DE2238928A1 - Beatmungsgeraet - Google Patents

Description

PHB. 32166.

. Heinrich Hartmann 2238928 wijn/rv.

Pnfpnlassessor

Anmelder: O. PHiLiPS¹ GlQBlMPiHfmiBB

Akt·, HJB-32.186 voini γ. Aug. 1972

"Beatmungsgerät".

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beatmungsgerät der zeitgesteuerten Art mit einer Programmschaltuhr zur Steuerung eines Beatmungszyklus mit einer Einatmungsphaee und einer Ausatmungsphase, deren Zeitpericden einstellbar sind und mit welchem Gerät pro Einatinungsphase eines Beatmungszyklus eine voz*gegebene genau abgemessene Casmenge einem Patienten verabreicht werden kann, mit einem Gasbehälter veränderlichen Inhalts zun Abmessen und vorübergehend Speichern der obengenannten genau abgemessenen' Gasmenge während einer Ausatmungnphase, sowie zum Aus treiben de/· genau abgemessenen Gasmenge während einer Einatmungsphase, mit einer Antriebsvorrichtung zum Vergrössern 'und Verkleinern des Inhaltes des Gasbehälters in Hinblick auf die Gas-Abmess-, -Speicher- und -Austreibfunktion desseltsr. pit einer Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der Augenblicksgrösse des Inhaltes des Gasbehälters und mit Einstellmittel!! zum Einstellen der Grosse

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einer genau abzumessenden Gasmenge.

Bei einem zeitgesteuerten Beatmungsgerät sind die Zeitdauer der Einatmungs- und Ausatmungsphase einstellbar, während bei einem volumengesteuerten Beatmungsgerät ein vorher bestimmten Volumen Beatnung3-gases unabhfingig vom Beatmungstakt einem Patienten verabreicht wird.

Das Gasvoluraen, daa pro Beatmungszyklus einem Patienten

zugeführt wird, wird als "Zyklusvolumen" bezeichnet und die gesamte Gasmenge, die pro Minute einem Patienten verabreicht wird, wird ale "Minutendebit", d.h. das Zyklußvolumen multipliziert mit dem Beatmungstakt, ausgedrückt in der Anzahl Beatmungszyklen pro Minute.

Bei dieser Art von Beatiaungsgeräten werden die Zeitdauer

der Einatmungsphase und der Ausatmungspaase, sowie das Zyklusvolumen entsprechend" den Beatmungßbedürfnissen des Patienten vorher eingestellt. Es iet dabei bekannt, die Zeitdauer der Einatmungs- und Ausatmungsphasen elektronisch zu steuern, beispielsweise mit Hilfe einer Programmschalter, die einen Multivibrator mit einer einstellbaren Pausezeit für jeden der zwei Zustände umfasst.

Die Ausgangssignale des Multivibrators steuern Solenoide,

die den Gasstrom zu und von dem Patienten über mit den Solenoiden gekuppel" Gasschaltventile steuern. Die meisten dieeer Beatmungsgeräte verwenden einen oder mehrere Balgen, die während jeder Ausatmungephase mit Beatmungsgas gefüllt werden und die zusammenziehen una das auf dieae V/eise gespeicherte Gasvolumen während der nachfolgenden Einatnuhgsphase dem Pntirnten zuführen, wobei das Dehnen und Schrumpfen des Balgens durch die Ργο^γηππ-schaltuhr gesteuert wird.

Der Minutendebit wird durch das Ausmasa an Ausdehnung und Schrumpfung des Balgens bzw. der Balgrjn bestimmt. Dieo ist beispi( lu

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•nit Hilfe verschiebbarer Anschläge für den Balgen, auf dem Balgen selbst oder auf dem Balgenantriebsmechanismus änderbar.

Der Antriebsmechanismus ist meistens mechanischer Art und umfasst einen pneumatischen Kolbenmotor.

Es ist auch bekannt, einen elektrischen Schalter zu verwenden, der durch einen. Balgen beim Dehnen betätigt wird um auf diese

Wc*ice Über elektronische iüttel ein weiteres Dehnen zu vermeiden.

Jede der bekannten Konstruktionen weist den Kachteil auf, aar,?- die erforderliche Einstellhandlung· umständlich und ungenau ist. Im

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ersteren Fall ist eine mechanische Übertragung notwendig und dies weist

Il

den Nachteil auf, dass die Übertragung schwer zu bedienen ist, auch mit Rücksicht a.if die Grosse der von der bedienenden Person zu erzeugenden Kraft und führt ausserdem zu einer Verringerung der Genauigkeit. Im letzteren Fall muss die Stelle des elektrischen Schalters geändert werden, und zwar jedes Mal wenn eine andere Einstellung des Zyklusvolumens erwünscht ist. Auch dies ist umständlich.

Ein weiterer Kachteil der bekannten Methoden der Gasvoluirsneinütellung tritt auf, wenn ein tiefea Einatmen verlangt wird.
Während der normalen Beatmung ist es wiederholt notwendig die Lungen
eines Patienten in regelmässigen Zwischenräumen, variierend von 1 bis JO Minuten, mit oinom grösseren Gasvolumen und während längerer Zeit als bei einer normalen Janatraungsphase zu füllen. ·

Hei den bekannten Beatmungsgeräten ist es zur Erhaltung einer Tiofeinfitiming notwendig, die Einstellungen für die Zeitdauer der Linatraungsjnase und des Zyklusvolumens während einer einzigen Einatuiungsphase zu ändern. Pi en ist, wie bereits r-rläutert, eine umständliche Handlung, insbesondere in Anbetracht amr geringen verfügbaren Zeit.

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Die Erfindung bezweckt nun, ein Beatmungsgerät der eingang! erwähnten Art zu sohaffen mit einer verbesserten Einstellnßglichkeit for dat Zyklusvolumen und wird dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung einen ersten Wandler enthält, dessen Ausgangssignal in GrBss« •In Hass ist för die Augenblickegrösse dee Inhalte« dee Caabehfilters, Aas«

die Einstellmittel zum Einstellen der Gros se der .genau abgemessenen Gas me einen »weiten Wandler umfassen, dessen Ausgangesignal in GrSese ein Maos ist fttr die pro Beatmungszyklus genau abzumessende Gaaoenge, dass ein Signalausgang des ersten Wandle.rs mit einem ersten Signaleingang und ein Signa laus gang des zweiten 'Wandlers mit einem zweiten Signaleingang einer Tergleichsanordnung und dass ein Signalausgang der Vergleicheanordnune ait einem Schalter zum Ein- und Ausschalten der Antriebsanordnung des Gasbehälters gekoppelt ist.

Beim erfindungsgenSssen Beatmungsgerät wird während der Vergrößerung des Inhaltes des Gasbehälters (der beispielsweise au» den obengenannten Balgen besteht) das Volumen standig angezeigt und' Mit einem elektrischen Signal, das für das erwünschte Volumen repräsentativ ist, verglichen und das schlussendliche ParitStssignal der Vergleichsanordnung vermeidet eine weitere Zunahme, indem dafür geBorgt wird, dass die für eine Einatmung erforderliche Gasmenge für die Beatmung des Patienten genau .abgemessen und während der unmittelbar vorhergehenden Ausatmung vorübergehend gespeichert wird. Das Einstellmittel f»Ur das Zyklusvolumen kann auf einfache Weise aus einem Potentiometer bestehen, das an einer willkürlichen jedoch in ergonoaischer Hinsicht geeigneter Stelle auf dem Schaltpult dee Gerätes angeordnet und mit einer mit Andeutungen von Zyklugvolune geeichten Einstellskala versehen werden kann. Es ist keine mechanische Übertragung erforderlich und der Einstellknopf des Potentiometers IBsst *

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sich auf einfache Weise betätigen'und kann an der ergonoraisch richtigen Stelle angeordnet werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das Gerät eine zweite Vergleichsanordnung umfasst, wobei der Signalausgang des ersten Wandlers mit einem ersten Signaleingang der Vergleichsanordnung und ein zweiter Signaleingang derselben mit einem Signalausgang einer Einstellanordnung gekoppelt ist, mit deren Hilfej ein Ausgangssignal eingestellt werden kann, das dem Ausgangssignal des ersten Wandlers -entspricht, wenn sich der Gasbehälter im. Zustand von minimalem Inhalt befindet. Der Wandler zur Anzeige des GasbehUlterinhaltes wird auf diese Weise auch verwendet um anzuzeigen, dass aus dem Behälter während der Einatmung das ganze Zyklusvolumen dem Patienten zugeführt worden ist, D.a.W. dass der Balgen bis in die Mindestinhaltlage zurückgekehrt ist.

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beatmungskreises.

Fig. 2 den Schaltplan der elektronischen Steueranordnung,

Fig. J einen,Multivibrator, der mit Vorteil in der Schaltungsanordnung naoh Fig. 2 verwendet werden kann,

Fig. 4 den Schaltplan einer sogenannten Tiefatmungseinheit.

» Die Anordnung nach Fig. 1 enthält zwei durch ein Solenoid

betätigte Gasregelventile S. und S„_t die in der üblichen symbolischen Form dargestellt sind, wobei der rechte Teil das Solenoid darstellt, während die Zick-Zacklinie zur linken Zeite angibt, dass das Solenoid durch eine Feder zurückgestellt wird, während weiter der linke Block den Durchgang _# für das Gas zeigt mit dem Solenoid in Ruhezustand und der rechte Block

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diesen Durchgang mit dem Solenoid in Arbeitszustand darstellt, wobei im Arbeitszustand der linke Block durch den rechten Block ersetzt wird. Zuführungsöffnungen dieser Ventile sind beim Einlass DG mit einer Quelle von Treibgas unter überdruck, beispielsweise Druckluft, verbunden. In der Figur sind die Leitungen für Treibgas als einfache Linien und die Leitungen ftlr das Beatmungsgas als Doppellinien dargestellt.

ti

Die Offnungen 1 und 1¹ der Ventile S- und S„ sind mit der

Il Il

Treibgasquelle DG und die Offnungen 2 und 2¹ mit Offnungen eines pneuaatisoh betriebenen Antriebsmotor D. verbunden, der einen Zylinder und einen

Il

Kolben enthält, während die Offnungen 3 und 3¹ mit der Atmosphäre A. ver-

bundθη sind, nötigenfalls über nicht-dargeatellte Schalldämpfer.

Die Beatmungevorrichtung enthält an der Einatmungsseite

einen Beatmungseinlass RG für Cas (beispielsweise reine Luft), unter atmosphärischem Druck, Rückschlagventile 11HV₁ und NHV₂, ein Einatmungsventil IV, das durch das Solenoid DS₁ betätigt wird, Balgen B. und B₂, die sich unter dem Einfluss des pneumatischen Motors DC, ausdehnen und schrumpfen können und einen StrSaiungsregler FRC (beispielsweise eine einstellbare Verengung). An der Ausatmungsseite strömt Gas von Patienten durch das Ausatmungsventil EV, einen Volumenmesser VM₁ der das Volumen des vom Patienten herrührenden Gases misst, und ein Rückschlagventil NRV. in die Atmosphäre ^At).

Das Solenoidventil S. wird während der Einatmungsphase und das Solenoidventil S„ während wenigstens einen Teil der Ausatnungsphase eingeschaltet. Steuerschaltungen für diese Solenoide werden nachstehend beschrieben.

Die dargestellte Schaltungsanordnung ist ziemlich üblich

und die Wirkungsweise ist wie folgt. Zunächst wird vorausgesetzt, dass das Ventil S. eingeschaltet wird und dass die Balgen B und B₂ mit >lem erforder

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lichen Volumen des dem Patienten äu verabreichenden Beatmungsgases gefüllt sind. Das Treibgas wird vom,Einlass BG. Über.die Tore 1 und 2 des {geöffne- , ten) Ventile S. dem oberen Raum des Zylinders des Motors BC₁ zugeführt, wodurch der Kolben und die Kolbenstange abwarte getrieben werden, so dass die Balgen zusammengedrückt werden und die darin befindliche Beatmungsgasmenge aus denselben ausgetrieben wird. Das Solenoid BS₁ wird gleichzeitig mit dem Ventil S₁ erregt und öffnet das Einatmungsventil IV, Das Beatmungsgae wird nun unter dem Einfluss des Drucks des Treibgases mit einer Geschwindigkeit und in einer Menge» die durch die Einstellung des Strb'nungsreglere PHC bestimmt ist, aus den Balgen getrieben, öffnet dabei dp.s Rückschlagventil IiRVp und strömt durch den Schlauch HL₁ zur Gabelung Y der Gesichtsmaske bzw. des Beatmungsrohres. Ein (nicht-dargestelltes) Sicher-

heitsyentil SV₁ das das Entstehen von TJberdruck in den Luftwe *en verhindert kann in der dargestellten Beatmungsluftleitung angeordnet werden. Ein geeignetes Sicherheitsventil wird in der Anmeldung PHB 32188 der Anmelderin beechrieben. Der Druck in der Einatmungsluftleitung hält das Rückschlagventil NRV₁ geschlossen, da dieser Druck höher ist als der atmosphärische Druck des Beatmungsgases an der anderen Seite des Ventils.

Während der Einatmungssseit wird das .Ausatmungsventil EV

durch das Solenoid DS„ geschlossen gehalten, welches Solenoid während der Einatmungszeit erregt wird. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass kein Beatmungsgas durch die Ausatmungsleitung entweichen kann. Ein Weg, über den das aus den nicht-treibenden Räumen des Motors DC,. getriebene Gas während der Bewegung des betreffenden Kolbens entweichen kann, führt durch das Tor 20 im Zylinder und das (nicht-geb'ffnete) Ventil S₂ in die Atmosphäre .

Am Ende der Einatmungszeit wird das Ventil S₁ unwirksam-

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und das Ventil S„ wirksam. In diesem Zustand vird der Öffnung 20 des Koters DC₁ Treibgas zugeführt, während ein Entltiftungsweg in die Atmosphäre Ober die Öffnung 10 und das (nicht-wirksame) Ventil S₁ vorhanden lit.

Die Bewegung dee Kolbens des Motors DC₁ nach oben verursacht, dass der Druck in den Balgen B. und B₂ herabgesetzt wird, wodurch das Rückschlagventil NRV. geöffnet und 3eatmungsgas durch den Einlass RG in die Balgen gesaugt wird. Das Einatmungsventil IV wird durch ι das Solenoid DS₁ geschlossen und das Ausatmungsventil EV wird geöffnet und zwar dadurch, dass das Solenoid DSp nun durch die zugehörende Feder nach oben bewegt ist·

Der Druck in den Lungen des Patienten ist höher als der

atmosphärische Druck, so dass das Rückschlagventil NRV_ geschlossen und das Rückschlagventil NRV, geöffnet wird, wodurch das Gas in den Lungen des Patienten über die Gabelung Y, den Schlauch HL-, das Ausatmungsventil EV (geöffnet), den Volumenmesser VM und das Rückschlagventil KBV. (geöffnet) in die Atmosphäre entweichen kann.

Während der Ausatmungezeit werden die Balgen B₁ und B.

mit Beatmungsgas gefüllt, bis das erforderliche Volumen für einen Atemzug gespeichert ist um während der nächsten Einatmungsperiode dem Patienten verabreicht zu werden.

Nach der Erfindung sind die Balgen mit einem Verschiebungswandler VR versehen. Dieser wird in Form eines Potentiometers dargestellt, dessen Schiebekontakt durch den Balgen betätigt wird. Eine feste Gleichspannung wird an die äusseren Klemmen des Potentiometers VR. angelegt und das Ausgangssignal SS wird auf die dargestellte Art und Weise dem Schiebekontakt entnommen; dieses Ausgangssignal ist ein Gleichspannungssignel, das der Stellung der Balgen und folglich dem Inhalt der Balgen proportional ist

Die Art und Weise, wie dieses Signal dazu verwendet wird, den Inhalt der

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Balgen und auf diese Weise das für einen Atemzug erforderliche Gasvolumen bis zu einem vorgegebenen Wert genau abzumessen! wird nachstehend anhand der Fig. 2 nSher beschrieben, die ein Blockschaltbild der elektronischen-" Steuerschaltung.eines erfindungsgemässen Beatmungsgerätes darstellt.

Eine Programmschaltuhr mit einer bekannten Art von Multivibrator MV, der in Fig. 3 in Einzelheiten dargestellt ist, wird dazu verwendet, die Einatmungs- und Ausatmungsphasen programmäßig zu steuern und die Steuerwiderstände sind als in Zeiteinheiten geeichte Potentiometer VE₇₅ bzw. VR dargestellt und auf dem Hauptschaltpult des BeatmungsgerStes angeordnet. Das Potentiometer VR. zur Anzeige des Inhaltes der Balgen, das die H8he der Balgen und folglich das Volumen des darin vorhandenen Gases auf die obenstehend beschriebene Art und Veiee"anzeigt, gibt an einem' ersten Eingang einer ersten Vergleichsschaltung CCL ein analoges Signal. Das Potentiometer VR_ ist der Wandler zum Einstellen der genau abgemessenen Beatmungsgasmenge und gibt ein analoges Signal, ä^ke das in den Balgen erforderliche Volumen darstellt» am zweiten Eingang der Vergleichsschaltung CO.. Das Auβgangssignal der Vergleichsschaltung wird über einen Verstärker den einen Eingang eines UNO-Tores G_? zugeführt, dessen anderem Eingang das Ausatmungssignal vom Multivibrator MV zugeführt wird. Das Ausgangssignal

des UND-Tores G_? wird über einen Signalverstärker A. und einen invertierenden Leistungsverstärker A₂ ^dem Ausatmungsventil S₂ zugeführt, das obenstehend anhand der Fig. 1 beschrieben wurde. Das Ausatmungssignal des Multivibrators MV wird über einen Signalverstärker A, und einen invertierenden Leistungsverstärker A. dem Einatmungsventil S zugeführt.

Es wird vorausgesetzt, dass der Multivibrator in den zur

Einatmungsphase gehörenden Zustand geschaltet ist, so dass es eine logische "1" an Eiηatmungsausgang und eine logische "0" am Auaatmungsausgang gibt.·

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Die "1¹¹ am Eingang des Ver3tSrkers A, tritt als "0" (Erde) am Ventil S₁ auf und setzt dieses ausser Betrieb. Das am einen Eingang des UND-Toree G auftretende "O"-Auegangssignal des Multivibrators hat das Auftreten einer "0" as Eingang des Verstärkers A. zur Folge und auf diese Weise das Auftreten einer "1" am Ventil S₀, das folglich unwirksam bleibt. Auf diese Weise wird während dieser Phase das Ventil S₁ in Betrieb gesetzt und, wie anhand von Fig. 1 beschrieben wurde, die Balgen B₁ - B_ werden zusammengezogen und dem Patienten wird Beatmungsgas zugeführt.

Am Ende der Einatmungsphase, deren Zeitdauer durch die Einstellung des Potentiometers VH, bestimmt wird, kippt ,der Multivibrator in den Zustand, der der Ausatmungsphase entspricht, so dass die Ausgangssignale umgekehrt sind. Das Ventil S₁ wird also nicht mehr .-erregt und das Ventil S„ wird über das Tor G_ in Betrieb gesetzt, an dessen oberem Eingang· eine "1" auftritt, die über den Verstärker Aj. von der Vergleichsanordnung CO₁ herrührt. Die Vergleichsanordnung Cf)₁ ist'von einem bekannten Typ und liefert ein Ausgangssignal "1", bis die beiden Eingangssignale gleich werden, worauf das Ausgangssignal in eine "0" ändert. Auf diese Weise tritt wie bereite erwähnt, eine "1" an den beiden Eingängen des UND-Tores G_ auf, so dass am Ventil S-, das dann wirksam wird, eine "0" auftritt.

Die Tatsache, dass das Solenoid des Ventils S. nicht länger erregt und das Solenoid dea Ventile S₂ in Betrieb gesetzt wigd, hat zur Folge, dass die Beatmungsschaltung auf die Aüeatnungsphase umschaltet und die Balgen ausdehnen. Das an oberen Eingang der Vergleichsschaltung CO^ auftretende Potential nimmt auf diese Weise immer weiter zu, bis es den Wert erreicht, der zuvor mit dem Gasvolumenpotentiometer VR- eingestellt worden ist,_#zu welchem Zeitpunkt die Vergleichsschaltung einR Gleichheit der Eingangseignale feststellt und das Auegangssignal von einer "1" in eine

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•Ό" ändert. Dies sperrt das UND-Tor Gg, so dass das Solenoid des Yentils S₂ nicht mehr erregt wird und die Balgen B₁ -B_ nicht weiter ausdehnen * können. Die Balgen enthalten nur das für einen Atemzug erforderliche Beatmungsgasvolumen, wie dies zuvor durch Einstellung des Gasvolumenpotentiometers VR₂ bestimmt worden ist.

Das Tor G. iat ein analoges Tor» das das vom Volumenpotentiometer VR_? herrührende Signal ungeändert.durchläset, es sei :denn, dass dem unteren Eingang über die Leitung & ein Sperrsignal "1" zugeführt wird. Die Aufgaben der Leitungen ti, b., £, d_, e_ und f_ werden nachstehend beschrieben.

Durch Verwendung-eines elektronischen Anzeigewandlers zur Anzeige des Inhaltes der Balgen kann eine -vorteilhafte Eigenschaft leicht erhalten werden. Wenn beispielsweise die Luftleitung an einer bestimmten Stelle zwischen dem Behalter für Beatmungsgas, der durch die Balgen B₁ und B₂ gebildet wird, und dem Patienten wenigstens teilweise gesperrt ist, kann die Verringerung der Gasdurchströmung dazu führen» dass während der Ein-* atmungsphase nicht dae vollständige Volumen, das für einen Atemzug notwendig ist, dem Patienten zugeführt wird. -Auf die Veise werden die Balgen wahrend dieser Zeit nicht völlig leer strömen.-Nach einer vorteilhaften Ausführungsfora der Erfindung ermöglicht die Tatsache, dass der Anzeigewandler VR. nicht nur dazu verwendet wird, das für einen Atemzug erforderliche Volumen, sondern auch den leeren Zustand der Balgen anzuzeigen, dess ein Alarmsignal gegeben wird, wenn eine Absperrung auftritt.

Dazu wird das Ausgangssignal des Potentiometers VH₁ in

Wandler CO nit dem von einem voreingestellten Potentiometer VRj, herrührenden Signal verglichen, welches Potentiometer auf den Leerzustand der Balger eingestellt iat. Diese voreingestellte Reglung wird bei erster Erdprobung

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des Beatmungsgerätes eingestellt und ist auf dem Sohaltpult nicht angegeben· Das Auegangeeignal der Vergleicheanordnung CO₂ wird über ein UND-Tor G. den Eingang eines monostabilen Multivibrators MS₁ mit Zeiteinstellen* einer bekannten Art zugeführt. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators liefert ein Alarmsignal, das in der betreffenden Ausffihrungsform dazu verwendet wird, eine Lampe zu zünden, aber die Alarmanordnung kann selbstverständlich auch eine andere Form haben.

Solange die Balgen Gas enthalten, sind die Eingangesignale für die Yergleichsanordnung C0_ ungleich, so dass diese ein Ausgangssignal "1" liefert. Dieses Ausgangesignal "1" halt Ober den -Verstärker A, das UND-Tor G, in wirksamen Zustand, solange die Balgen nicht leer oder wenigstens in Zustand minimalen Inhalts sind. Am Ende der Einatmungsphase n/üeten die Balgen die für einen Atemzug erforderliche Gasmeηge dem Patienten zugeführt und den Zustand miniaalen Inhalts erreicht haben. Die Vergleichs-■ohaltung C0_ ermittelt diesen Zustand und das Auegangssignal ändert in •ine "1", wodurch"das Tor G. gesperrt wird. Wenn die Balgen am Ende der Einatmungsphase ihren Inhalt nioht los sind bleibt das Tor G- gesperrt. Das

• N

Aus gangs signal "0", das bein übergang zur Ausatmungsphase am Einatmungsausgang des Multivibrators MV auftritt wird duroh den Kondensator C dlffere: ziert, so dass am unteren Eingang des Tores G_ ein kurier ^M0"-Inpuls entsteht, welches Tor dann an Ausgang einen ^H0^H-Inpuls liefert. Dieser kurze Impuls triggert.den monostabilen Multivibrator MS., der dann während der unstabilen Zeit von beispielsweise 1 Sekunde getriggert bleibt, wonach er in den stabilen Zustand zurückkehrt. Auf diese Weise wird während einer Sekunde beim Übergang aus der Einatmungsphase in eine Ausatsungsphaee ein Alarmsignal-gegeben, um jemand darauf aufmerksam zu machen dass es einen

Fehler gibt.

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Unter Anwendung desselben grundsätzlichen Prinzips eines Vergleichs kann eine weitere vorteilhafte Eigenschaft in einer anderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen werden und zwar eine Möglichkeit eines sogenannten "Patiententriggers", bekanntlich kann ein Patient während einer Ausatmungsphase des Beatmungsgerätes krampfhaft_#versuchen einzuatmen, und der Zweck dieser Ausf'ührungsform ist, etwae derartiges unmittelbar zu erkennen und das Beatmungsgerät von Ausatmen auf Einatmen umzuschalten um auf diese Weise dem Patienten bei seinem Versuch einzuatmen, zu helfen. Dazu ist oine dritte Vergleichsanordnung CO₃. vorgesehen, deren Ausgangssignal über einen invertierenden Verstärker A₇ einem weiteren monostabilen Alarmtrigger MÖ_ und dem Teil für die Ausatmungsphase des Multivibx-ators K7 zugeführt wird·.

Am Eingang PM der Vergleichsanordnung CO, tritt ein Signal auf, das von einem (nicht-dargestellten) Druckmesser herrührt, der den Druck in den Lungen überwacht und ein analoges Ausgangssignal liefert, das diesem Druck proportional ist. Ein derartiger Druckmesser wird in der Patentanmeldung PHB 32208 der Anmelderin beschrieben. Ein Patiententriggerpotentioraeter VR,- iat zuvor auf einen Wert eingestellt,- der einen in Zentimeter-Wassersäule ausgedrückten negativen Druckwert repräsentiert und der dem zu beatmenden Patienten angepasst ist, wobei die Einstellung auf einer ■Skala unt den Einstellknopf^ auf dem Schaltpult abgelesen werden kann» Wenn der -Patient während einer Ausatmungsphase versucht einzuatmen sinkt der Druck in der Luftleitung auf einen negativen Wert. Wenn dieser durch den Druckmesser festgestellte Wert dem Eingang PH ein Signal liefert, das dem zuvor mit Hilfe des Potentiometers VR,- eingeutellten Wert entspricht, wird die Vergleiiihsanordnung CO wirksam und liefert ein Auagangssignal "1".

Dieses wird durch den invertierenden Verstärker A₇ in ein "O"-SignaX unge-

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wandelt, so dass der monostabile Multivibrator MS» ge'triggert vird und ein Alarmsignal mit fester Dauer gibt, auf dieselbe Art und Weise, wie dies beim monoetabilen Multivibrator MS. der Fall ist. Das Signal "0" wird auch dem Ausatmungsteil des Multivibrators MV zugeführt und bewirkt, dass dieser sofort auf die Einatmungephase umschaltet und auf diese Weise dem Patienten bei seinem Versuch einzuatmen hilft.

Wie ersichtlich werden in der logischen Schaltung.der beschriebenen Ausftlhrungsform normale eowie invertierende Verstärker verwendet. Diese Verstärker sind dargestellt, weil die betreffende praktische Ausführungsform Dioden-Transistor-Logik (DTL) benutzte, wobei Verstärker erforderlich sind. Wie selbstverständlich einleuchten dürfte, kann eine andere Logik benutzt werden, beispielsweiße TTL, wobei die Verstärker nicht notwendig sind. Weiter kann selbstverständlich eine Logik mit entgegengesetzter Polarität ebenfalls angewandt werden, wobei die Tore dementsprechend geändert werden. All diese Möglichkeiten sind'für einen Fachmann bekannt und die Erfindung muss daher nicht derart betrachtet werden, dass sie sich auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

Fig. 3 zeigt eine geeignete Schaltungsanordnung für den

Multivibrator MV. Dies ist ein Multivibrator eines ziemlich bekannten Typs, der grossenteils auf dem Gebrauch von HICUT-UND-Toreη gründet und dia Wirkung desselben ist an sich bekannt. Es sind Zeitbestinuaungsanordnungen T. und T„ vom Typ, der die RC-Zeitkonstante benutzt, vorgesehen, dio mit von auesen her zu betätigenden Einstellpotentioir.etern VR, bzw. VR₁ zur Bostim-Dung der Zeitdauer, während der sie wlrkaam sind, auegestattet sind. Die Flip-Flop-Wirkung des Multivibrator« wird durch kreuzfcekoppelte HICHT-UKD-Tore G und <3_ erhalten, die eine bistabLle Triggerachaltung bilden und die Trfigereinfangssis-nale für die Zei tbes timmungsfuiordnungen werden den Komple-

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eentärausgängen der Tore G,. und G über TJmkehranordnungen G₁,,. und G_ entnommen. Wenn eine Zeitbestimmungsanordnung T. oder T„ das Ende der Wirkungs-

Il

dauer erreicht, schaltet die Änderung des Ausgangssignals die bistabile Triggerschaltung um, die ihrerseits bewirkt) dass der Zeitbeetimmungskondensator in der betreffenden Zeitbestimmungsanordnung entladen wird und dass mit dem Laden des Zeitbestimmungskondensators der anderen' Zeitbestimmungsanordnung angefangen wird.

Es dürfte einleuchten_f dass, wenn der Multivibrator sich in Zustand der Ausatmungsphase befindet, der Empfang einer "0" am Eingang des Tores Gci welches Signal vom invertierenden Verstärkter A₁, der Patiententriggerschaltung (Fig. 2.) herrührt, bewirkt, dass die bistabile Triggerschal tuhg den Multivibrator in den Einatmungszustand umkippen lässt, wie obenstehend erwähnt wurde. Es dürfte auch einleuchten, dass ein Signal an der Leitung c_, das vom Ausgang des Tores G^ herrührt_f dazu verwendet werden kann, eine gesonderte EinatmungBzeitbeBtimmungsanordnung einzuschalten, dass ein Signal an der Leitung d dazu benutzt werden kann, die Zeisbestimmungsanordnung T« dadurch zu sperren, dass ihr Eingang auf "0" gehalten wird und dass das Ausgangesignal der gesonderten Zeitbeetimmungsanordnung über die Leitung e_ die Einatmungszeit dee Multivibrators regeln kann.

So wird in grundsätzlichen Multivibrator die Möglichkeit

geboten, die Einatmungszeit desselben mittels einer gesonderten Zeitbe-

» stiüiinungsanordnung zu regeln. Eine derartige gesonderte Zeitbestinraungsar.or nung kann ale Teil einer Tiefeinatmurigoeinheit angewandt werden,, welche Einheit die obenstehend beschriebene Tiefeinatmungsfunktion hat» Eine derartige Einheit wird nun anhand der Fig. 4 nSher erlSutert, wobei die Verbindungen dieser Einheit mit der grundsätzlichen Steuerschaltung des Beatffiungsgerätes, wie diese anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben wurde, durch

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Ä» Ά* SL* $L> Jg. und f in den betreffenden Figuren angegeben sind.

Die Tiefeinatmungeeinheit nach Fig. 4 ist in zwei Hauptteile, eine zusätzliche Zeitsteueranordnung für die Einatmungsphaäe derselben Form wie die Zeitsteuerschaltung für die Einatmungsphase des I-fultivibrators, und eine Zwischenraumzeitbestimntungsanordnung, die au3 einem

• #

Impulsgenerator (einer weiteren Zeitsteueranordnung) besteht und einen Zähler aufgeteilt. Die Einatmungszeitsteuereinheit enthält eine Zeitbestim-

j mungsanordnung T, deren Wirkaamkeitsdauer durch das Zeitkonutaiite-Potentiometer VR_, das Eingangs-UND-Tor G.,, die Ausgangsumkehranordnunfc· C.. und eine Eingangsfreimachungsumkehranordnung G₁^ bestimmt .wird. Das Ausgangssignal der UmkehranOrdnung G.. wird den RückEtelleingängen zweier bistabiler

• 4

Triggerschaltungen BS. und BS„ und ebenfalls über die Leitung e_ des NICET-UND-Tor Ο- in der Umkehranordnung (Fig.5) zugeführt. Das Ausgangesignal vom Ausgang Q der bistabilen Anordnung BS_ wird in Sperreingahg des Tores G₁₉ (Fig. 3) über die Leitung (1 und ebenfalls dem Sperreingang eines analogen Tores Ο,- zugeführt. Dieses Tor ist vom selben Typ wie das Tor G. * (Fig. 2) und ersetzt dieses daher während einer Tiefeinatrcungsperiode. Das Tor ISsst das vom Tiefeinatmungsvolumenregelpotentiomcter VTL· herrührende Signal zur Leitung l» durch und zwar solange ein "1 "-Signal am oberen Eingang vorhanden ist, während das Tor gesperrt ist, wenu ein ¹¹O"-Signal an Sperreinganß vorhanden iet.

Der "'aktimpulsgenerator der Tleieinatinun£3zwisc.hi;nrnunzeitbestinmungsanordnung enlhilt eine Zeltbestiinmvingeeinheit T. (entsprechend den obr-Dgcnannten Zeitbeatimmungeeinheiten), üie beispielsweise von O_t25 bis 7 Sekunden einstellbar ii>t, eine mcnostaldle Anordnung '--,ι eine Umkehranordnung G.- und einen invertierenden VerstärktrA„, die rine geschlossene Schleife bilden. Die przeugten Iiapulse worden aus den Au

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der Umkehranordnung G.„ dem Eingang eines aus acht Stufen bestehenden binaren Zählers (d.h. einem Zähler« der bis 256 zählen kann) CTR zugeführt» Die Ausgangssignale dieser acht Stufen werden in einem NICHT-DND-Tor G_?f)1 'das den "alle-i-Zustand¹¹ des Zählers feststellt (d.h. die höchste Stellung, bevor der Zähler beim nachfolgenden Eingangsimpuls wieder auf NuI rückgestellt wird)-zusammengefügt. Das Ausgangssignal des NICHT-UND-Tores G₃₀ wird durch die.Umkehranordnung G._ umgekehrt und dein Einstelleingang der bistabilen Triggerschaltung BS, zugeführt. ■

Zur Erleichterung einer Erläuterung der Wirkungsweise des

Taktijnpulsgenerators wird vorausgesetzt, dass die mbnostabile Triggerschaltung MS, sich im ungetriggertem Zustand befindet, d.h. es gibt eine "1" am 5-Ausgang. Dies wird durch Umkehrung durch die Umkehranordnung G eine ^M0", die wieder durch den invertierenden Verstärker A_fl in eine,"1" umge*- wandelt wird. Die dem Eingang der Zeitbestimmungsanordnung T zugeführte "1* bewirkt, dass mit dem Ladjen des Zeitbestimmungskondensators der Zeitbe-

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Stimmungseinheit T. angefangen wird. Hach Verlauf einer Zeitdauer, die durcr die RC-Zeitkonstante bestimmt wird, liefert die Zeitbestimniungsanordnung ein "C'-Signal am Ausgang. Dieses Signal triggert die monostabile-Triggerschaltung HSV, deren getriggerter Zustand beispielsweise 1 Millisekunde dauert» während welcher Zeit das Ausgangssignal am ζ-Ausgang ¹O" ist. Diese "Ö* wird in eine ⁿ1*' umgewandelt, die zur Lieferung eines Taktiiapulsea am Zähler CTR notwendig ist und im invertierenden Verstärker A_n wieder in eice *'0ⁿ umgewandelt wird* Dieser "C'-Iücpule entlädt den Zeitbestiiamungskondensator und nach Ablauf des Impulses fängt die Zeltbestimmungsanordnung wieder mit der Zeitperiode an. Auf diese Weise wird eine Reihe von Taktimpulsen mit einer I-mpuladauer von 1 Millisekunde erzeugt, die dem Eingang des Zählers GTH zugeführt wird. Venn der Zähler die höchste Stellung erreicht

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hat (bei dieser Ausführung form nach 256 Impulsen) bewirkt der ^Malle-1"-Zuatand, dass das NICHT-UUD-Tor G-. eine ¹¹O" en Ausgang liefert, die durch die Umkehranordnung G._q in eine "1" umgewandelt wird, die dem Einstelleingang der bistabilen Triggerschaltung BS. zugeführt wird, an deren Q-Ausgang eine "1" entsteht. Diese bistabile Triggerschaltung ist als Speicher wirksam, in der gespeichert wird, dass der Zähler seine höchste Stellung erreicht hat und dass folglich eine Tiefeinatmung zu erwarten ist.

Die Tiefeinatmungsphase musj selbstverständlich in dem

Augenblick anfangen, wo der Multivibrator aus der Ausatmungsphase in die EinatBtungsphase umschaltet und folglich muss die Tiefeinatmungssteyerung diesen Augenblick abwarten. Inzwischen wird der Zähler auf KuIl zurückgestellt und fängt wieder zu zählen an, der ¹¹BlIe-I"-Zustand ist vorbei und folglich muss die höchste Zählstellung-Information aufbewahrt werden, bis die nachfolgende Einatmungsphaee anfängt. Das Ausgangssignal "1" der bistabilen Triggerschaltung BS₁ wird dem Einstelleingang der bistabilen Triggerschaltung BS₂ zugeführt, aber diese Triggerschaltung stellt sich nicht ein, bevor sie über die Leitung £ am T-Eingang einen Triggerimpuls empfängt. Bei der nachfolgenden Umschaltung des Multivibrators KV

aus einer Einatmungsphase in eine Ausatmungsphase (Fig. 3) erscheint eine "0" am Ausgang des Tores G₁₀ und daher wird die bistabile Trleerschaltung BS. nun Über die Leitung £ getriggert und liefert eine "1" an seinem Q-Ausgang und eine "0" an seinem Q-Ausgang. Die ^N1" am Regeleinagng des Tores G₁- ermöglicht es nun, dass das Tor das analoge Signal, das das erforderliche Tiefeinatmungsvolumen repräsentiert, das durch das Potentiometer VH- eingestellt worden ist, Ober die Leitung b zum Eingang der Ye ro

gleiche anordnung CO. (Pig. 2) durchläset. Dieselbe "O¹¹ sperrt Über die Leitung t> das UND-Tor G₁₂ (Flg. 3) und macht auf diese Weise die Einatmung»-

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zeitbestimmungsanordnung des Multivibrators unwirksam» Die "1" am Q-Ausgang der bistabilen Triggerschaltung ES macht das Tor G frei und die "0" an ζ-Ausgang sperrt über die Leitung a das analoge Tor G₁ (Fig. 2). Auf diese Weise wird das Einstellpotentiometer VR_? für das normale Gasvolumen durch das Potentiometer VR_ für das Tiefeinatmungsvolumen am. Eingang der Vergleichsanordnung CO₁ ersetzt. Die Balgen werden nun mit dem Tiefeinatmungsvolumen statt mit dem normalen Volumen gefüllt. Die "0"» die im Umschalt-Zeitpunkt an der Leitung c_ aufgetreten ist, wird durch die Umkehrschaltung-C , in eine "1" umgekehrt und das UND-Tor G wird nun freigemacht, Die "1" am Eingang der Tiefeinatmungszeitbestimmungsanordnung T, hat zur Folge, das= diese ihre Zeitsteuerphase anfangt. Nach Verlauf dieser Phase, die durch die Einstellung des Tiefeinatmungszeitpotentiometers VR„ bestimmt wird, tritt eine "1" am Ausgang der Zeitbestimmungsanordnung auf, die durch das Tor G₁. in eine "0" umgekehrt wird, v/elche die bistabilen TrigterschaltungBr BS₁ und BS_? zurückstellt und über die Leitung £ dem Multivibrator MV zugeführt wird, so dass dieser auf die Ausatmungsphase umschaltet»

Auf diese Weise wird periodischrund swar mit Zwischenräumen, die durch die Einstellung der Zeitkonstante der Zeitbeatimmungsanordnunä ¹T. bestimmt werden, deu Patienten wehrend einer Tiefeinatnungsphaae ein Tiefeinatmungsirasvolumen zugeführt, wobei dia normalen Steueranordnungen wahrer.-dieser einen Phase aup.ser Betrieb geßctzt wird.

Am Ende dieser Phase schaltet der ilultivibrator wieder euf die AuF-airaungsphafH' um. Dies lässt dr^an olOnstchend beschriebenen Schaltprozess in der urag* lehrten ReihGnfo]f:c ablaufen, woki die Steuerungen, welche die norr..nlf>n S tenerungi η rückgUngig machen, wieder aufgehoben werden KO dass die S«halturiß. in den normalen Arleitst.akt zurückkehrt, bis der KZvi;-c lioriraumzählcr CTJi visier dje hi?c_}.Kto Stellung erreicht,

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BAD ORIGINAL

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d.h. nach einem Zwischenraum von etwa 1 bis 30 Minuten_t je nach der Einstellung des Zeitkonstantenpotentiometers VR„.

Manchmal ist es erforderlich, dass auf Wunsch eine Tiefeinatmung stattfindet, beispielsweise für Physiotherapie um die Lungen Bit Hilfe von mit den Händen ausgeübtem Druck nach einer Tiefeinatraung zu entleeren. Dazu' gibt es einen Druckknopf, der im Wesentlichen ein Ausgangssignal liefert, das dem Signal, das die höchste Stellung des Zählere CR angibt, entspricht. Die Betätigung des Tiefeinatmungstriggerknopfes ST hat zur Folge, dass eine "0" am Eingang der Umkehranordnung 20 auftritt, wonach die Wirkung der Schaltung weiter demjenigen entspricht, was in bezjig auf die periodische Wirkung beschrieben worden ist. Wenn der Knopf ST losgelassen wird, wird die "Q" durch die Unkehranordnung f 21 umgekehrt und zvar in eine "1", die durch den Kondensator C_? differenziert wird, so dass ein kurzer "1"-Impuls entsteht, der den RückstelleingSngen sämtlicher Stufen des Zählers zugeführt wird. Auf diese Vieise wird der Zähler in die Zähl-Btellung Null zurückgestellt, was gewährleistet, dass der ganze Zwischen- '? raum verläuft bevor wieder eine Tiefeinatmung geliefert wird. Dies vermeidet, dass der Zähler sehr kurz nach einer von Hand verursachten Tiefeinattnung wieder eine solche Tiefeinatmung herbeiführen könnte.

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Claims (2)

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   PATENT AN SPRÜCHE ι

   (1·/ Beatmungsgerät der zeitgesteuerten Art mit einer Prograna-

   sehaltuhr zur Steuerung eines Beatmungszyklus mit einer Einatnmngsphase und einer Ausatmungsphase, deren Zeitperioden einstellbar sind und mit welches Gerät pro Einatmungsphase eines Beatmungszyklus eine vorgegebene genau abgemessene Gasmenge einem Patienten verabreicht werden kann, mit einem Gasbehälter veränderlichen Inhalts zum Abmessen und vorübergehend Speichern der genannten genau abgemessenen Gasmenge während einer Ausatmungsphase, sowie zum Austreiben der genau abgemessenen Gasmenge während einer Einatmungsphase, mit einer Antriebsvorrichtung zum Vergrössern und Verkleinern des Inhaltes des Gasbehälters im Hinblick auf die Gas-Abmess-,-Spei3her- und -Austreibfunktion desselben, mit einer"Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der AugenblicksgrSsse des Inhaltes des Gasbehälters und mit Einstellmittel!: zuo Einstellen der Grosse einer genau abzumessenden Gasmenge, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung einen ersten Wandler enthält, dessen Ausgangssignal in Grosse ein Mass ist für die Augenblicksgrösse des Inhaltes des Gasbehälters, dass die Einstellmittel zum Einstellen der GrSsss der genau abgemessenen Gasmenge einen zweiten Wandler umfassen, dessen Ajsgangssignal in Grosse ein Mass ist für die pro Beatmungszyklus genau abzumessende Gasmenge, dass ein Signalausgang des ersten Wandlers mit einem ersten Signaleingang und ein Signalausgang des zweiten Wandlera mit einea zweiten Signaleingang einer Vergleichsanordnung und dass ein Signal aus gar.»: der Vergleichsanordnung mit einem Schalter zum Ein- und Ausschalten der Antriebsanordnung des Gasbehälters gekoppelt ist.
2. 2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ia~:

   das Gerät eine zweite Vergleichsanordnung umfasst, wobei der Signalausgang¹ des ersten Wandlers mit einem ersten Signal©iragang der Vergleichsanordnunx

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   und ein zweiter Signaleingang derselben mit einem Signalausgang einer Einetellanordnung gekoppelt ist, nit deren Hilfe ein Ausgangssignal eingestellt werden kann, das dem Ausgangssignal des ersten Wandlers entspricht, wenn sich der Gasbehälter im Zustand von minimalem Inhalt befindet. 3· Beatmungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   dass der Signalausgang der zweiten Vergleicheanordnung mit einen ersten Signaleingang einer Alarmschaltung gekoppelt ist zun Abgeben eines Alarmsignals am Anfang einer Ausatmungsphase beim Fehler, eines Eingangssignal an ersten Signaleingang, wobei ein zweiter Signaleingang der Alarmschaltucjr mit einem Hignalausgang der Programmschaltuhr gekoppelt iat. 4· Beatmungsgerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

   dass die Alarmschaltung eine monostabile Triggerschaltung zum Beibehalten eines Alarmsignals wahrend einer durch die Triggerschaltung zu bestimmenden Zeitdauer enthält.

   5· Beatmungsgerät nach einem der vorstehenden AneprUche, dadure

   gekennzeichnet, dass das Gerät zweite Einstellmittel enthält zuia Einstellen der GrSsse einer genau abzumessenden Ganmenge, welche Einstellmittel einen dritten Wandler enthalten, dessen Auegangssignal in seiner Grosse ein Mass für eine während eines Beataungszyklus genau abzumessende Gasmenge ist, dass es eine der bereits genannten Programmschaltuhr zugeordnete Zeit-•steueranordnung enthält zur Beibehaltung einer Einatmungsphase während einer bestimmten einstellbaren Zeitdauer, dass die genannten zweiten Einstellmittel und die zugeordnete Zeltstßuoranordnung Über eine Torschaltung mit der Programmschaltuhr und dem zweiten Signaleingang der ersten Vergleichsanordnung verbunden sind, und dass die Torschaltung einen Signaleingang hat für ein Prioritfitasignal, bei dessen Vorhandenaein nach Beendung einer vorhergehenden Ausatmungsphaso eine Einatmungsphaße folgt, dtrer.

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   Zeitdauer durch die zugeordnete Zeitsteueranordnung und die dem Patienten zugeführte Gasmenge durch die Einstellung der zweiten Einstellmittel bestimmt werden.

   6, Beatmungsgerät nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, das;

   der Prioritätssignaleingang der Torschaltung mit einem TaktimpülBgenerator einer Tiefeinatmungszwischenraumzeifbestimmungsanordnung gekoppelt ist.

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