweg steuerbar.In particular, the gas removal device comprises a suction device through which the second fluid stream can be sucked out of the respiratory tract at least temporarily. In particular, by using a suction device, the entire expiration process (corresponding to an exhalation) can be controlled with regard to the volume flow of the second fluid flow and the pressure curve in the airway.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere zum Betreiben der Beatmungsvorrichtung geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert. Insbesondere kann durch die Steuereinrichtung zumindest einer oder können mehrere oder alle der folgenden Parameter gesteuert werden: der erste Fluidstrom, der zweite Fluidstrom, ein über das erste Ventil strömender dritter Fluidstrom, ein Druckverlauf des ersten Druckes im Atemweg, eine Zusammensetzung des ersten Fluidstroms etc..The control device is particularly suitably equipped, configured or programmed for operating the ventilator. In particular, at least one or more or all of the following parameters can be controlled by the control device: the first fluid flow, the second fluid flow, a third fluid flow flowing through the first valve, a pressure curve of the first pressure in the respiratory tract, a composition of the first fluid flow, etc. .
Die erste Leitung verbindet insbesondere fluidtechnisch das erste Ventil mit dem Atemweg. Über eine zweite Leitung kann insbesondere der erste Fluidstrom dem Atemweg zugeführt werden. Über die zweite Leitung kann insbesondere der zweite Fluidstrom aus dem Atemweg abgeführt werden. Ggf. kann eine separate dritte Leitung vorgesehen sein, über die der zweite Fluidstrom aus dem Atemweg abgeführt wird. Die erste Leitung kann separat von den anderen Leitungen ausgeführt sein und mit den anderen Leitungen (ausschließlich) über den Atemweg fluidtechnisch verbunden sein. Ggf. kann die erste Leitung aber auch mit der zweiten Leitung und/oder mit der dritten Leitung bzw. über diese mit dem Atemweg verbunden sein.The first line, in particular fluidly, connects the first valve to the airway. In particular, the first fluid stream can be supplied to the respiratory tract via a second line. In particular, the second fluid stream can be removed from the respiratory tract via the second line. If necessary, a separate third line can be provided, via which the second fluid stream is removed from the respiratory tract. The first line can be designed separately from the other lines and can be fluidly connected to the other lines (exclusively) via the respiratory tract. If necessary, the first line can also be connected to the second line and/or to the third line or via this to the airway.
Die zweite Leitung kann z. B. zumindest teilweise durch einen (Beatmungs-) Tubus, der über den Rachen bis in die Luftröhre des Patienten reicht, gebildet werden. Die zweite Leitung kann aber auch durch ein anderes, endotracheal (d.h. in die Luftröhre) eingeführtes Lumen gebildet werden. Insbesondere ist es auch möglich, dass die zweite Leitung eine Kehlkopf- oder Gesichtsmaske oder eine (geschlossene) Haube umfasst, über die der Patient beatmet wird.The second line can z. B. be formed at least partially by a (ventilation) tube that extends over the throat into the patient's trachea. The second line can also be formed by another lumen inserted endotracheally (i.e. into the trachea). In particular, it is also possible for the second line to include a larynx or face mask or a (closed) hood through which the patient is ventilated.
Der erste Druck ist insbesondere der in dem Atemweg vorliegende aktuelle Druck bzw. der Druck, anhand dessen die Beatmung des Patienten durch die Beatmungsvorrichtung ausgerichtet wird. Der erste Druck wird insbesondere durch einen Drucksensor überwacht. Dieser kann den ersten Druck unmittelbar in dem Atemweg (messtechnisch) erfassen oder auch, wenn der Drucksensor beabstandet von dem Atemweg angeordnet ist, berechnen. Zur Berechnung des ersten Druckes werden insbesondere die in den Atemweg zugeführten bzw. aus dem Atemweg abgeführten Fluidströme erfasst bzw. gemessen.The first pressure is in particular the current pressure present in the airway or the pressure on the basis of which the ventilation of the patient is aligned by the ventilation device. The first pressure is monitored in particular by a pressure sensor. This can detect the first pressure directly in the airway (measured) or, if the pressure sensor is arranged at a distance from the airway, calculate it. To calculate the first pressure, in particular the fluid flows supplied into the airway or removed from the airway are recorded or measured.
Insbesondere wird ein tubusnah bzw. nah am Atemweg angeordnetes erstes Ventil (mit der Funktion eines Druckentlastungsventils) vorgeschlagen, das z. B. bei einem zu starkem Einatmungsversuch des Patienten und dadurch (zu) niedrigem Druck im Beatmungssystem und der Lunge (bzw. im Atemweg) und/oder bei Husten oder Pressen des Patienten und dadurch (zu) hohem Druck im Beatmungssystem und der Lunge (bzw. im Atemweg) den Atemweg hin zur Umgebung mit kurzer Latenz öffnet, also insbesondere für einen (z. B. programmierbaren) Zeitraum offenhält, dann wieder schließt und somit wieder eine kontrollierte oder assistierte Beatmung über die Gaszuführeinrichtung und Gasabführeinrichtung ermöglicht.In particular, a first valve (with the function of a pressure relief valve) arranged close to the tube or close to the airway is proposed, which z. B. if the patient tries to inhale too hard and therefore (too) low pressure in the ventilation system and the lungs (or in the airway) and/or if the patient coughs or strains and therefore (too) high pressure in the ventilation system and the lungs (or . in the airway) opens the airway to the environment with a short latency, i.e. keeps it open for a (e.g. programmable) period of time, then closes it again and thus again a controlled or assisted beat mung via the gas supply device and gas discharge device.
Insbesondere ist das erste Ventil über die fluidtechnische Verbindung der ersten Leitung in einem Abstand von höchstens 60 cm [Zentimeter], insbesondere von höchstens 45 cm, bevorzugt von höchstens 30 cm, von dem Atemweg angeordnet. Insbesondere ist der das erste Ventil öffnende und schließende Körper in dem genannten Abstand zum Atemweg angeordnet. Bevorzugt ist der Auslass am Ventil hin zur Umgebung in dem genannten Abstand zum Atemweg angeordnet.In particular, the first valve is arranged via the fluid connection of the first line at a distance of at most 60 cm [centimeters], in particular at most 45 cm, preferably at most 30 cm, from the airway. In particular, the body that opens and closes the first valve is arranged at the stated distance from the airway. The outlet on the valve towards the environment is preferably arranged at the stated distance from the respiratory tract.
Der Abstand erstreckt sich insbesondere von einem distalen Ende der ersten Leitung (wenn diese direkt in den Atemweg mündet) oder von einem distalen Ende der zweiten bzw. dritten Leitung (wenn die erste Leitung über die zweite bzw. dritte Leitung mit dem Atemweg fluidtechnisch verbunden ist) bis zu dem ersten Ventil, also bis zu dem Körper des ersten Ventils bzw. dem Auslass.The distance extends in particular from a distal end of the first line (if it opens directly into the airway) or from a distal end of the second or third line (if the first line is fluidly connected to the airway via the second or third line ) up to the first valve, i.e. up to the body of the first valve or the outlet.
Insbesondere beträgt das zwischen dem ersten Ventil und dem Atemweg vorliegende Totvolumen zumindest der ersten Leitung höchstens 200 ml [Milliliter], bevorzugt höchstens 100 ml. Das Totvolumen ist das Volumen, das sich zwischen der Einmündung in den Atemweg und dem ersten Ventil (bzw. dem Körper des ersten Ventils bzw. dem Auslass) befindet. Das Totvolumen wird also zumindest durch die erste Leitung, ggf. zusätzlich über die zweite bzw. dritte Leitung gebildet.In particular, the dead volume of at least the first line present between the first valve and the airway is at most 200 ml [milliliter], preferably at most 100 ml. The dead volume is the volume that is between the opening into the airway and the first valve (or the Body of the first valve or the outlet). The dead volume is therefore formed at least by the first line, if necessary additionally via the second or third line.
Insbesondere ist auch ein Strömungswiderstand der ersten Leitung, d. h. von dem Atemweg hin zum ersten Ventil bzw. hin zur Umgebung, möglichst gering, so dass über das erste Ventil möglichst effektiv ein (dritter) Fluidstrom aus dem Atemweg ab- oder dem Atemweg zugeführt werden kann.In particular, there is also a flow resistance of the first line, i.e. H. from the airway to the first valve or to the environment, as low as possible, so that a (third) fluid flow can be removed from the airway or supplied to the airway as effectively as possible via the first valve.
Insbesondere verlegt die Beatmungsvorrichtung den Atemweg des Patienten vollständig, so dass ein Zuführen und Abführen eines Fluidstroms ausschließlich über die Beatmungsvorrichtung, d. h. über die Gaszuführeinrichtung, die Gasabführeinrichtung und ggf. das erste Ventil, erfolgt. Z. B. kann die Beatmungsvorrichtung einen Cuff (ein Dilatationselement) aufweisen, durch das der Atemweg von der den Patienten umgebenden Umgebung fluidtechnisch getrennt ist.In particular, the ventilation device completely obstructs the patient's airway, so that a fluid flow can be supplied and removed exclusively via the ventilation device, i.e. H. via the gas supply device, the gas discharge device and possibly the first valve. For example, the ventilation device can have a cuff (a dilation element) through which the airway is fluidly separated from the environment surrounding the patient.
Insbesondere erfolgt das Zuführen des ersten Fluidstroms an dem ersten Ventil vorbei und bis hin zum Erreichen eines an der Gaszuführeinrichtung bzw. an der Steuereinrichtung eingestellten endinspiratorischen (Spitzen-)Druckes. Das erste Ventil verbindet (erst) bei bzw. nach Überschreiten eines ersten Druckes, der größer ist als der endinspiratorische Druck und diesen um höchstens 10 mbar, bevorzugt höchstens 5 mbar, besonders bevorzugt höchstens 2 mbar, überschreitet, den Atemweg mit der Umgebung. Das erste Ventil schaltet insbesondere also auch bei höheren Drucküberschreitungen, aber zumindest auch schon bei einer Drucküberschreitung, die zwischen größer null und 10 mbar beträgt.In particular, the first fluid stream is supplied past the first valve and until an end-inspiratory (peak) pressure set on the gas supply device or on the control device is reached. The first valve connects the airway to the environment (only) when or after a first pressure is exceeded, which is greater than the end-inspiratory pressure and exceeds this by a maximum of 10 mbar, preferably a maximum of 5 mbar, particularly preferably a maximum of 2 mbar. The first valve switches in particular even when the pressure is exceeded, but at least also when the pressure is exceeded, which is between greater than zero and 10 mbar.
Insbesondere erfolgt das Abführen des zweiten Fluidstroms an dem ersten Ventil vorbei bis hin zum Erreichen eines an der Gasabführeinrichtung bzw. an der Steuereinrichtung eingestellten endexspiratorischen Druckes. Das erste Ventil verbindet (erst) bei bzw. nach Unterschreiten eines ersten Druckes, der kleiner ist als der endexspiratorische Druck und diesen um höchstens 10 mbar, bevorzugt höchstens 5 mbar, besonders bevorzugt höchstens 2 mbar, unterschreitet, den Atemweg mit der Umgebung. Das erste Ventil schaltet insbesondere also auch bei höheren Druckunterschreitungen, aber zumindest auch schon bei einer Druckunterschreitung, die zwischen größer null und 10 mbar beträgt.In particular, the second fluid stream is discharged past the first valve until an end-expiratory pressure set on the gas discharge device or on the control device is reached. The first valve connects the airway with the environment (only) when or after falling below a first pressure, which is smaller than the end-expiratory pressure and is below this by at most 10 mbar, preferably at most 5 mbar, particularly preferably at most 2 mbar. The first valve switches in particular even when the pressure falls below a relatively high level, but at least also when the pressure falls below zero and is between greater than zero and 10 mbar.
Insbesondere umfasst die Beatmungsvorrichtung zusätzlich eine Saugeinrichtung, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, während eines Exspirationsvorgangs durch die Saugeinrichtung den zweiten Fluidstrom (ausgehend von dem endinspiratorischen (Spitzen-)Druck) bis zum Erreichen des endexspiratorischen Druckes selbstständig zu steuern.In particular, the ventilation device additionally comprises a suction device, wherein the control device is set up to independently control the second fluid flow (starting from the end-inspiratory (peak) pressure) through the suction device during an expiration process until the end-expiratory pressure is reached.
Insbesondere schaltet das erste Ventil mit einer Empfindlichkeit von höchstens 2 mbar, bevorzugt von höchstens 1 mbar. Empfindlichkeit heißt hier, dass der Schaltpunkt des ersten Ventils, d. h. die Schaltung von dem geschlossenen Zustand hin zum offenen Zustand, eine maximale Abweichung (von höchstens 2 mbar bzw. höchstens 1 mbar) von einem voreingestellten Schaltpunkt aufweist.In particular, the first valve switches with a sensitivity of at most 2 mbar, preferably at most 1 mbar. Sensitivity here means that the switching point of the first valve, i.e. H. the switching from the closed state to the open state has a maximum deviation (of at most 2 mbar or at most 1 mbar) from a preset switching point.
Insbesondere schaltet das mindestens eine erste Ventil selbsttätig. Insbesondere ist das erste Ventil z. B. als Ein-Wege-Ventil ausgeführt, das z. B. gegen eine Rückstellfeder hin zu einem offenen Zustand schaltbar ist. Insbesondere umfasst das mindestens eine erste Ventil (dann) zwei erste Ventile, wobei das eine erste Ventil z. B. bei Überschreitung des endinspiratorischen Druckes und das andere erste Ventil z. B. bei Unterschreitung des endexspiratorischen Druckes selbstständig schaltet.In particular, the at least one first valve switches automatically. In particular, the first valve is z. B. designed as a one-way valve, which z. B. can be switched to an open state against a return spring. In particular, the at least one first valve (then) comprises two first valves, the one first valve z. B. when the end-inspiratory pressure is exceeded and the other first valve z. B. switches automatically when the end-expiratory pressure falls below.
Insbesondere ist das mindestens eine erste Ventil durch die Steuereinrichtung schaltbar. Insbesondere umfasst die Beatmungsvorrichtung einen Drucksensor, der den aktuellen ersten Druck (messtechnisch) ermittelt bzw. erfasst, wobei die Steuereinrichtung zur Betätigung des mindestens einen ersten Ventils in Abhängigkeit von einem Signal des Drucksensors eingerichtet ist. Das erste Ventil ist z. B. ein elektromagnetisch betätigtes Ventil.In particular, the at least one first valve can be switched by the control device. In particular, the ventilation device comprises a pressure sensor which determines or detects the current first pressure (measured), the control device for actuating the at least one first valve depending on a signal from the Pressure sensor is set up. The first valve is z. B. an electromagnetically operated valve.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, das mindestens eine erste Ventil in Abhängigkeit von dem ersten Druck zu öffnen und damit den Atemweg mit der Umgebung zu verbinden und auch unabhängig von dem ersten Druck wieder zu schließen und so den Atemweg von der Umgebung zu trennen. Insbesondere kann also durch die Steuereinrichtung eine Zeit programmiert sein, für die das erste Ventil dann in dem geöffneten Zustand verbleibt, wenn es geöffnet wurde. Der offene Zustand des ersten Ventils kann dann unabhängig von dem weiteren Verlauf des ersten Druckes erhalten bleiben.In particular, the control device is set up to open the at least one first valve depending on the first pressure and thus to connect the airway with the environment and also to close it again independently of the first pressure and thus to separate the airway from the environment. In particular, the control device can program a time for which the first valve remains in the open state when it has been opened. The open state of the first valve can then be maintained regardless of the further course of the first pressure.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung zum Betreiben der Beatmungsvorrichtung und damit zur Einstellung eines Verlaufs des ersten Druckes während zumindest eines Beatmungsvorgangs, also zumindest während eines Inspirationsvorgangs und/oder eines Exspirationsvorgangs eingerichtet, wobei das mindestens eine erste Ventil durch die Steuereinrichtung schaltbar und damit der Atemweg mit der Umgebung verbindbar ist. Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, das erste Ventil zu schalten, wenn der erste Druck um mindestens 2 mbar von einem vorbestimmten Verlauf des ersten Druckes abweicht.In particular, the control device is set up to operate the ventilation device and thus to adjust a course of the first pressure during at least one ventilation process, i.e. at least during an inspiration process and / or an expiration process, the at least one first valve being switchable by the control device and thus the airway with the Environment can be connected. In particular, the control device is set up to switch the first valve when the first pressure deviates by at least 2 mbar from a predetermined course of the first pressure.
Das erste Ventil verbindet den Atemweg mit der Umgebung (erst) bei bzw. nach einer Abweichung des ersten Druckes von dem vorbestimmten Verlauf um mindestens 2 mbar. Das erste Ventil schaltet insbesondere bei einer Abweichung von höchstens 10 mbar, bevorzugt höchstens 5 mbar, und verbindet dann den Atemweg mit der Umgebung. Das erste Ventil schaltet insbesondere also auch bei größeren Abweichungen des ersten Druckes von dem vorbestimmten Verlauf, aber zumindest auch schon bei einer Abweichung, die zwischen 2 mbar und 10 mbar beträgt.The first valve connects the airway with the environment (only) when or after the first pressure deviates from the predetermined course by at least 2 mbar. The first valve switches in particular when there is a deviation of at most 10 mbar, preferably at most 5 mbar, and then connects the airway with the environment. The first valve switches in particular even when the first pressure deviates from the predetermined course, but at least also when the deviation is between 2 mbar and 10 mbar.
Insbesondere kann so auch während einer Beatmung, wenn also der Patient z. B. durch die Beatmungsvorrichtung mit Fluidströmen beatmet wird, ein Druckabbau bzw. Druckaufbau in dem Atemweg über den dritten Fluidstrom erfolgen, der über das erste Ventil aus dem Atemweg ab- oder dem Atemweg zugeführt wird.In particular, this can also be done during ventilation, i.e. if the patient is e.g. B. is ventilated by the ventilator with fluid streams, a pressure reduction or pressure build-up in the airway takes place via the third fluid stream, which is discharged from the airway or supplied to the airway via the first valve.
Insbesondere umfasst die Beatmungsvorrichtung zusätzlich eine zweite Leitung, über die der Atemweg mit der Beatmungsvorrichtung fluidtechnisch verbunden ist, wobei das mindestens eine erste Ventil an der zweiten Leitung angeordnet ist.In particular, the ventilation device additionally comprises a second line, via which the airway is fluidly connected to the ventilation device, with the at least one first valve being arranged on the second line.
Insbesondere ist entlang der ersten Leitung und damit zwischen dem Atemweg und dem mindestens einen ersten Ventil ein Filter angeordnet, so dass ausschließlich ein über das erste Ventil strömender (dritter) Fluidstrom den Filter beaufschlägt. Der Filter schützt insbesondere das erste Ventil vor Kontamination und Feuchtigkeit und den Atemweg des Patienten vor Eindringen von Partikeln sowie die bronchialen Schleimhäute vor Wärmeverlust und Austrocknung.In particular, a filter is arranged along the first line and thus between the airway and the at least one first valve, so that only a (third) fluid stream flowing via the first valve acts on the filter. The filter protects in particular the first valve from contamination and moisture and the patient's airway from the ingress of particles and the bronchial mucous membranes from heat loss and drying out.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, dass, wenn das mindestens eine erste Ventil geschaltet und der Atemweg mit der Umgebung verbunden ist, die Beatmungsvorrichtung so betreibbar ist, dass über die Gaszuführeinrichtung ein erster Fluidstrom dem Atemweg zuführbar ist. Insbesondere kann so dem Atemweg während des Inspirationsvorgangs weiter der erste Fluidstrom zugeführt werden. Insbesondere kann so auch während des Exspirationsvorgangs ein durch das geöffnete erste Ventil verursachter Druckabfall des ersten Druckes zumindest teilweise oder vollständig gesteuert werden, indem dem Atemweg über die zweite Leitung weiter der erste Fluidstrom zugeführt wird.In particular, the control device is set up so that when the at least one first valve is switched and the airway is connected to the environment, the ventilation device can be operated in such a way that a first fluid stream can be supplied to the airway via the gas supply device. In particular, the first fluid stream can thus continue to be supplied to the airway during the inspiration process. In particular, a pressure drop in the first pressure caused by the opened first valve can be at least partially or completely controlled during the expiration process by continuing to supply the first fluid stream to the airway via the second line.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, dass, wenn das erste Ventil während des Zuführens des ersten Fluidstroms geschaltet und der Atemweg mit der Umgebung verbunden ist und zumindest solange das erste Ventil geschaltet ist, ein Volumenstrom und/oder ein Sauerstoffgehalt des ersten Fluidstroms erhöhbar ist. Insbesondere kann so der Sauerstoffgehalt in dem Atemweg auf einem hohen bzw. gewünschten (und gegenüber der Umgebung erhöhten) Niveau gehalten werden. Insbesondere wird beim Öffnen des ersten Ventils ein dritter Fluidstrom aus der Umgebung und über das erste Ventil dem Atemweg zugeführt. Der dritte Fluidstrom weist das atmosphärische Verhältnis von Sauerstoff und Stickstoff auf, das aber für eine Beatmung eines Patienten nicht ausreichend sein kann. Aus diesem Grund wird dann, wenn der Atemweg also auch den dritten Fluidstrom aufnimmt, der Volumenstrom und/oder der Sauerstoffgehalt des ersten Fluidstroms erhöht, so dass der Sauerstoffgehalt in dem Atemweg möglichst wenig abfällt.In particular, the control device is set up so that if the first valve is switched during the supply of the first fluid stream and the airway is connected to the environment and at least as long as the first valve is switched, a volume flow and / or an oxygen content of the first fluid stream can be increased. In particular, the oxygen content in the respiratory tract can be kept at a high or desired level (and increased compared to the environment). In particular, when the first valve is opened, a third fluid stream is supplied from the environment and into the respiratory tract via the first valve. The third fluid stream has the atmospheric ratio of oxygen and nitrogen, which may not be sufficient to ventilate a patient. For this reason, when the airway also receives the third fluid stream, the volume flow and/or the oxygen content of the first fluid stream is increased so that the oxygen content in the airway drops as little as possible.
Es wird weiter eine Ventileinrichtung vorgeschlagen, zumindest umfassend mindestens ein erstes Ventil, einen Drucksensor zur Ermittlung eines in einem Atemweg eines Patienten vorliegenden aktuellen ersten Druckes sowie eine Ventilsteuereinrichtung, die zur Betätigung des mindestens einen ersten Ventils in Abhängigkeit von einem Signal des Drucksensors eingerichtet ist. Die Ventileinrichtung ist mit einer (konventionellen) Beatmungsvorrichtung, zumindest umfassend eine Gaszuführeinrichtung zum Zuführen eines ersten Fluidstroms hin zu dem Atemweg des Patienten, eine Gasabführeinrichtung zum Abführen eines zweiten Fluidstroms aus dem Atemweg sowie eine Steuereinrichtung zum Betreiben der (konventionellen) Beatmungsvorrichtung, zur Ausbildung der beschriebenen Beatmungsvorrichtung verbindbar. Das erste Ventil ist dann an einer ersten Leitung angeordnet, die mit dem Atemweg fluidtechnisch verbunden ist. Über das erste Ventil ist der Atemweg in Abhängigkeit von einem in dem Atemweg vorliegenden ersten Druck schaltbar mit einer Umgebung des Patienten fluidtechnisch verbindbar, wobei die Umgebung einen atmosphärischen Druck und ein unbegrenztes Volumen aufweist.A valve device is further proposed, at least comprising at least one first valve, a pressure sensor for determining a current first pressure present in a patient's airway, and a valve control device which is set up to actuate the at least one first valve as a function of a signal from the pressure sensor. The valve device is equipped with a (conventional) ventilation device, at least comprising a gas supply device for supplying a first fluid stream to the patient's airway, and a gas discharge device for discharging a second fluid stream the airway and a control device for operating the (conventional) ventilation device, can be connected to form the ventilation device described. The first valve is then arranged on a first line which is fluidly connected to the airway. Via the first valve, the airway can be fluidly connected to an environment of the patient depending on a first pressure present in the airway, the environment having an atmospheric pressure and an unlimited volume.
Es wird also eine Ventileinrichtung vorgeschlagen, die mit konventionellen Beatmungsvorrichtung kombinierbar ist. Diese Kombination ergibt hinsichtlich der Funktion die vorstehend beschriebene Beatmungsvorrichtung. Dabei kann die Steuereinrichtung der konventionellen Beatmungsvorrichtung weiterhin die Beatmung regulieren, wobei insbesondere (ausschließlich) die Funktion des ersten Ventils, also das Öffnen und wieder Schließen des ersten Ventils, durch die Ventilsteuereinrichtung steuerbar ist.A valve device is therefore proposed which can be combined with conventional ventilation devices. In terms of function, this combination results in the ventilation device described above. The control device of the conventional ventilation device can continue to regulate the ventilation, in particular (exclusively) the function of the first valve, i.e. the opening and closing of the first valve, being controllable by the valve control device.
Insbesondere erfolgt eine Betätigung des ersten Ventils durch die Ventilsteuereinrichtung unabhängig von einer Steuerung der Beatmung durch die Steuereinrichtung.In particular, the first valve is actuated by the valve control device independently of the ventilation being controlled by the control device.
Es wird weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Beatmungsvorrichtung vorgeschlagen, insbesondere zum Betreiben der beschriebenen Beatmungsvorrichtung. Die Beatmungsvorrichtung umfasst zumindest eine Gaszuführeinrichtung zum Zuführen eines ersten Fluidstroms hin zu einem Atemweg eines Patienten, eine Gasabführeinrichtung zum Abführen eines zweiten Fluidstroms aus dem Atemweg zurück in die Beatmungsvorrichtung oder an eine Umgebung, eine Steuereinrichtung zum Betreiben der Beatmungsvorrichtung sowie mindestens ein erstes Ventil. Das erste Ventil ist an einer ersten Leitung angeordnet, die mit dem Atemweg fluidtechnisch verbunden ist, wobei über das erste Ventil der Atemweg in Abhängigkeit von einem in dem Atemweg vorliegenden ersten Druck schaltbar mit einer Umgebung des Patienten fluidtechnisch verbindbar ist, wobei die Umgebung einen atmosphärischen Druck und ein unbegrenztes Volumen aufweist.A method for operating a ventilation device is also proposed, in particular for operating the ventilation device described. The ventilator comprises at least a gas supply device for supplying a first fluid stream to a patient's respiratory tract, a gas discharge device for discharging a second fluid stream from the respiratory tract back into the ventilator or to an environment, a control device for operating the ventilator and at least one first valve. The first valve is arranged on a first line which is fluidly connected to the airway, wherein the airway can be fluidly connected to an environment of the patient via the first valve depending on a first pressure present in the airway, the environment being atmospheric pressure and an unlimited volume.
Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Betreiben der Beatmungsvorrichtung und zumindest Zuführen des ersten Fluidstroms über die Gaszuführeinrichtung bis zum Erreichen eines endinspiratorischen Druckes und/oder Abführen des zweiten Fluidstroms über die Gasabführeinrichtung bis zum Erreichen eines endexspiratorischen Druckes; und,
- • wenn der erste Druck größer ist als der endinspiratorische Druck und diesen um höchstens 10 mbar überschreitet oder
- • wenn der erste Druck kleiner ist als der endexspiratorische Druck und diesen um höchstens 10 mbar unterschreitet, oder
- • wenn die Steuereinrichtung zum Betreiben der Beatmungsvorrichtung und damit zur Einstellung eines Verlaufs des ersten Druckes während zumindest eines Beatmungsvorgangs, also zumindest während eines Inspirationsvorgangs und/oder eines Exspirationsvorgangs eingerichtet und das mindestens eine erste Ventil durch die Steuereinrichtung schaltbar und damit der Atemweg mit der Umgebung verbindbar ist und der erste Druck um mindestens 2 mbar von einem vorbestimmten Verlauf des ersten Druckes abweicht,
- b) Schalten des mindestens einen ersten Ventils und Verbinden des Atemwegs mit der Umgebung.
- a) operating the ventilation device and at least supplying the first fluid stream via the gas supply device until an end-inspiratory pressure is reached and/or discharging the second fluid stream via the gas discharge device until an end-expiratory pressure is reached; and,
- • if the first pressure is greater than the end-inspiratory pressure and exceeds it by a maximum of 10 mbar or
- • if the first pressure is smaller than the end-expiratory pressure and falls below it by a maximum of 10 mbar, or
- • if the control device is set up to operate the ventilation device and thus to adjust a course of the first pressure during at least one ventilation process, i.e. at least during an inspiration process and / or an expiration process, and the at least one first valve can be switched by the control device and thus the airway with the environment can be connected and the first pressure deviates by at least 2 mbar from a predetermined course of the first pressure,
- b) switching the at least one first valve and connecting the airway to the environment.
Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) und b) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte z. B. während der Einrichtung und/oder des Betriebes des Systems kann variieren. Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern. Insbesondere ist Schritt b) bedingt und wird ggf. nur dann ausgeführt werden, wenn die genannten Bedingungen gegeben sind. Insbesondere wird sonst weiter Schritt a) ausgeführt. Insbesondere werden die Schritte a) und b) in der angeführten Reihenfolge durchgeführt.The above (non-exhaustive) division of the process steps into a) and b) is primarily intended to serve as a distinction and not to impose any order and/or dependency. The frequency of the process steps e.g. B. during setup and/or operation of the system may vary. It is also possible for process steps to at least partially overlap each other in time. In particular, step b) is conditional and may only be carried out if the conditions mentioned are met. In particular, step a) will otherwise be carried out. In particular, steps a) and b) are carried out in the order listed.
Insbesondere umfasst das Verfahren, dass beim Schalten des ersten Ventils ein Alarmsignal durch die Beatmungsvorrichtung erzeugt wird. Das Alarmsignal ist insbesondere ein optisches und/oder akustisches und/oder elektrisches Alarmsignal.In particular, the method includes that an alarm signal is generated by the ventilator when the first valve is switched. The alarm signal is in particular an optical and/or acoustic and/or electrical alarm signal.
Die Ausführungen zu der Beatmungsvorrichtung sind insbesondere auf die Ventileinrichtung und das Verfahren übertragbar und jeweils umgekehrt.The comments on the ventilation device can be transferred in particular to the valve device and the method and vice versa.
Es wird weiter eine Steuereinrichtung vorgeschlagen, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist.A control device is also proposed which is equipped, configured or programmed to carry out the method described.
Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinrichtung ausgeführt werden.Furthermore, the method can also be carried out by a computer or with a processor of a control device.
Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durchführt.A data processing system is therefore also proposed which includes a processor which is adapted/configured in such a way that that he carries out the procedure or part of the steps of the proposed procedure.
Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.A computer-readable storage medium may be provided which includes instructions which, when executed by a computer/processor, cause it to carry out the method or at least part of the steps of the proposed method.
Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf die Beatmungsvorrichtung, die Ventileinrichtung und/oder das computerimplementierte Verfahren (also den Computer bzw. den Prozessor, das System zur Datenverarbeitung, das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.The statements on the method can be transferred in particular to the ventilation device, the valve device and/or the computer-implemented method (i.e. the computer or the processor, the data processing system, the computer-readable storage medium) and vice versa.
Bei dem ersten Ventil handelt es sich insbesondere um ein elektromagnetisches Ventil. Mittels eines geeigneten Adapters (z. B. eines Standard-T-Stückes), an den auch die zweite bzw. dritte Leitung der Beatmungsvorrichtung angeschlossen sein kann, wird das erste Ventil direkt auf bzw. an einen Tubus (oder eine Kehlkopf- oder Gesichtsmaske) gesteckt. Verglichen mit Ventilen, die sich in einem Anästhesiegerät bzw. in einem Intensivventilator befinden, lassen sich so Totvolumen und Strömungswiderstände minimieren, da das erste Ventil bei Aktivierung tubusnah bzw. in geringem Abstand zum Atemweg öffnet.The first valve is in particular an electromagnetic valve. Using a suitable adapter (e.g. a standard T-piece), to which the second or third line of the ventilator can also be connected, the first valve is connected directly to a tube (or a larynx or face mask ) plugged in. Compared to valves that are located in an anesthesia machine or in an intensive care ventilator, dead volume and flow resistance can be minimized because the first valve opens close to the tube or at a short distance from the airway when activated.
Bei einer Ausführungsvariante eines ersten Ventils kann sich in einer (schraubbaren und dadurch demontierbaren) Gewindekappe eine Lochblende mit einem typischerweise aber nicht zwangsläufig fixen Durchmesser (von z. B. 9 mm) befinden, die durch einen Gummikonus druckdicht verschlossen wird. Der Gummikonus sitzt auf einem elektromagnetisch bewegbaren Kolben, der bei Aktivierung bzw. beim Schalten und somit Öffnung des ersten Ventils gegen Federdruck (mit einem Hub von z. B. ca. 2,5 mm) in eine elektromagnetische Spule hineingezogen wird. Dadurch wird die Lochblende freigegeben und ein dritter Fluidstrom passiert Öffnungen in einem Gewindering, auf den die Gewindekappe mit der Lochblende geschraubt wird.In an embodiment variant of a first valve, there can be a perforated diaphragm with a typically but not necessarily fixed diameter (e.g. 9 mm) in a (screwable and therefore removable) threaded cap, which is closed in a pressure-tight manner by a rubber cone. The rubber cone sits on an electromagnetically movable piston, which is pulled into an electromagnetic coil against spring pressure (with a stroke of, for example, approx. 2.5 mm) when activated or when switching and thus opening the first valve. This releases the pinhole and a third fluid flow passes through openings in a threaded ring onto which the threaded cap with the pinhole is screwed.
Neben der typischerweise hinsichtlich des Durchmessers fix ausgeführten Lochblende sind die Öffnungen im Gewindering vom Durchmesser grundsätzlich variierbar: Dies kann z. B. mittels eines weiteren Ringes mit Öffnungen geschehen, der über dem Gewindering liegt und gegen diesen verdreht werden kann, so dass die freie Fläche der Öffnungen in den beiden übereinanderliegenden Ringen variiert werden kann. Technisch ist so auch der Schließ-Öffnungsmechanismus des ersten Ventils realisierbar. Kürzere Latenzzeiten und bessere Dichtigkeit lassen aber einen Schließ-Öffnungsmechanismus mittels einer Lochblende und eines Gummikonus auf einem elektromagnetisch bewegbaren Kolben vorteilhaft erscheinen.In addition to the perforated diaphragm, which is typically fixed in terms of diameter, the diameter of the openings in the threaded ring can generally be varied: This can be done, for example. B. done by means of another ring with openings, which lies above the threaded ring and can be rotated against it, so that the free area of the openings in the two superimposed rings can be varied. Technically, the closing/opening mechanism of the first valve can also be implemented. However, shorter latency times and better sealing make a closing/opening mechanism using a pinhole and a rubber cone on an electromagnetically movable piston appear advantageous.
Das erste Ventil ist insbesondere für eine Desinfektion komplett zerlegbar und ist somit wiederverwendbar.The first valve can be completely dismantled, in particular for disinfection, and is therefore reusable.
Das erste Ventil wird insbesondere mittels eines Standard-Stutzen in einen Filter gesteckt, vorzugsweise einen sogenannten „heat and moisture exchange“-Filter (HME-Filter), der das erste Ventil vor Kontamination und Feuchtigkeit und den Atemweg des Patienten vor Eindringen von Partikeln sowie die bronchialen Schleimhäute vor Wärmeverlust und Austrocknung schützt.The first valve is inserted into a filter in particular using a standard connector, preferably a so-called “heat and moisture exchange” filter (HME filter), which protects the first valve from contamination and moisture and the patient's airway from the ingress of particles protects the bronchial mucous membranes from heat loss and drying out.
Im Wesentlichen gibt es für den Anschluss des ersten Ventils an einen Tubus (oder eine Kehlkopf- oder Gesichtsmaske) insbesondere zwei Ausgestaltungen:
- Gemäß einer ersten Ausgestaltung wird das erste Ventil hinter einem Filter (der das erste Ventil vor Kontamination und Feuchtigkeit und den Atemweg des Patienten vor Eindringen von Partikeln sowie die bronchialen Schleimhäute vor Wärmeverlust und Austrocknung schützt) am Seitenschenkel eines Standard-T-Stückes angeschlossen. Die Druckmessung erfolgt wahlweise über das Beatmungsgerät, mit dem das erste Ventil insbesondere über eine Datenschnittstelle kommuniziert und/oder von diesem gesteuert wird, oder über eine separate Druckmessleitung, die vorzugsweise an einem tief im Tubus oder tracheal (also in der Luftröhre) liegenden Druckmesskatheter bzw. Drucksensor oder alternativ am Port des Filters angeschlossen wird, der normalerweise zur Entnahme einer Atemgasprobe zu Analysezwecken (z. B. Kohlendioxidgehalt) dient, aber auch eine Druckmessung vor dem Tubus und somit indirekt auch im Atemweg ermöglicht.
- According to a first embodiment, the first valve is connected behind a filter (which protects the first valve from contamination and moisture and the patient's airway from ingress of particles and the bronchial mucous membranes from heat loss and drying out) on the side leg of a standard T-piece. The pressure measurement is carried out either via the ventilator, with which the first valve communicates in particular via a data interface and/or is controlled by it, or via a separate pressure measuring line, which is preferably connected to a pressure measuring catheter or .Pressure sensor or alternatively connected to the port of the filter, which is normally used to take a breathing gas sample for analysis purposes (e.g. carbon dioxide content), but also enables a pressure measurement in front of the tube and thus indirectly in the respiratory tract.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung ist das erste Ventil hinter einem Filter (der das erste Ventil vor Kontamination und Feuchtigkeit und den Atemweg des Patienten vor Eindringen von Partikeln sowie die bronchialen Schleimhäute vor Wärmeverlust und Austrocknung schützt) an einem speziellen Adapter angeschlossen, der insbesondere neben einem Zugang für einen Druckmesskatheter bzw. Drucksensor zumindest einen Standardanschluss für z. B. den Filter mit aufgestecktem erstem Ventil sowie einen weiteren Standardanschluss für z. B. ein (geschlossenes) Absaugsystem oder einen Bronchoskopie-Port aufweist und zusätzlich auch noch einen Ventilationsanschluss (vorzugsweise mit einem Luer-Lock-Anschluss) für eine Beatmungsvorrichtung bzw. eine zweite und/oder dritte Leitung oder eine (zusätzliche) regelbare Atemgasquelle (z. B. eine Druckgasquelle oder ein turbinengetriebener „Blower“) hat, mit dem (zusätzliches) Atemgas dem Atemweg zu- und/oder von diesem abgeführt werden kann.According to a second embodiment, the first valve is connected behind a filter (which protects the first valve from contamination and moisture and the patient's airway from ingress of particles and the bronchial mucous membranes from heat loss and drying out) to a special adapter, which is in particular next to an access for a pressure measurement catheter or pressure sensor at least one standard connection for e.g. B. the filter with the first valve attached and another standard connection for e.g. B. has a (closed) suction system or a bronchoscopy port and also a ventilation connection (preferably with a Luer lock connection) for a ventilation device or a second and / or third line or an (additional) controllable breathing gas source (e.g . B. has a compressed gas source or a turbine-driven “blower”) with which (additional) breathing gas can be supplied to and/or removed from the respiratory tract.
Das erste Ventil bzw. die Ventileinrichtung umfasst insbesondere eine manuell bedienbare Programmier- und Steuerungseinheit (die Ventilsteuereinrichtung), die entweder mit dem ersten Ventil eine (Bau-)Einheit bildet, sich bevorzugt aber in einem vom ersten Ventil getrennten Gehäuse befindet oder in die Beatmungsvorrichtung integriert ist.The first valve or the valve device includes in particular a manually operated programming and control unit (the valve control device), which either forms a (structural) unit with the first valve, but is preferably located in a housing that is separate from the first valve or in the ventilator is integrated.
Der erste Druck wird insbesondere mittels einer Druckmessleitung (ggf. in Kombination mit einem Druckmesskatheter) bzw. eines Drucksensors entweder vor dem Tubus (z. B. am Filter des ersten Ventils), im Tubus oder vorzugsweise tracheal (also in der Luftröhre) gemessen. Letzteres ermöglicht die genauesten Messungen des ersten Druckes.The first pressure is measured in particular by means of a pressure measuring line (possibly in combination with a pressure measuring catheter) or a pressure sensor either in front of the tube (e.g. on the filter of the first valve), in the tube or preferably tracheally (i.e. in the trachea). The latter allows for the most accurate measurements of the first print.
Der erste Druck wird mit einem in der Programmier- und Steuerungseinheit verbauten Drucksensor als absoluter Druck gemessen, aber typischerweise als Relativdruck, also als Druck über bzw. unter dem (aktuellen) Umgebungsluftdruck (dem atmosphärischen Druck bzw. Druck der Umgebung) ausgegeben.The first pressure is measured as absolute pressure using a pressure sensor installed in the programming and control unit, but is typically output as relative pressure, i.e. as pressure above or below the (current) ambient air pressure (the atmospheric pressure or pressure of the environment).
Der Umgebungsluftdruck, der über einen zweiten, vorzugsweise in der Programmier- und Steuerungseinheit verbauten Drucksensor ebenfalls als absoluter Druck gemessen werden kann, dient als Referenzdruck, der von dem vor dem Tubus, im Tubus oder vorzugsweise tracheal gemessen ersten Druck abgezogen wird. Auch die (einzustellenden) Druckgrenzen, bei denen das erste Ventil öffnet, sind insbesondere Relativdrücke.The ambient air pressure, which can also be measured as absolute pressure via a second pressure sensor, preferably installed in the programming and control unit, serves as a reference pressure which is subtracted from the first pressure measured in front of the tube, in the tube or preferably tracheally. The pressure limits (to be set) at which the first valve opens are also, in particular, relative pressures.
Hinsichtlich der Kommunikation mit der Beatmungsvorrichtung und ggf. einer (zusätzlichen) regelbaren Atemgasquelle sind verschiedene Lösungen möglich:
- Bei einer sogenannten „stand alone“-Lösung kann das erste Ventil durch seine Programmier- und Steuerungseinheit bzw. seine Ventilsteuereinrichtung völlig unabhängig von der Beatmungsvorrichtung betrieben werden. Die Messung des ersten Druckes erfolgt insbesondere über eine separate Druckmessleitung (ggf. in Kombination mit einem Druckmesskatheter) bzw. einen separaten Drucksensor.
- In a so-called “stand alone” solution, the first valve can be operated completely independently of the ventilation device through its programming and control unit or its valve control device. The first pressure is measured in particular via a separate pressure measuring line (possibly in combination with a pressure measuring catheter) or a separate pressure sensor.
Die Ventilsteuereinrichtung ist insbesondere in der Lage, selbst zu alarmieren, also ein Alarmsignal zu erzeugen (lokal und vorzugsweise auch in Richtung einer Zentrale) und eine Alarmhistorie auszugeben (anhand derer man bei wiederholten Alarmen ggf. die Sedierungstiefe des Patienten anpassen kann). Ggf. erfolgt auch die differenzierte Steuerung des Volumenstroms bzw. des (vierten) Fluidstroms einer (zusätzlichen) regulierbaren Atemgasquelle durch die Ventilsteuereinrichtung. Der Alarm kann z. B. immer dann ausgelöst werden, wenn das erste Ventil in den geöffneten Zustand wechselt. Der Alarm umfasst insbesondere ein optisches und/oder akustisches und/oder elektrisches Alarmsignal.The valve control device is in particular able to alarm itself, i.e. to generate an alarm signal (locally and preferably also in the direction of a control center) and to output an alarm history (which can be used to adjust the patient's sedation depth if necessary in the event of repeated alarms). If necessary, the volume flow or the (fourth) fluid flow of an (additional) adjustable breathing gas source is also differentiated by the valve control device. The alarm can e.g. B. always be triggered when the first valve changes to the open state. The alarm includes in particular an optical and/or acoustic and/or electrical alarm signal.
Die „stand alone“-Lösung ist insbesondere interessant in Kombination mit herkömmlichen Beatmungsvorrichtungen (und herkömmlichen Beatmungsmodi wie z. B. VCV - „volume-controlled ventilation“, PCV - „pressure-controlled ventilation“, BiPAP - „biphasic positive airway pressure“, APRV - „airway pressure release ventilation“), die nicht selbst mit einer Ventilsteuereinrichtung für das erste Ventil nachgerüstet werden können.The “stand alone” solution is particularly interesting in combination with conventional ventilation devices (and conventional ventilation modes such as VCV - “volume-controlled ventilation”, PCV - “pressure-controlled ventilation”, BiPAP - “biphasic positive airway pressure”) , APRV - “airway pressure release ventilation”), which cannot themselves be retrofitted with a valve control device for the first valve.
Bei einer sogenannten kombinierten Lösung kommuniziert das erste Ventil mit seiner Ventilsteuereinrichtung insbesondere zumindest zeitweise mit der Beatmungsvorrichtung bzw. mit der Steuereinrichtung der Beatmungsvorrichtung (z. B. hinsichtlich der Übernahme von Druckmessdaten der Beatmungsvorrichtung). Die Druckgrenzen bzw. Schaltpunkte des ersten Ventils werden insbesondere an der Ventilsteuereinrichtung eingegeben, die auch den ersten Druck und/oder dessen Verlauf überwacht, typischerweise Alarme ausgibt (lokal und vorzugsweise auch in Richtung einer Zentrale) und das erste Ventil steuert. Ggf. erfolgt auch die differenzierte Steuerung eines (vierten) Fluidstroms einer (zusätzlichen) regulierbaren Atemgasquelle durch die Ventilsteuereinrichtung.In a so-called combined solution, the first valve communicates with its valve control device, in particular at least temporarily with the ventilator or with the control device of the ventilator (e.g. with regard to the acceptance of pressure measurement data from the ventilator). The pressure limits or switching points of the first valve are entered in particular at the valve control device, which also monitors the first pressure and / or its course, typically issues alarms (locally and preferably also in the direction of a control center) and controls the first valve. If necessary, the differentiated control of a (fourth) fluid flow from an (additional) adjustable breathing gas source also takes place through the valve control device.
Bei einer sogenannten integrierten Lösung kommuniziert das erste Ventil vollständig (oder weitgehend vollständig) mit der Beatmungsvorrichtung bzw. der Steuereinrichtung und/oder einer (zusätzlichen) regulierbaren Atemgasquelle (z. B. hinsichtlich der Übernahme von Druckmessdaten von der Beatmungsvorrichtung, der Programmierung der Druckgrenzen an der Beatmungsvorrichtung, der Überwachung des ersten Druckes und der Steuerung des ersten Ventils durch die Beatmungsvorrichtung bzw. die Steuereinrichtung, ggf. auch differenzierte Steuerung eines (vierten) Fluidstroms einer (zusätzlichen) regulierbaren Atemgasquelle durch die Beatmungsvorrichtung).In a so-called integrated solution, the first valve communicates completely (or largely completely) with the ventilator or the control device and/or an (additional) adjustable breathing gas source (e.g. with regard to the acceptance of pressure measurement data from the ventilator, the programming of the pressure limits the ventilator, the monitoring of the first pressure and the control of the first valve by the ventilator or the control device, possibly also differentiated control of a (fourth) fluid flow of an (additional) adjustable breathing gas source by the ventilator).
Die Bedienelemente für die Ventilsteuereinrichtung befinden sich bei der „stand alone“-Lösung und der kombinierten Lösung entweder unmittelbar am ersten Ventil oder vorzugsweise an der Ventilsteuereinrichtung (ggf. an einem von dem ersten Ventil getrennt angeordneten Gehäuse), hingegen bei der integrierten Lösung vorzugsweise an der Beatmungsvorrichtung.In the “stand alone” solution and the combined solution, the operating elements for the valve control device are located either directly on the first valve or preferably on the valve control device (possibly on a housing arranged separately from the first valve), whereas in the integrated solution they are preferably located the ventilator.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des ersten Ventils nochmals beschrieben: Wird eine eingestellte untere bzw. obere Druckgrenze (z. B. unterhalb des endexspiratorischen Druckes oder oberhalb des endinspiratorischen Druckes) unter- bzw. überschritten, öffnet das erste Ventil, bleibt dann insbesondere für eine programmierte Zeit offen und schließt danach wieder (wodurch die Beatmung des Patienten durch die Beatmungsvorrichtung wieder beginnt bzw. fortgesetzt wird). Dabei ist die untere Druckgrenze insbesondere etwas niedriger eingestellt als der an der Beatmungsvorrichtung gewählte oder alternativ der tatsächlich gemessene niedrigste erste Druck innerhalb des Beatmungsvorgangs (z. B. der endexspiratorische Druck). Die obere Druckgrenze ist hingegen insbesondere etwas höher eingestellt als der an der Beatmungsvorrichtung gewählte oder alternativ der tatsächlich gemessene höchste erste Druck innerhalb des Beatmungsvorgangs (z. B. der endinspiratorische (Spitzen-)Druck). Das erste Ventil ist insbesondere also druckgesteuert.The functionality of the first valve is described again below: If a set lower or upper pressure limit (e.g. below the end-expiratory pressure or above the end-inspiratory pressure) is undershot or exceeded, the first valve opens and then remains in particular for one Opens for a programmed time and then closes again (whereby the ventilation of the patient by the ventilator device restarts or continues). In particular, the lower pressure limit is set somewhat lower than the one selected on the ventilator or, alternatively, the actually measured lowest first pressure within the ventilation process (e.g. the end-expiratory pressure). The upper pressure limit, on the other hand, is set in particular slightly higher than the one selected on the ventilator or, alternatively, the actually measured highest first pressure within the ventilation process (e.g. the end-inspiratory (peak) pressure). The first valve is in particular pressure-controlled.
Insbesondere kommuniziert die Ventilsteuereinrichtung des ersten Ventils mit der Beatmungsvorrichtung während des Beatmungsvorgangs, so dass auch eine differenzierte Steuerung des ersten Ventils möglich ist, z. B. kann das erste Ventil bei einer Abweichung von einem programmierten Druckverlauf geschaltet werden. Dabei kann das erste Ventil z. B. bei einem während des Inspirationsvorgangs oder des Exspirationsvorgangs plötzlich (relativ gesehen) abfallenden oder steigenden ersten Druck geschaltet werden, so dass der Atemweg mit der Umgebung fluidtechnisch verbunden ist.In particular, the valve control device of the first valve communicates with the ventilation device during the ventilation process, so that differentiated control of the first valve is also possible, e.g. B. the first valve can be switched if there is a deviation from a programmed pressure curve. The first valve can z. B. can be switched when the first pressure suddenly (relatively speaking) drops or rises during the inspiration process or the expiration process, so that the airway is fluidly connected to the environment.
Bei Auslösen bzw. Öffnen des ersten Ventils wird der erste Fluidstrom der Beatmungsvorrichtung in Richtung hin zum Patienten vorzugsweise erhöht. Dabei ist es sinnvoll, wenn eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Atemweg und der Umgebung über das erste Ventil geöffnet wird und der Patient durch das offene erste Ventil Luft einatmen kann, den ersten Fluidstrom (zum Patienten) und ggf. auch die Sauerstoffkonzentration im (zugeführten) Atemgas zu erhöhen, um so einen relevanten Abfall der Sauerstoffkonzentration in dem vom Patienten eingeatmeten Gas zu verhindern (infolge des über das erste Ventil aus der Umgebung dem Atemweg zugeführten dritten Fluidstroms).When the first valve is triggered or opened, the first fluid flow of the ventilator is preferably increased in the direction of the patient. It makes sense if a fluid connection between the airway and the environment is opened via the first valve and the patient can breathe in air through the open first valve, the first fluid flow (to the patient) and possibly also the oxygen concentration in the (supplied) To increase breathing gas in order to prevent a relevant drop in the oxygen concentration in the gas inhaled by the patient (as a result of the third fluid flow supplied to the respiratory tract from the environment via the first valve).
Es kann zwar nur zu einer relevanten Abnahme der Sauerstoffkonzentration durch Vermischung des Atemgases (erster Fluidstrom, den der Patient einatmet) mit Umgebungsluft (dritter Fluidstrom) kommen, wenn der maximale Gasfluss der Einatmung seitens des Patienten den (ggf. erhöhten) Atemgasfluss seitens der Beatmungsvorrichtung (ggf. in Kombination mit einer (zusätzlichen) regelbaren Atemgasquelle) überschreitet. Dennoch ist aber aus Sicherheitsgründen insbesondere bei kritisch kranken Patienten ein erhöhter erster Fluidstrom mit 100 % Sauerstoff zu erwägen, der entweder durch die Beatmungsvorrichtung oder eine (zusätzliche) regelbare Atemgasquelle zur Verfügung gestellt wird.A relevant decrease in the oxygen concentration can only occur due to mixing of the respiratory gas (first fluid stream that the patient inhales) with ambient air (third fluid stream) if the maximum gas flow of inhalation on the part of the patient exceeds the (possibly increased) respiratory gas flow on the part of the ventilator (if necessary in combination with an (additional) controllable breathing gas source). Nevertheless, for safety reasons, especially in critically ill patients, an increased first fluid flow with 100% oxygen should be considered, which is provided either by the ventilation device or an (additional) controllable breathing gas source.
Bei einem bestimmten Fluidstrom entscheiden grundsätzlich der Widerstand des offenen ersten Ventils, ggf. zusammen mit dem Widerstand des (dem ersten Ventil vorgeschalteten) Filters, auf der einen Seite und der Widerstand z. B. des Tubus (oder der Kehlkopf- oder Gesichtsmaske) sowie die Widerstände in dem Atemweg bzw. im Lungengewebe des Patienten auf der anderen Seite darüber, wieviel Fluid/Gas bei offenem ersten Ventil zum Patienten bzw. in den Atemweg des Patienten strömt. Ein- bzw. Ausatmung(sversuche) des Patienten beeinflussen dabei den (tatsächlichen) Fluidstrom in den bzw. aus dem Atemweg des Patienten.For a certain fluid flow, the deciding factor is basically the resistance of the open first valve, possibly together with the resistance of the filter (upstream of the first valve), on the one hand, and the resistance, for example. B. the tube (or the larynx or face mask) as well as the resistances in the airway or in the patient's lung tissue on the other side determine how much fluid/gas flows to the patient or into the patient's airway when the first valve is open. Inhalation or exhalation (attempts) by the patient influence the (actual) fluid flow into or out of the patient's airway.
Das erste Ventil und ggf. der (dem ersten Ventil vorgeschaltete) Filter haben typischerweise zwar geringe, aber dennoch relevante Widerstände. Bei geöffnetem erstem Ventil wird daher durch einen ggf. (automatisch) angepassten, höheren ersten Fluidstrom abhängig vom Widerstand des offenen ersten Ventils und ggf. des (diesem vorgeschalteten) Filters ein leicht positiver Druck in dem Atemweg des Patienten (im Sinne eines sogenannten PEEP = „positive end-expiratory pressure“) aufgebaut und gehalten, sofern der Patient nicht atmet. Die daraus resultierende Vordehnung der Lunge ist atemmechanisch (zumeist) sehr sinnvoll.The first valve and possibly the filter (upstream of the first valve) typically have small, but still relevant resistances. When the first valve is open, a slightly positive pressure is created in the patient's airway (in the sense of a so-called PEEP =) by a possibly (automatically) adjusted, higher first fluid flow depending on the resistance of the open first valve and possibly the filter (upstream of it). “Positive end-expiratory pressure”) is built up and maintained as long as the patient is not breathing. The resulting pre-expansion of the lungs is (usually) very useful from a breathing mechanical point of view.
Der Widerstand des offenen ersten Ventils, ggf. zusammen mit dem Widerstand des (dem ersten Ventil vorgeschalteten) Filters, definiert dabei in Abhängigkeit vom ersten Fluidstrom die Höhe des Druckes, der sich aufbauen kann. Eine Erhöhung des ersten Fluidstroms führt immer zu einer Druckerhöhung, eine Erniedrigung hingegen zu einer Druckabnahme.The resistance of the open first valve, possibly together with the resistance of the filter (upstream of the first valve), defines the amount of pressure that can build up depending on the first fluid flow. An increase in the first fluid flow always leads to an increase in pressure, while a decrease in it always leads to a decrease in pressure.
Der (ggf. erhöhte) erste Fluidstrom kann von der eigentlichen Beatmungsvorrichtung oder aber auch von einer weiteren, dann vorzugsweise durch die Ventilsteuereinheit des ersten Ventils direkt geregelten Atemgasquelle bereitgestellt werden. Die weitere Atemgasquelle kann z. B. über einen Adapter angeschlossen werden, auf dem auch das erste Ventil, ggf. mit vorgeschaltetem Filter, steckt. Mit einem adaptierten ersten Fluidstrom (von einer konventionellen Beatmungsvorrichtung und/oder ggf. einer (zusätzlichen) regulierbaren Atemgasquelle) ist so nicht nur bei geschlossenem, sondern sogar bei offenem ersten Ventil eine Druckunterstützung während des Inspirationsvorgangs (im Sinne assistierter bis hin zu kontrollierter Beatmung) möglich.The (possibly increased) first fluid flow can be provided by the actual ventilation device or also by a further source of breathing gas, which is then preferably directly controlled by the valve control unit of the first valve. The further breathing gas source can e.g. B. can be connected via an adapter on which the first valve, possibly with an upstream filter, is installed. With an adapted first fluid flow (from a conventional ventilation device and/or possibly an (additional) adjustable breathing gas source), pressure support during the inspiration process (in the sense of assisted to controlled ventilation) is not only possible when the first valve is closed, but even when it is open. possible.
Insbesondere sind konventionelle Beatmungsvorrichtungen nur in der Lage, die Volumenzunahme und den Druckanstieg in dem Atemweg bzw. der Lunge während des Inspirationsvorgangs zu kontrollieren. Die Volumenabnahme und der Druckabfall in dem Atemweg bzw. der Lunge während des Exspirationsvorgangs werden hingegen durch konventionelle Beatmungsvorrichtungen nicht (aktiv) gesteuert. Am Ende des Inspirationsvorgangs wird lediglich der Beatmungsdruck von dem Atemweg bzw. der Lunge genommen, wodurch es zum (passiven) Gasabfluss aus dem Atemweg bzw. der Lunge kommt, dessen Betrag durch die Rückstellkräfte von Lunge und Brustkorb sowie die Abflusswiderstände in dem Atemweg bzw. der Lunge des Patienten und der Beatmungsvorrichtung bestimmt wird.In particular, conventional ventilation devices are only able to control the increase in volume and the increase in pressure in the airway or the lungs during the inspiration process. However, the decrease in volume and the drop in pressure in the airway or the lungs during the expiration process are not (actively) controlled by conventional ventilation devices. At the end of the inspiration process, only the ventilation pressure is removed from the airway or the lungs, which leads to a (passive) outflow of gas from the airway or the lungs, the amount of which is determined by the restoring forces of the lungs and chest as well as the outflow resistances in the airway or the lungs. the patient's lungs and the ventilation device.
Hingegen ist mit einem ersten Ventil in Kombination mit einer Beatmungsvorrichtung und/oder einer (zusätzlichen) regelbaren Atemgasquelle auch eine Gasabflusskontrolle während des Exspirationsvorgangs wie folgt realisierbar: In dem Moment, wenn das erste Ventil öffnet, wird der erste Fluidstrom von der Beatmungsvorrichtung und/oder einer (zusätzlichen) regelbaren Atemgasquelle in Richtung des Patienten so erhöht, dass der Druck in dem Atemweg bzw. der Lunge ggf. zunächst gehalten wird (im Sinne einer Plateaudruckphase) und danach durch Reduktion des ersten Fluidstroms von der Beatmungsvorrichtung und/oder einer (zusätzlichen) regelbaren Atemgasquelle langsam und kontrolliert fällt.On the other hand, with a first valve in combination with a ventilator and/or an (additional) controllable breathing gas source, gas outflow control during the expiration process can also be implemented as follows: At the moment when the first valve opens, the first fluid flow from the ventilator and/or an (additional) controllable breathing gas source in the direction of the patient is increased in such a way that the pressure in the airway or the lungs is initially maintained (in the sense of a plateau pressure phase) and then by reducing the first fluid flow from the ventilator and / or an (additional ) adjustable breathing gas source falls slowly and in a controlled manner.
Der Betrag des dafür nötigen Volumenstroms ist insbesondere von der Dimensionierung der (freien) Öffnungsfläche des ersten Ventils abhängig: Bei kleinerer Öffnungsfläche und somit höherem Widerstand des ersten Ventils ist er kleiner, bei größerer Öffnungsfläche und somit niedrigerem Widerstand hingegen größer. Aufgrund des so aufgebauten, dann langsam abnehmenden Gegendruckes entweicht das Atemgas langsam und kontrolliert aus dem Atemweg bzw. der Lunge. So wird eine physiologische Ausatmung imitiert, durch die die Lunge homogener belüftet bleibt. Die dadurch wiederum bessere Volumendehnbarkeit (auch als „compliance“ bezeichnet) der Lunge reduziert die durch den Patienten zu leistende Atemarbeit („work of breathing“).The amount of volume flow required for this depends in particular on the dimensioning of the (free) opening area of the first valve: with a smaller opening area and thus higher resistance of the first valve it is smaller, but with a larger opening area and thus lower resistance it is larger. Due to the slowly decreasing back pressure that is built up in this way, the breathing gas escapes slowly and in a controlled manner from the airway or lungs. This imitates a physiological exhalation, which keeps the lungs more homogeneously ventilated. The resulting better volume expansion (also referred to as “compliance”) of the lungs reduces the work of breathing that the patient has to do.
Aber auch bei einer Beatmungsvorrichtung, die sowohl den Inspirations- als auch den Exspirationsvorgang vollumfänglich kontrollieren kann (z. B. durch Ansaugen und damit Steuern des zweiten Fluidstroms), macht ein erstes Ventil Sinn, insbesondere wenn die Beatmungsvorrichtung einen Widerstand aufweist, der eine selbstständige Atmung des Patienten an diesem Gerät (also mit gegenüber der Umgebung geschlossener Beatmungsvorrichtung) unmöglich macht. Das erste Ventil fungiert dann als „Druckwächter“ und stellt sicher, dass sich keine zu niedrigen oder zu hohen, potenziell schädlichen Drücke in dem Atemweg bzw. der Lunge des Patienten aufbauen können.But even with a ventilation device that can fully control both the inspiration and expiration processes (e.g. by suction and thus control of the second fluid flow), a first valve makes sense, especially if the ventilation device has a resistance that has an independent Breathing of the patient on this device (i.e. with the ventilation device closed to the environment) is impossible. The first valve then acts as a “pressure monitor” and ensures that no pressures that are too low or too high, potentially harmful, can build up in the patient's airway or lungs.
Mittels des beschriebenen ersten Ventils und geeigneter Steuerung (insbesondere mit kurzen Latenzzeiten) der Fluidströme und des ersten Ventils kann auch eine einfache, druckkontrollierte Beatmungsvorrichtung (ohne Rückatmung bzw. Rückführung von Atemgas über einen Kohlendioxidabsorber) zur assistierten und/oder kontrollierten Beatmung konstruiert werden, die lediglich aus einem Fluidzuführungsschenkel und einem (typischerweise sehr kurzen) Fluidabführungsschenkel mit aufgestecktem ersten Ventil besteht. Dabei sind der Fluidzuführungsschenkel und der Fluidabführungsschenkel immer miteinander verbunden und nicht wie bei konventionellen Beatmungsvorrichtungen durch Ventile zur Steuerung der Fluidflussrichtung getrennt. Weiter wird der während des Exspirationsvorgangs zum Patienten hin aufgebaute Druck bei offenem ersten Ventil durch einen adaptierten ersten Fluidstrom gesteuert.By means of the first valve described and suitable control (in particular with short latency times) of the fluid flows and the first valve, a simple, pressure-controlled ventilation device (without rebreathing or recirculation of breathing gas via a carbon dioxide absorber) can also be constructed for assisted and/or controlled ventilation consists only of a fluid supply leg and a (typically very short) fluid discharge leg with an attached first valve. The fluid supply leg and the fluid discharge leg are always connected to one another and are not separated by valves to control the fluid flow direction, as is the case with conventional ventilation devices. Furthermore, the pressure built up towards the patient during the expiration process is controlled by an adapted first fluid flow when the first valve is open.
Das aus der zwangsläufigen Mischung von Fluid/Gas vor dem Tubus resultierende Problem eines ungenaueren Atemgasmonitorings (z. B. Messung der Kohlendioxidkonzentration im ausgeatmeten Atemgas) kann durch eine tiefe, vorzugsweise tracheale Probenentnahme von Atemgas (z. B. über einen Katheter) sehr einfach gelöst werden.The problem of less precise breathing gas monitoring (e.g. measuring the carbon dioxide concentration in the exhaled breathing gas) resulting from the inevitable mixture of fluid/gas in front of the tube can be solved very easily by taking a deep, preferably tracheal, sample of breathing gas (e.g. via a catheter). be solved.
Typischerweise ist bei dieser Beatmungsvorrichtung das erste Ventil während des Inspirationsvorgangs geschlossen, was eine genaue Volumetrie des insufflierten, typischerweise sauerstoffreichen Atemgases erlaubt. Bei Erreichen des programmierten Beatmungsdruckes öffnet das erste Ventil, während gleichzeitig der Volumenstrom des ersten Fluidstroms erhöht wird. In diesem Moment kommt das zugeführte Fluid vorzugsweise von einer Druckluftquelle oder einem turbinengetriebenen Luft-„Blower“, da so Sauerstoff eingespart werden kann. Durch ggf. intermittierendes, nur kurzzeitiges Öffnen des ersten Ventils kann der aufgebaute Druck zunächst gehalten werden (im Sinne einer Plateaudruckphase), bevor durch sukzessive Erniedrigung des Volumenstroms des ersten Fluidstroms während des Exspirationsvorgangs der Druck vorzugsweise langsam und stetig auf einen programmierten, endexspiratorischen Wert fällt. Ist dieser Druck erreicht, schließt das erste Ventil wieder (ggf. nach einer erneuten Plateaudruckphase) für den nachfolgenden Inspirationsvorgang.Typically, in this ventilation device, the first valve is closed during the inspiration process, which allows precise volumetry of the insufflated, typically oxygen-rich breathing gas. When the programmed ventilation pressure is reached, the first valve opens while at the same time the volume flow of the first fluid stream is increased. At this moment, the supplied fluid preferably comes from a compressed air source or a turbine-driven air “blower”, as this allows oxygen to be saved. By opening the first valve intermittently and only for a short time, the pressure built up can initially be maintained (in the sense of a plateau pressure phase) before the pressure drops, preferably slowly and steadily, to a programmed, end-expiratory value by successively reducing the volume flow of the first fluid flow during the expiration process . Once this pressure is reached, the first valve closes again (if necessary after a new plateau pressure phase) for the subsequent inspiration process.
Sofern der vollständige Stopp des ersten Fluidstroms von der Atemgasquelle insbesondere gegen Ende des Exspirationsvorgangs bei dann niedrigeren Rückstellkräften von Lunge und Brustkorb nicht zu einem ausreichend schnellen Abfluss von Atemgas (zweiter Fluidstrom) aus der Lunge des Patienten führt, kann zur Unterstützung der Ausatmung und somit Verkürzung des Exspirationsvorgangs ggf. über die Öffnungen des ersten Ventils mittels Unterdruck auch Atemgas angesaugt werden (wenn über die Beatmungsvorrichtung ein solches Ansaugen nicht möglich ist). Grundsätzlich ist so ein während des Inspirationsvorgangs und des Exspirationsvorgangs gleicher Atemgasfluss (und dadurch ein zeitliches Verhältnis von Inspirationsvorgang und Exspirationsvorgang von 1 zu 1) möglich, was energetische Vorteile hat.If the first fluid flow from the breathing gas source is completely stopped, especially towards the end of the expiration process, with then lower restoring forces from the lungs and chest basket does not lead to a sufficiently rapid outflow of breathing gas (second fluid flow) from the patient's lungs, breathing gas can also be sucked in via the openings of the first valve using negative pressure to support exhalation and thus shorten the expiration process (if via the ventilation device such suction is not possible). In principle, this makes it possible to have the same respiratory gas flow during the inspiration process and the expiration process (and therefore a time ratio of 1 to 1 between the inspiration process and the expiration process), which has energetic advantages.
Das erste Ventil bzw. die Ventileinrichtung hat noch weitere, insbesondere intensivmedizinische Anwendungsmöglichkeiten, die nachstehend erläutert werden sollen:
- Für das Entfernen von Sekret aus den Atemwegen insbesondere langzeitbeatmeter Patienten werden heute aus hygienischen Gründen zumeist geschlossene Absaugsysteme verwendet. Bei zu langem Saugen kann sich daher ein erheblicher Unterdruck in der Lunge des Patienten aufbauen. Die damit einhergehende Reduktion des peripheren Gasvolumens in der Lunge (die sogenannte funktionelle Residualkapazität), aus dem der Patient Sauerstoff bekommt, kann die Sauerstoffversorgung des Patienten gefährden. Dies kann ein erstes Ventil zuverlässig verhindern. Das erste Ventil öffnet und somit kann Luft einströmen, die dann (zusammen mit dem zu entfernenden Sekret) quantitativ abgesaugt wird, so dass mehr sauerstoffreiches Gas in der Lungenperipherie verbleibt.
- For hygienic reasons, closed suction systems are now mostly used to remove secretions from the respiratory tract, especially for patients on long-term ventilation. If you suck for too long, a significant negative pressure can build up in the patient's lungs. The associated reduction in the peripheral gas volume in the lungs (the so-called functional residual capacity), from which the patient receives oxygen, can endanger the patient's oxygen supply. A first valve can reliably prevent this. The first valve opens and air can flow in, which is then quantitatively sucked out (along with the secretion to be removed), so that more oxygen-rich gas remains in the lung periphery.
Klinisch interessant ist auch die Möglichkeit, die bei langzeitbeatmeten Patienten oft gestörte Funktion des Zwerchfelles (als wichtigstem Atemmuskel) zu testen und zu monitoren: So kann der maximale Unterdruck, der bei (für die Messung) gestopptem Atemgasfluss während eines Inspirationsvorgangs bzw. eines Einatmungsversuches des Patienten mit einem zunächst geöffneten, dann für das Messmanöver kurzzeitig verschlossenen und danach wieder geöffneten ersten Ventil gemessen wird, als Relativmaß für die Kraft des Zwerchfelles herangezogen werden.What is also clinically interesting is the possibility of testing and monitoring the often disturbed function of the diaphragm (as the most important respiratory muscle) in patients on long-term ventilation: This allows the maximum negative pressure that can be reached when the respiratory gas flow is stopped (for measurement) during an inspiration process or an inhalation attempt Patients with a first valve that is initially opened, then briefly closed for the measuring maneuver and then opened again can be used as a relative measure of the force of the diaphragm.
Ein weiteres Messmanöver mit zwischenzeitlichem Verschluss des ersten Ventils (während eines Spontanatmungsversuches bei ansonsten offener Beatmungsvorrichtung) und konstantem ersten Fluidstrom (von der Beatmungsvorrichtung oder einer (zusätzlichen) regelbaren Atemgasquelle) ist unter einem funktionellen Aspekt interessant: Solange ein Patient während eines Inspirationsvorgangs bzw. eines Einatmungsversuches bei dann geschlossenem ersten Ventil keinen Druckabfall in den oberen Atemwegen erzeugen kann, ist der erste Fluidstrom von der Beatmungsvorrichtung oder einer (zusätzlichen) regelbaren Atemgasquelle immer höher als der Atemgasfluss, den der Patient aus eigener Kraft generieren kann. In diesem Fall bekommt der Patient also durchgehend eine Druckunterstützung. Kommt es hingegen während des Inspirationsvorgangs bzw. des Einatmungsversuches zu einem (kurzzeitigen) Druckabfall in den oberen Atemwegen, so kann der Patient einen höheren (Spitzen-)Fluss generieren. Das erste Ventil kann also helfen, während eines Inspirationsvorgangs bzw. eines Einatmungsversuches bei ansonsten offener Beatmungsvorrichtung den (Spitzen-)Fluss ausschließlich gegen die Widerstände des Tubus und im Atemweg bzw. Lungengewebe des Patienten (also ohne zusätzliche Widerstände in der Beatmungsvorrichtung) abzuschätzen. Wie das vorstehend geschilderte Messmanöver ist auch dieses ein interessanter Verlaufsparameter insbesondere bei der Entwöhnung von der Beatmung (dem sogenannten „Weaning“).Another measuring maneuver with temporary closure of the first valve (during a spontaneous breathing attempt with an otherwise open ventilator) and a constant first fluid flow (from the ventilator or an (additional) controllable breathing gas source) is interesting from a functional aspect: As long as a patient is during an inspiration process or a Inhalation attempt with the first valve then closed cannot produce a pressure drop in the upper airways, the first fluid flow from the ventilator or an (additional) controllable breathing gas source is always higher than the breathing gas flow that the patient can generate on his own. In this case, the patient receives constant pressure support. However, if there is a (brief) drop in pressure in the upper airways during the inspiration process or the inhalation attempt, the patient can generate a higher (peak) flow. The first valve can therefore help to estimate the (peak) flow during an inspiration process or an inhalation attempt with an otherwise open ventilator only against the resistance of the tube and in the patient's airway or lung tissue (i.e. without additional resistance in the ventilator). Like the measurement maneuver described above, this is also an interesting parameter, especially when weaning from ventilation (so-called “weaning”).
Bei langzeitbeatmeten Patienten ist auch ein überwachtes Training des Zwerchfelles durch intermittierenden, programmierbaren Verschluss des ersten Ventils während sukzessiv länger werdender Spontanatmungsphasen mit offenem ersten Ventil und adaptiertem Atemgasfluss möglich. Das Training besteht dann z. B. darin, dass der Patient für eine Einatmung das erste Ventil auslösen und hierfür den programmierten Unterdruck für die Öffnung des ersten Ventils erzeugen muss. Gelingt dies dem Patientin zunehmend häufig, spricht dies für zunehmende Kraft des Zwerchfelles.For patients on long-term ventilation, monitored training of the diaphragm is also possible by intermittent, programmable closure of the first valve during successively longer spontaneous breathing phases with the first valve open and adapted breathing gas flow. The training then consists e.g. B. in that the patient must trigger the first valve to inhale and generate the programmed negative pressure to open the first valve. If the patient succeeds in doing this more and more often, this indicates increasing strength of the diaphragm.
Im Rahmen der Entwöhnung von der maschinellen Beatmung kann der Patient das erste Ventil sowohl durch einen Einatmungsversuch (und dadurch Unterschreiten der eingestellten unteren Druckgrenze) als auch leichtes Pressen (und dadurch Überschreiten der eingestellten oberen Druckgrenze) intermittierend und für eine programmierte Zeit öffnen und kann dann bei niedrigen Atemwegswiderständen (die den physiologischen nahekommen) selbstständig atmen. Dabei übernimmt das offene erste Ventil mit seinem typischerweise fixen (alternativ aber variablen) Öffnungsquerschnitt die wichtige Funktion der Stimmritze als „Ausatmungsbremse“. Die Häufigkeit, mit der der Patient das erste Ventil auslöst, ist dabei ebenfalls ein mögliches Kriterium, um den Fortschritt des „Weaning“ zu beurteilen. Dementsprechend kann man die zunächst eher kurzen Öffnungsphasen des ersten Ventils sukzessiv verlängern. Sollte man längere Spontanatmungsphasen bei geöffnetem ersten Ventil ermöglichen, empfiehlt sich allerdings ein Monitoring der Atemfrequenz als (ein) Parameter für eine (beginnende) Erschöpfung des Patienten, da aufgrund des (bei offenem ersten Ventil) offener Beatmungsvorrichtung eine direkte Messung des Atemzugvolumens nicht möglich ist.As part of the weaning from mechanical ventilation, the patient can open the first valve intermittently and for a programmed time both by attempting to inhale (and thereby falling below the set lower pressure limit) and by gently pressing (and thereby exceeding the set upper pressure limit). Breathe independently at low airway resistances (which are close to physiological ones). The open first valve, with its typically fixed (alternatively variable) opening cross-section, takes on the important function of the glottis as an “exhalation brake”. The frequency with which the patient triggers the first valve is also a possible criterion for assessing the progress of “weaning”. Accordingly, the initially rather short opening phases of the first valve can be successively extended. If longer spontaneous breathing phases are to be enabled with the first valve open, it is recommended to monitor the breathing rate as (a) parameter for (incipient) exhaustion of the patient, as the beat is open (when the first valve is open). measurement device a direct measurement of the tidal volume is not possible.
Auch bei der Narkoseeinleitung und/oder manuellen Beatmung eines Patienten bietet das erste Ventil bzw. die Ventileinrichtung Vorteile: Wird das erste Ventil (mit vorgeschaltetem Filter) mittels eines geeigneten Adapters auf eine Gesichtsmaske gesteckt, so ist auch eine sogenannte Präoxygenierung (vor einer Narkoseeinleitung) mit hohem Sauerstofffluss ohne das Risiko möglich, dass der spontan atmende Patient bei (idealerweise) dicht sitzender Gesichtsmaske mit (zu) hohem Druck gebläht wird: Presst der Patient, öffnet das erste Ventil. Bei offenem ersten Ventil verbleibt dann - wiederum abhängig vom Widerstand des offenen ersten Ventils (mit vorgeschaltetem Filter) und vom Gasfluss (erster Fluidstrom) - nur ein leicht positiver Druck im Sinne eines PEEP (wie vorstehend geschildert). Dabei kann der Gasfluss (erster Fluidstrom) auch von einer einfachen, regelbaren Atemgasquelle kommen (z. B. Sauerstoffflasche bzw. -wandanschluss mit Flussregler), d. h. eine aufwändige Beatmungsvorrichtung ist nicht nötig.The first valve or valve device also offers advantages when inducing anesthesia and/or manual ventilation of a patient: If the first valve (with an upstream filter) is plugged onto a face mask using a suitable adapter, so-called pre-oxygenation (before induction of anesthesia) is also possible. possible with a high oxygen flow without the risk of the spontaneously breathing patient being inflated with (too) high pressure when the face mask is (ideally) tightly fitting: If the patient presses, the first valve opens. When the first valve is open, only a slightly positive pressure in the sense of a PEEP (as described above) remains - again depending on the resistance of the open first valve (with an upstream filter) and on the gas flow (first fluid flow). The gas flow (first fluid flow) can also come from a simple, controllable breathing gas source (e.g. oxygen bottle or wall connection with flow regulator), i.e. H. a complex ventilation device is not necessary.
Schließlich kann das erste Ventil auch bei (nachfolgender) manueller Beatmung mittels eines Handbeatmungsbeutels zuverlässig (zu) hohe Beatmungsdrücke verhindern.Finally, the first valve can reliably prevent (too) high ventilation pressures even during (subsequent) manual ventilation using a hand resuscitator.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.The use of indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the patent claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral. Terms or components introduced accordingly are to be understood as meaning that they are present at least once and, in particular, can also be present multiple times.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder einen Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.As a precaution, it should be noted that the number words used here (“first”, “second”, ...) primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or order of these objects, sizes or prescribe processes to each other. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it will be obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. To the extent that a component can occur multiple times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
-
1 : eine Beatmungsvorrichtung mit einer Ventileinrichtung; -
2 : ein erstes Diagramm; -
3 : ein zweites Diagramm; -
4 : ein drittes Diagramm; -
5 : eine erste Ausführungsvariante einer Beatmungsvorrichtung; und -
6 : eine zweite Ausführungsvariante einer Beatmungsvorrichtung.
-
1 : a ventilation device with a valve device; -
2 : a first diagram; -
3 : a second diagram; -
4 : a third diagram; -
5 : a first embodiment variant of a ventilation device; and -
6 : a second embodiment variant of a ventilation device.
Die
Über das erste Ventil 9 ist der Atemweg 4 in Abhängigkeit von einem in dem Atemweg 4 vorliegenden ersten Druck 11 schaltbar mit der Umgebung 7 des Patienten fluidtechnisch verbindbar, wobei die Umgebung 7 einen atmosphärischen Druck und ein unbegrenztes Volumen aufweist.Via the
Die Beatmungsvorrichtung 1 umfasst weiter eine Steuereinrichtung 8 zum Betreiben der Beatmungsvorrichtung 1 (ggf. auch zusammen bzw. in Kommunikation mit der Ventilsteuereinrichtung 26).The
Über das erste Ventil 9 strömt ein dritter Fluidstrom 24 unmittelbar an die Umgebung 7, d. h. stromabwärts des ersten Ventils 9 ist kein Strömungswiderstand vorgesehen.A
Eine Gaszuführeinrichtung 2 umfasst eine Gasquelle für Atemgas, z. B. für Sauerstoff oder ein Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch bzw. Luft, sowie eine zumindest teilweise separate zweite Leitung 22 zur Zuleitung des ersten Fluidstroms 3 hin zum Atemweg 4. Die Atemgasquelle ist z. B. ein Druckbehälter, aus dem der erste Fluidstrom 3 über die Beatmungsvorrichtung 1 hin zum Atemweg 4 transportierbar ist. Über die Gaszuführeinrichtung 2 kann das für einen Inspirationsvorgang 20 benötigte Atemgas bereitgestellt werden. Die zweite Leitung 22 erstreckt sich ausgehend von der Gaszuführeinrichtung 2 bis hin zur ersten Leitung 10 bzw. über die erste Leitung 10 bis hin zum Atemweg 4.A
Eine Gasabführeinrichtung 5 umfasst eine zumindest teilweise separate dritte Leitung 27 zur Ableitung des zweiten Fluidstroms 6 aus dem Atemweg 4 zurück zur Beatmungsvorrichtung 1 oder zur Umgebung 7. Die Gasabführeinrichtung 5 kann ein (zweites) Ventil (nicht dargestellt) zur Drosselung oder gesteuerten (teilweisen) Freigabe der dritten Leitung 27 aufweisen. Damit kann z. B. ein durch die elastischen Rückstellkräfte des Atemapparates des Patienten nur ungleichmäßiger Druckabbau im Atemweg 4 vergleichmäßigt werden. Die dritte Leitung 27 erstreckt sich ausgehend von der Gasabführeinrichtung 5 bis hin zur zweiten Leitung 22.A
Die erste Leitung 10 verbindet fluidtechnisch das erste Ventil 9 mit dem Atemweg 4. Über die zweite Leitung 22 kann der erste Fluidstrom 3 dem Atemweg 4 zugeführt werden. Über die zweite Leitung 22 (und die dritte Leitung 27) kann der zweite Fluidstrom 6 aus dem Atemweg 4 abgeführt werden. Die erste Leitung 10 ist nur teilweise separat von der zweiten Leitung 22 ausgeführt. Die erste Leitung 10 ist mit der zweiten Leitung 22 verbunden bzw. über diese mit dem Atemweg 4 verbunden.The
Das erste Ventil 9 ist über die fluidtechnische Verbindung der ersten Leitung 10 in einem Abstand 12 von höchstens 60 cm von dem Atemweg 4 angeordnet. Der Abstand 12 erstreckt sich von dem distalen Ende 30 der ersten Leitung 10 bzw. der zweiten Leitung 22 bis zu dem ersten Ventil 9.The
Das zwischen dem ersten Ventil 9 und dem Atemweg 4 vorliegende und sich über den Abstand 12 erstreckende Totvolumen 13 der ersten Leitung 10 beträgt höchstens 200 ml. Das Totvolumen 13 ist das Volumen, das sich zwischen der Einmündung (dem distalen Ende 30) der ersten Leitung 10 in den Atemweg 4 und dem ersten Ventil 9 befindet.The
Die zweite Leitung 22 kann z. B. zumindest teilweise durch einen Tubus, der über den Rachen bis zu dem Atemweg 4 des Patienten reicht, gebildet werden. Die zweite Leitung 22 ist in
Der erste Druck 11 ist der in dem Atemweg 4 vorliegende aktuelle Druck bzw. der Druck, anhand dessen die Beatmung des Patienten durch die Beatmungsvorrichtung 1 ausgerichtet wird. Der erste Druck 11 wird durch einen Drucksensor 17 überwacht. Dieser kann den ersten Druck 11, z. B. über einen in den Atemweg 4 hineinreichenden Druckmesskatheter, unmittelbar in dem Atemweg 4 (messtechnisch) erfassen. Alternativ kann der erste Druck 11 auch über eine Druckmessung am ersten Ventil 9, am Filter 23 oder in der ersten Leitung 10 ermittelt werden, wobei dann eine Umrechnung auf den in dem Atemweg 4 vorliegenden ersten Druck 11 erfolgt.The
Mit dem nah am Atemweg 4 angeordneten ersten Ventil 9 (mit der Funktion eines Druckentlastungsventils) kann z. B. bei einem zu starken Einatmungsversuch des Patienten und dadurch (zu) niedrigem Druck im Beatmungssystem und der Lunge (im Atemweg 4) und/oder bei Husten oder Pressen des Patienten und dadurch (zu) hohem Druck im Beatmungssystem und der Lunge (im Atemweg 4) der Atemweg 4 hin zur Umgebung 7 mit kurzer Latenz geöffnet werden. Das erste Ventil 9 kann dafür für eine (z. B. programmierbare) Zeit 28 offen bleiben, dann wieder schließen und somit wieder eine kontrollierte oder assistierte Beatmung über die Gaszuführeinrichtung 2 und Gasabführeinrichtung 5 ermöglichen (siehe auch
Die Beatmungsvorrichtung 1 verlegt den Atemweg 4 des Patienten vollständig, so dass ein Zuführen und Abführen eines Fluidstroms 3, 6, 24 ausschließlich über die Beatmungsvorrichtung 1, d. h. über die Gaszuführeinrichtung 2, die Gasabführeinrichtung 5 und ggf. über das erste Ventil 9, erfolgt. Z. B. kann die Beatmungsvorrichtung 1 einen Cuff (ein Dilatationselement) aufweisen, durch das der Atemweg 4 von der den Patienten umgebenden Umgebung 7 fluidtechnisch getrennt ist.The
Das Zuführen des ersten Fluidstroms 3 erfolgt an dem ersten Ventil 9 vorbei und bis hin zum Erreichen eines an der Gaszuführeinrichtung 2 bzw. an der Steuereinrichtung 8 eingestellten endinspiratorischen (Spitzen-)Druckes 14. Das erste Ventil 9 verbindet (erst) bei bzw. nach Überschreiten eines ersten Druckes 11, der größer ist als der endinspiratorische Druck 14 (und diesen um höchstens 10 mbar oder mehr) überschreitet, den Atemweg 4 mit der Umgebung 7.The supply of the first
Das Abführen des zweiten Fluidstroms 6 erfolgt an dem ersten Ventil 9 vorbei und bis hin zum Erreichen eines an der Gasabführeinrichtung 5 bzw. an der Steuereinrichtung 8 eingestellten endexspiratorischen Druckes 15. Das erste Ventil 9 verbindet (erst) bei bzw. nach Unterschreiten eines ersten Druckes 11, der kleiner ist als der endexspiratorische Druck 15 und diesen um höchstens 10 mbar unterschreitet, den Atemweg 4 mit der Umgebung 7.The second
Die Beatmungsvorrichtung 1 umfasst zusätzlich eine Saugeinrichtung 16, wobei die Steuereinrichtung 8 eingerichtet ist, während eines Exspirationsvorgangs 21 durch die Saugeinrichtung 16 den zweiten Fluidstrom 6 (ausgehend von dem endinspiratorischen (Spitzen-)Druck 14) bis zum Erreichen des endexspiratorischen Druckes 15 selbstständig zu steuern.The
Das erste Ventil 9 ist durch die Steuereinrichtung 8 bzw. die Ventilsteuereinrichtung 26 schaltbar. Die Beatmungsvorrichtung 1 umfasst einen Drucksensor 17, der den aktuellen ersten Druck 11 (messtechnisch) ermittelt bzw. erfasst, wobei die Steuereinrichtung 8 zur Betätigung des ersten Ventils 9 in Abhängigkeit von einem Signal 18 des Drucksensors 17 eingerichtet ist. Das erste Ventil 9 ist ein elektromagnetisch betätigtes Ventil.The
Die Steuereinrichtung 8 bzw. die Ventilsteuereinrichtung 26 ist eingerichtet, das erste Ventil 9 in Abhängigkeit von dem ersten Druck 11 zu öffnen und damit den Atemweg 4 mit der Umgebung 7 zu verbinden und auch unabhängig von dem ersten Druck 11 wieder zu schließen und so den Atemweg 4 von der Umgebung 7 zu trennen. Durch die Steuereinrichtung 8 bzw. die Ventilsteuereinrichtung 26 kann eine Zeit 28 programmiert sein, für die das erste Ventil 9 dann in dem geöffneten Zustand verbleibt, wenn es geöffnet wurde. Der offene Zustand des ersten Ventils 9 kann dann unabhängig von dem weiteren Verlauf 19 des ersten Druckes 11 erhalten bleiben.The
Damit kann so auch während einer Beatmung, wenn also der Patient z. B. durch die Beatmungsvorrichtung 1 mit Fluidströmen 3, 6 beatmet wird, ein Druckabbau bzw. Druckaufbau in dem Atemweg 4 über den dritten Fluidstrom 24 erfolgen, der über das erste Ventil 9 aus dem Atemweg 4 ab- oder dem Atemweg 4 zugeführt wird.This means that this can also be done during ventilation, for example when the patient is B. is ventilated by the
Die Steuereinrichtung 8 ist zum Betreiben der Beatmungsvorrichtung 1 und damit zur Einstellung eines Verlaufs 19 des ersten Druckes 11 während zumindest eines Beatmungsvorgangs 20, 21, also zumindest während eines Inspirationsvorgangs 20 und/oder eines Exspirationsvorgangs 21 eingerichtet, wobei das erste Ventil 9 durch die Steuereinrichtung 8 schaltbar und damit der Atemweg 4 mit der Umgebung 7 verbindbar ist. Die Steuereinrichtung 8 kann dabei auch eingerichtet sein, das erste Ventil 9 zu schalten, wenn der erste Druck 11 um mindestens 2 mbar von einem vorbestimmten Verlauf 19 des ersten Druckes 11 abweicht.The
Entlang der ersten Leitung 10 und damit zwischen dem Atemweg 4 und dem ersten Ventil 9 ist ein Filter 23 angeordnet, so dass ausschließlich ein über das erste Ventil 9 strömender dritter Fluidstrom 24 den Filter 23 beaufschlägt. Der Filter 23 schützt das erste Ventil 9 vor Kontamination und Feuchtigkeit und den Atemweg 4 des Patienten vor Eindringen von Partikeln sowie die bronchialen Schleimhäute vor Wärmeverlust und Austrocknung.A
Die Steuereinrichtung 8 ist eingerichtet, dass, wenn das erste Ventil 9 geschaltet und der Atemweg 4 mit der Umgebung 7 verbunden ist, die Beatmungsvorrichtung 1 so betreibbar ist, dass über die Gaszuführeinrichtung 2 ein erster Fluidstrom 3 dem Atemweg 4 zuführbar ist. Damit kann dem Atemweg 4 während des Inspirationsvorgangs 20 weiter der erste Fluidstrom 3 zugeführt werden. Weiter kann so während des Exspirationsvorgangs 21 ein durch das geöffnete erste Ventil 9 verursachter Druckabfall des ersten Druckes 11 zumindest teilweise oder vollständig gesteuert werden, indem dem Atemweg 4 über die zweite Leitung 22 weiter der erste Fluidstrom 3 zugeführt wird.The
Die Steuereinrichtung 8 ist eingerichtet, dass, wenn das erste Ventil 9 während des Zuführens des ersten Fluidstroms 3 geschaltet und der Atemweg 4 mit der Umgebung 7 verbunden ist und zumindest solange das erste Ventil 9 geöffnet ist, der Volumenstrom und/oder der Sauerstoffgehalt des ersten Fluidstroms 3 erhöhbar ist. Damit kann der Sauerstoffgehalt in dem Atemweg 4 auf einem hohen bzw. gewünschten (und gegenüber der Umgebung 7 erhöhten) Niveau gehalten werden. Beim Öffnen des ersten Ventils 9 kann ein dritter Fluidstrom 24 aus der Umgebung 7 und über das erste Ventil 9 dem Atemweg 4 zugeführt werden. Der dritte Fluidstrom 24 weist das atmosphärische Verhältnis von Sauerstoff und Stickstoff auf, das aber für die Beatmung eines Patienten nicht ausreichend sein kann. Aus diesem Grund wird dann, wenn der Atemweg 4 also auch den dritten Fluidstrom 24 aufnimmt, der Volumenstrom und/oder Sauerstoffgehalt des ersten Fluidstroms 3 erhöht, so dass der Sauerstoffgehalt in dem Atemweg 4 möglichst wenig abfällt.The
Die Diagramme zeigen jeweils den Verlauf 19 des ersten Druckes 11 und des ersten Fluidstroms 3 sowie des zweiten Fluidstroms 6 bei einer durch eine Beatmungsvorrichtung 1 vollständig gesteuerten Beatmung.The diagrams each show the
Im oberen Teil jedes Diagramms sind auf der vertikalen Achse der erste Druck 11 und auf der horizontalen Achse die Zeit 28 aufgetragen.In the upper part of each diagram, the
In den Diagrammen sind über den Verlauf der Zeit 28 die sich abwechselnden inspirationsvorgänge 20 und Exspirationsvorgänge 21 aufgetragen.In the diagrams, the alternating inspiration processes 20 and expiration processes 21 are plotted over
Im unteren Teil jedes Diagramms sind auf der vertikalen Achse die Fluidströme 3, 6 als Volumenstrom und auf der horizontalen Achse die Zeit 28 aufgetragen.In the lower part of each diagram, the fluid flows 3, 6 are plotted as volume flow on the vertical axis and the
Es ist ersichtlich, dass in den Diagrammen im Regelfall der erste Fluidstrom 3 und der zweite Fluidstrom 6 jeweils als konstanter Volumenstrom zu- bzw. abgeführt werden. Es ergibt sich ein Sägezahnprofil des Verlaufs 19 des ersten Druckes 11, siehe jeweils den ersten und dritten Beatmungsvorgang mit Inspirationsvorgang 20 und Exspirationsvorgang 21.It can be seen that in the diagrams, as a rule, the first
Bei dieser Beatmungsart (mit konstantem Volumenstrom) sind die Effekte der hier beschriebenen Beatmungsvorrichtung besonders deutlich erkennbar. Keineswegs ist die Beatmungsvorrichtung aber auf diese Art der Beatmung beschränkt.With this type of ventilation (with constant volume flow), the effects of the ventilation device described here are particularly clearly visible. However, the ventilation device is by no means limited to this type of ventilation.
Weiter ist im ersten Diagramm in
Das erste Ventil 9 schaltet und ein dritter Fluidstrom 24 wird über das erste Ventil 9 an die Umgebung 7 abgegeben.The
In diesem Beispiel sind die durch die Beatmungsvorrichtung erzeugten Fluidströme 3, 6 für die Zeit 28, in der das erste Ventil 9 geöffnet ist, gleich null. In
Der geöffnete Zustand des ersten Ventils 9 kann an den Verlauf 19 des ersten Druckes 11 und/oder an die jeweiligen Fluidströme 3, 6, 24, die durch die Steuereinrichtung 8 einzeln oder gesammelt erfasst werden können, gekoppelt sein.The open state of the
Im zweiten Diagramm in
Es ist erkennbar, dass der Verlauf 19 des Druckes 11 zu Beginn des zweiten Exspirationsvorgangs 21 eine leichte Erhöhung aufweist. Diese resultiert aus dem erhöhten Fluidstrom 24 zu Beginn dieses Exspirationsvorgangs 21 und der Tatsache, dass der Patient nicht nur das Fluid ausatmet, das er durch das geöffnete erste Ventil 9 aus der Umgebung 7 angesaugt hat (den dritten Fluidstrom 24), sondern auch den ersten Fluidstrom 3, der während des kurzen, durch die Gaszuführeinrichtung 2 bewirkten Inspirationsvorgangs 20 (bei noch geschlossenem ersten Ventil 9) insuffliert wurde.It can be seen that the
Im dritten Diagramm in
Die Ventileinrichtung 25 umfasst ein erstes Ventil 9, einen Drucksensor 17 zur Ermittlung eines in dem Atemweg 4 eines Patienten vorliegenden aktuellen ersten Druckes 11 sowie eine Ventilsteuereinrichtung 26, die zur Betätigung des ersten Ventils 9 in Abhängigkeit von einem Signal 18 des Drucksensors 17 eingerichtet ist. Die Ventileinrichtung 25 ist mit einer (konventionellen) Beatmungsvorrichtung 1, zumindest umfassend eine Gaszuführeinrichtung 2 zum Zuführen eines ersten Fluidstroms 3 hin zu dem Atemweg 4 des Patienten, eine Gasabführeinrichtung 5 zum Abführen eines zweiten Fluidstroms 6 aus dem Atemweg 4 sowie eine Steuereinrichtung 8 zum Betreiben der (konventionellen) Beatmungsvorrichtung 1, zur Ausbildung der beschriebenen Beatmungsvorrichtung 1 verbunden. Das erste Ventil 9 ist an einer ersten Leitung 10 angeordnet, die mit dem Atemweg 4 fluidtechnisch verbunden ist. Die erste Leitung 10 erstreckt sich von dem ersten Ventil 9 bis hin zu einem distalen Ende 30, das in dem Atemweg 4 angeordnet ist.The
Über das erste Ventil 9 ist der Atemweg 4 in Abhängigkeit von einem in dem Atemweg 4 vorliegenden ersten Druck 11 schaltbar mit der Umgebung 7 des Patienten fluidtechnisch verbindbar, wobei die Umgebung 7 einen atmosphärischen Druck und ein unbegrenztes Volumen aufweist.Via the
Über das erste Ventil 9 strömt ein dritter Fluidstrom 24 unmittelbar an die Umgebung 7 bzw. kann aus der Umgebung 7 über das erste Ventil 9 angesaugt werden, d. h. zur Umgebung 7 des ersten Ventils 9 hin ist kein Strömungswiderstand vorgesehen.A
Eine Gaszuführeinrichtung 2 hat eine zweite Leitung 22 zur Zuleitung des ersten Fluidstroms 3 hin zu dem Atemweg 4. Über die Gaszuführeinrichtung 2 kann das für einen Inspirationsvorgang 20 benötigte Atemgas bereitgestellt werden. Die zweite Leitung 22 erstreckt sich ausgehend von der Gaszuführeinrichtung 2 bis hin zur ersten Leitung 10 bzw. über die erste Leitung 10 bis hin zu dem Atemweg 4.A
Eine Gasabführeinrichtung 5 umfasst eine dritte Leitung 27 zur Ableitung des zweiten Fluidstroms 6 aus dem Atemweg 4 zurück zur Beatmungsvorrichtung 1 oder zur Umgebung 7. Die Gasabführeinrichtung 5 kann ein (zweites) Ventil (nicht dargestellt) zur Drosselung oder gesteuerten (teilweisen) Freigabe der dritten Leitung 27 aufweisen. Die dritte Leitung 27 erstreckt sich ausgehend von der Gasabführeinrichtung 5 bis hin zur zweiten Leitung 22. Die zweite Leitung 22 und die dritte Leitung 27 werden über ein Y-Stück zu einem gemeinsamen Lumen zusammengeführt. Das Y-Stück ist an einem Adapter 31 angebunden, der zusätzlich mit der ersten Leitung 10 verbunden ist bzw. diese ausbildet. An dem Adapter 31 ist der Filter 23 sowie das erste Ventil 9 angeordnet.A
Die erste Leitung 10 verbindet fluidtechnisch das erste Ventil 9 mit dem Atemweg 4. Über die zweite Leitung 22 kann der erste Fluidstrom 3 dem Atemweg 4 zugeführt werden. Über die zweite Leitung 22 (noch im Y-Stück) und danach über die dritte Leitung 27 kann der zweite Fluidstrom 6 aus dem Atemweg 4 abgeführt werden. Die erste Leitung 10 ist mit der zweiten Leitung 22 bzw. über diese mit dem Atemweg 4 verbunden.The
Das erste Ventil 9 ist über die fluidtechnische Verbindung der ersten Leitung 10 in einem Abstand 12 von höchstens 60 cm von dem Atemweg 4 angeordnet. Der Abstand 12 erstreckt sich von dem distalen Ende 30 der ersten Leitung 10 bzw. der zweiten Leitung 22 bis zu dem ersten Ventil 9.The
Der vorgenannte Adapter kann mit einem Tubus verbunden sein, der dann die erste Leitung 10 hin zum Atemweg 4 bildet. Der Tubus reicht über den Rachen bis zu dem Atemweg 4 des Patienten.The aforementioned adapter can be connected to a tube, which then forms the
Der erste Druck 11 ist der in dem Atemweg 4 vorliegende aktuelle Druck bzw. der Druck, anhand dessen die Beatmung des Patienten durch die Beatmungsvorrichtung 1 ausgerichtet wird. Der erste Druck 11 wird durch einen Drucksensor 17 unmittelbar in dem Atemweg 4 ermittelt und überwacht oder alternativ am ersten Ventil 9, am Filter 23 oder in der ersten Leitung 10 gemessen und überwacht, wobei durch die Ventilsteuereinrichtung 26 ggf. eine Umrechnung auf den in dem Atemweg 4 vorliegenden ersten Druck 11 erfolgt.The
Auch hier ist die zweite Leitung 22 an einem Adapter 31 angebunden, der zusätzlich mit der ersten Leitung 10 verbunden ist bzw. diese ausbildet. An dem Adapter 31 ist der Filter 23 sowie das erste Ventil 9 angeordnet. Darüber hinaus ist an dem Adapter 31 eine weitere Einrichtung 29 anbindbar, z. B. ein Bronchoskopie-Port, eine (geschlossene) Sekretabsaugvorrichtung oder eine zusätzliche Atemgasquelle.Here too, the
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- BeatmungsvorrichtungVentilation device
- 22
- GaszuführeinrichtungGas supply device
- 33
- erster Fluidstromfirst fluid stream
- 44
- Atemwegrespiratory system
- 55
- GasabführeinrichtungGas discharge device
- 66
- zweiter Fluidstromsecond fluid stream
- 77
- UmgebungVicinity
- 88th
- SteuereinrichtungControl device
- 99
- erstes Ventilfirst valve
- 1010
- erste Leitungfirst line
- 1111
- erster Druckfirst printing
- 1212
- AbstandDistance
- 1313
- TotvolumenDead volume
- 1414
- endinspiratorischer Druckend-inspiratory pressure
- 1515
- endexspiratorischer Druckend-expiratory pressure
- 1616
- SaugeinrichtungSuction device
- 1717
- DrucksensorPressure sensor
- 1818
- Signalsignal
- 1919
- VerlaufCourse
- 2020
- InspirationsvorgangInspiration process
- 2121
- ExspirationsvorgangExpiratory process
- 2222
- zweite Leitungsecond line
- 2323
- Filterfilter
- 2424
- dritter Fluidstromthird fluid stream
- 2525
- VentileinrichtungValve device
- 2626
- VentilsteuereinrichtungValve control device
- 2727
- dritte Leitungthird line
- 2828
- ZeitTime
- 2929
- EinrichtungFurnishings
- 3030
- distales Endedistal end
- 3131
- Adapteradapter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2015/004229 A1 [0142]WO 2015/004229 A1 [0142]
Claims (20)
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- 2022-05-16 DE DE102022112209.3A patent/DE102022112209A1/en active Pending
-
2023
- 2023-05-15 WO PCT/EP2023/063010 patent/WO2023222622A1/en unknown
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023222622A1 (en) | 2023-11-23 |
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