DE2238928B2

DE2238928B2 - Beatmungsgerät

Info

Publication number: DE2238928B2
Application number: DE2238928A
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Keith Caterham-On-Thehill Orton; George Edward Wallington Smythe
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Honeywell BV
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-08-08
Publication date: 1978-10-05
Also published as: FR2149580B1; GB1288019A; NL7211141A; DE2238928A1; JPS4829297A; JPS5313115B2; SE386366B; DE2238928C3; FR2149580A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Beatmungsgerät der zeitgesteuerten Art mit einer Programmschaltuhr zur Steuerung eines Beatmungszyklus mit einer Einatmungsphase und einer Ausatmungsphase, deren Zeitperioden einstellbar sind und mit welchem 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 obengenannten 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-, -Speicher- und -Austreibfunktion desselben mit einer Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der Augenblicksgröße des Inhaltes des Gasbehälters und mit Einstellmitteln zum Einstellen der Größe einer genau abzumessenden Gasmenge.

Bei einem zeitgesteuerten Beatmungsgerät sind die Zeitdauer der Einatmungs- und Ausatmungsphase einstellbar, während bei einem volumengesteuerten Beatmungsgerät ein vorherbestimmtes Volumen Beatmungsgas unabhängig vom Beatmungstakt einem Hatienten verabreicht wird.

Das Gasvolumen, das pro Beatmungszyklus einem Patienten zugeführt wird, wird als »Zyklusvolumen« bezeichnet und die gesamte Gasmenge, die pro Minute einem Patienten verabreicht wird, wird als »Minutendebit«, d. h. das Zyklusvolumen multipliziert mit dem Beatmungstakt, ausgedrückt in der Anzahl Beatmungszyklen pro Minute.

Bei dieser Art von Beatmungsgeräten werden die Zeitdauer der Einatmungsphase und der Ausatmungsphase sowie das Zyklusvolumen entsprechend den Beatmungsbedürfnissen des Patienten vorher eingestellt. Es ist dabei bekannt, die Zeitdauer der Einatmungs- und Ausatmungsphasen elektronisch zu steuern, beispielsweise mit Hilfe einer Programmschaltuhr, 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 gekuppelte Gasschaltventile steuern. Die meisten dieser Beatmungsgeräte verwenden einen oder mehrere Balgen, die während jeder Ausatmungsphase mit Beatmungsgas gefüllt werden und die zusammenziehen und das auf diese Weise gespeicherte Gasvolumen während der nachfolgenden Einatmungsphase dem Patienten zuführen, wobei das Dehnen und Schrumpfen des Balgens durch die Programmschaltuhr gesteuert wird.

Der Minutendebit wird durch das Ausmaß an Ausdehnung und Schrumpfung des Balgens bzw. der Balgen bestimmt Dies ist beispielsweise mit 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 Weise über elektronische Mittel ein weiteres Dehnen zu vermeiden.

Jede der bekannten Konstruktionen weist den Nachteil auf, daß die erforderliche Einstellhandlung umständlich und ungenau ist. Im ersteren Fall ist eine mechanische Übertragung notwendig und dies weist den Nachteil auf, daß die Übertragung schwer zu bedienen ist, auch mit Rücksicht auf die Größe 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 Nachteil der bekannten Methoden der Gasvolumeneinstellung tritt auf, wenn ein tiefes Einatmen verlangt wird. Während der normalen Beatmung ist es wiederholt notwendig, die Lungen eines Patienten in regelmäßigen Zwischenräumen, variierend von 1 bis 30 Minuten, mit einem größeren Gasvolumen und während längerer Zeit als bei einer normalen Einatmungsphase zu füllen.

Bei den bekannten Beatmungsgeräten ist es zur Erhaltung einer Tiefeinatmung notwendig, die Einstellungen für die Zeitdauer der Einatmungsphase und des Zyklusvolumens während einer einzigen Einatmungsphase zu ändern. Dies ist, wie bereits erläutert, eine umständliche Handlung, insbesondere in Anbetracht der geringen verfügbaren Zeit.

Die Erfindung bezweckt nun, ein Beatmungsgerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen mit einer verbesserten Einstellmöglichkeit für das Zyklusvolumen und wird dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung einen ersten Wandler enthält, dessen Ausgangssignal in Größe ein Maß ist für die Augenblicksgröße des Inhaltes des Gasbehälters, daß die Einstellmittel zum Einstellen der Größe der genau abgemessenen Gasmenge einen zweiten Wandler umfassen, dessen Ausgangssignal in Größe 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 Wandlers mit einem zweiten Signaleingang einer Vergleichsanordnung und daß ein Signalausgang der Vergleichsanordnung mit einem Schalter zum Ein- und Ausschalten der Antriebsanordnung des Gasbehälters gekoppelt ist.

Beim erfindungsgemäßen Beatmungsgerät wird während der Vergrößerung des Inhaltes des Gasbehälters (der beispielsweise aus den obengenannten Balgen besteht) das Volumen ständig angezeigt und mit einem elektrischen Signal, das für das erwünschte Volumen repräsentativ ist, verglichen und das schlußendliche Paritätssignal der Vergleichsanordnung vermeidet eine weitere Zunahme, indem dafür gesorgt 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 für das Zyklusvolumen kann auf einfache Weise aus einem Potentiometer bestehen, das an einer willkürlichen jedoch in ergonomischer Hinsicht geeigneter Stelle auf dem Schaltpult des Gerätes angeordnet und mit einer mit Andeutungen von Zyklusvolumen geeichten Einstellskala versehen werden kann. Es ist keine mechanische Übertragung erforderlich und der Einstellknopf des Potentiometers läßt sich auf einfache Weise betätigen und kann an der ergonomisch 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 Einslellanordnung gekoppelt ist, mit deren Hilfe 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 Gasbehälterinhaltes wird auf diese Weise auch verwendet um anzuzeigen, daß aus dem Behälter während der Einatmung das ganze Zyklusvolumen dem Patienten zugeführt worden ist, m. a. W., daß der Balgen bis in die Mindestinhaltlage zurückgekehrt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher

so beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beatmungskreises,

F i g. 2 den Schaltplan der elektronischen Steueranordnung,

Fig.3 einen Multivibrator, der mit Vorteil in der Schaltungsanordnung nach Fig.2 verwendet werden kann,

Fig.4 den Schaltplan einer sogenannten Tiefatmungseinheit.

Die Anordnung nach F i g. 1 enthält zwei durch ein Solenoid betätigte Gasregelventile S₍ und S₂, die in der üblichen symbolischen Form dargestellt sind, wobei der rechte Teil das Solenoid darstellt, während die Zickzacklinie zur linken Seite 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 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 für das Beatmungsgas als Doppellinien dargestellt.

Die öffnungen 1 und Γ der Ventile S\ und £2 sind mit der Treibgasquelle DG und die Öffnungen 2 und 2' mit öffnungen eines pneumatisch betriebenen Antriebsmotors D\ verbunden, der einen Zylinder und einen Kolben enthält, während die öffnungen 3 und 3' mit der Atmosphäre A, verbunden sind, nötigenfalls über nichtdargestellte Schalldämpfer.

Die Beatmungsvorrichtung enthält an der Einatmungsseite einen Beatmungseinlaß RG für Gas (beispielsweise reine Luft), unter atmosphärischem Druck, Rückschlagventile NRV\ und NRV2, ein Einatmungsventil IV, das durch das Solenoid DS] betätigt wird, Balgen B\ und Ih, die sich unter dem Einfluß des pneumatischen Motors DQ ausdehnen und schrumpfen können und einen Strömungsregler F/?C(beispielsweise eine einstellbare Verengung). An der Ausatmungsseite strömt Gas vom Patienten durch das Ausatmungsventil EV, einen Volumenmesser VM, der das Volumen des vom Patienten herrührenden Gases mißt, und ein Rückschlagventil NR V3 in die Atmosphäre (A T).

Das Solenoidventil S\ wird während der Einatmungsphase und das Solenoidventil 5? während wenigstens eines Teils der Ausatmungsphase 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 dem erforderlichen Volumen des dem Patienten zu verabreichenden Beatmungsgases gefüllt sind. Das Treibgas wird vom Einlaß DG über die Tore 1 und 2 des (geöffneten) Ventils S\ dem oberen Raum des Zylinders des Motors DCi zugeführt, wodurch der Kolben und die Kolbenstange abwärts getrieben werden, so daß die Balgen zusammengedrückt werden und die darin befindliche Beatmungsgasmenge aus denselben ausgetrieben wird. Das Solenoid DSi wird gleichzeitig mit dem Ventil Si erregt und öffnet das Einatmungsventil IV. Das Beatmungsgas wird nun unter dem Einfluß des Drucks des Treibgases mit einer Geschwindigkeit und in einer Menge, die durch die Einstellung des Strömungsreglers FRC bestimmt ist, aus den Balgen getrieben, öffnet dabei das Rückschlagventil NRV2 und strömt durch den Schlauch HL\ zur Gabelung Y der Gesichtsmaske bzw. des Beatmungsrohres. Ein (nicht-dargestelltes) Sicherheitsventil SV, das das Entstehen von Überdruck in den Luftwegen verhindert, kann in der dargestellten Beatmungsluftleitung angeordnet werden. Ein geeignetes Sicherheitsventil wird in der Anmeldung PHB 32 188 der Anmelderin beschrieben. Der Druck in der Einatmungsluftleitung hält das Rückschlagventil NR V₁ geschlossen, da dieser Druck höher ist als der atmosphärische Druck des Beatmungsgases an der anderen Seite des Ventils.

Während der Einatmungszeit wird das Ausatmungsventil EVdurch das Solenoid DS2 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 nichttreibenden Räumen des Motors DCi getrieben« Gas während der Bewegung des betreffenden Kolben! entweichen kann, führt durch das Tor 20 im Zylinder unc das (nichtgeöffnete) Ventil S2 in die Atmosphäre.

Am Ende der Einatmungszeit wird das Ventil S unwirksam und das Ventil S2 wirksam. In diesen Zustand wird der öffnung 20 des Motors DCi Treibga: zugeführt, während ein EntlUftungsweg in die Atmo Sphäre über die öffnung 10 und das (nichtwirksame Ventil Si vorhanden ist.

Die Bewegung des Kolbens des Motors DCi nacl oben verursacht, daß der Druck in den Balgen B\ und B herabgesetzt wird, wodurch das Rückschlagventil NR V geöffnet und Beatmungsgas durch den Einlaß RG in dii Balgen gesaugt wird. Das Einatmungsventil IV win durch das Solenoid DSi geschlossen und das Ausat mungsventil EV wird geöffnet, und zwar dadurch, dal das Solenoid DS2 nun durch die zugehörende Fede nach oben bewegt ist.

Der Druck in den Lungen des Patienten ist höher al der atmosphärische Druck, so daß das Rückschlagventi NRV2 geschlossen und das Rückschlagventil NRV geöffnet wird, wodurch das Gas in den Lungen de Patienten über die Gabelung Y, den Schlauch HLa, da Ausatmungsventil EV (geöffnet), den Volumenmesse VM und das Rückschlagventil NRV₃ (geöffnet) in dii Atmosphäre entweichen kann.

Während der Ausatmungszeit werden die Balgen B und Bi mit Beatmungsgas gefüllt, bis das erforderlich! Volumen für einen Atemzug gespeichert ist um wahrem der nächsten Einatmungsperiode dem Patienten verab reicht zu werden.

Nach der Erfindung sind die Balgen mit einen Verschiebungswandler VT?, versehen. Dieser wird ii Form eines Potentiometers dargestellt, dessen Schiebe kontakt durch den Balgen betätigt wird. Eine festi Gleichspannung wird an die äußeren Klemmen de: Potentiometers VR\ angelegt und das Ausgangssigna SS wird auf die dargestellte Art und Weise den Schiebekontakt entnommen; dieses Ausgangssignal is ein Gleichspannungssignal, das der Stellung der Balgei und folglich dem Inhalt der Balgen proportional ist. Dif Art und Weise wie dieses Signal dazu verwendet wird den Inhalt der Balgen und auf diese Weise das für einei Atemzug erforderliche Gasvolumen bis zu einen vorgegebenen Wert genau abzumessen, wird nächste hend anhand der F i g. 2 näher beschrieben, die eii Blockschaltbild der elektronischen Steuerschaltung eines erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes darstellt.

Eine Programmschaltuhr mit einer bekannten Ar von Multivibrator MV, der in F i g. 3 in Einzelheitei dargestellt ist, wird dazu verwendet, die Einatmungs und Ausatmungsphasen programmäßig zu steuern unc die Steuerwiderstände sind als in Zeiteinheiten geeicht! Potentiometer VR₃ bzw. VR₄ dargestellt und auf den Hauptschaltpult des Beatmungsgerätes angeordnet. Da: Potentiometer VR\ zur Anzeige des Inhaltes der Balgen das die Höhe der Balgen und folglich das Volumen de; darin vorhandenen Gases auf die obenstehend beschrie bene Art und Weise anzeigt, gibt an einem erster Eingang einer ersten Vergleichsschaltung COi eir analoges Signal. Das Potentiometer V/?₂ ist der Wandlei zum Einstellen der genau abgemessen Beatmungsgas menge und gibt ein analoges Signal, das das in der Balgen erforderliche Volumen darstellt, am zweiter Eingang der Vergleichsschaltung COi. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung wird über einen Verstärker dem einen Eingang eines UND-Torcs Gi zugeführt

dessen anderem Eingang das Ausatmungssignal vom Multivibrator MV zugeführt wird. Das Ausgangssignal des UND-Tores Gi wird über einen Signalverstärker A\ und einen invertierenden Leistungsverstärker Ai dem Ausatmungsventil Si zugeführt, das obenstehend anhand der F i g. 1 beschrieben wurde. Das Ausatmungssignal des Multivibrators MV wird über einen Signalverstärker A3 und einen invertierenden Leistungsverstärker A* dem Einatmungsventil Sx zugeführt.

Es wird vorausgesetzt, daß der Multivibrator in den zur Einatmungsphase gehörenden Zustand geschaltet ist, so daß es eine logische »1« am Einatmungsausgang und eine logische »0« am Ausatmungsausgang gibt.

Die »1« am Eingang des Verstärkers Az tritt als »0« (Erde) am Ventil Si auf und setzt dieses außer Betrieb. Das am einen Eingang des UND-Tores Gi auftretende »O«-Ausgangssignal des Multivibrators hat das Auftreten einer »0« am Eingang des Verstärkers A\ zur Folge und auf diese Weise das Auftreten einer »1« am Ventil Si, das folglich unwirksam bleibt. Auf diese Weise wird während dieser Phase das Ventil S\ in Betrieb gesetzt und, wie anhand von F i g. 1 beschrieben wurde, die Balgen B\ — Bi werden zusammengezogen und dem Patienten wird Beatmungsgas zugeführt.

Am Ende der Einatmungsphase, deren Zeitdauer durch die Einstellung des Potentiometers VRz bestimmt wird, kippt der Multivibrator in den Zustand, der der Ausatmungsphase entspricht, so daß die Ausgangssignale umgekehrt sind. Das Ventil S\ wird also nicht mehr erregt und das Ventil Si wird über das Tor Gi in Betrieb gesetzt, an dessen oberem Eingang eine »1« auftritt, die über den Verstärker A5 von der Vergleichsanordnung Co\ herrührt. Die Vergleichsanordnung COi 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 bereits erwähnt, eine »1« an den beiden Eingängen des UND-Tores Gi auf, so daß am Ventil Si, das dann wirksam wird, eine »0« auftritt.

Die Tatsache, daß das Solenoid des Ventils S] nicht langer erregt und das Solenoid des Ventils Si in Betrieb gesetzt wird, hat zur Folge, daß die Beatmungsschaltung auf die Ausatmungsphase umschaltet und die Balgen ausdehnen. Das am oberen Eingang der Vergleichsschaltung COi auftretende Potential nimmt auf diese Weise immer weiter zu, bis es den Wert erreicht, der zuvor mit dem Gasvolumenpotentiometer VRi eingestellt worden ist, zu welchem Zeitpunkt die Vergleichsschaltung eine Gleichheit der Eingangssignale feststellt und das Ausgangssignal von einer »1« in eine »0« ändert. Dies sperrt das UND-Tor G₂, so daß das Solenoid des Ventils S2 nicht mehr erregt wird und die Balgen B]-Bi nicht weiter ausdehnen können. Die Balgen enthalten nur das für einen Atemzug erforderliche Beatmungsgasvolumen, wie dies zuvor durch Einstellung des Gasvolumenpotentiometers VRi bestimmt worden ist.

Das Tor G] ist ein analoges Tor, das das vom Volumenpotentiometer VRi herrührende Signal ungeändert durchläßt, es sei denn, daß dem unteren Eingang über die Leitung a ein Sperrsignal »1« zugeführt wird. Die Aufgaben der Leitungen a, k c, d, e und/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 Behälter für Beatmungsgas, der durch die Balgen B\ und Bi gebildet wird, und dem Patienten wenigstens teilweise gesperrt ist, kann die Verringerung der Gasdurchströmung dazu führen, daß während der Einatmungsphase nicht das vollständige Volumen, das für einen Atemzug notwendig ist, dem Patienten zugeführt wird. Auf diese Weise werden die Balgen während dieser Zeit nicht völlig leer strömen. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die Tatsache, daß der Anzeigewandler VRi nicht nur dazu verwendet wird, das für einen Atemzug erforderliche Volumen, sondern auch den leeren Zustand der Balgen anzuzeigen, daß ein Alarmsignal gegeben wird, wenn eine Absperrung auftritt.

Dazu wird das Ausgangssignal des Potentiometers VRt im Wandler CO2 mit dem von einem voreingestellten Potentiometer VR5 herrührenden Signal verglichen, welches Potentiometer auf den Leerzustand der Balgen eingestellt ist. Diese voreingestellte Reglung wird bei erster Erprobung des Beatmungsgerätes eingestellt und ist auf dem Schaltpult nicht angegeben. Das Ausgangssignal der Vergleichsanordnung CO2 wird über ein UND-Tor C?3 dem Eingang eines monostabilen Multivibrators MSi mit Zeiteinstellung einer bekannten Art zugeführt. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators liefert ein Alarmsignal, das in der betreffenden Ausführungsform dazu verwendet wird, eine Lampe zu zünden, aber die Alarmanordnung kann selbstverständlich auch eine andere Form haben.

Solange die Balgen Gas enthalten, sind die Eingangssignale für die Vergleichsanordnung CO2 ungleich, so daß diese ein Ausgangssignal »1« liefert. Dieses Ausgangssignal »1« hält über den Verstärker Ai das UND-Tor G₃ im wirksamen Zustand, solange die Balgen nicht leer oder wenigstens im Zustand minimalen Inhalts sind. Am Ende der Einatmungsphase müssen die Balgen die für einen Atemzug erforderliche Gasmenge dem Patienten zugeführt und den Zustand minimalen Inhalts erreicht haben. Die Vergleichsschaltung CO2 ermittelt

■to diesen Zustand und das Ausgangssignal ändert in eine »1«, wodurch das Tor Gj gesperrt wird. Wenn die Balgen am Ende der Einatmungsphase ihren Inhalt nicht los sind, bleibt das Tor Gz gesperrt. Das Ausgangssignal »0«, das beim Übergang zur Ausatmungsphase am Einatmungsausgang des Multivibrators MVauftritt wird durch den Kondensator C differenziert, so daß am unteren Eingang des Tores Gz ein kurzer »O«-Impuls entsteht, welches Tor dann am Ausgang einen »0«-Impuls liefert. Dieser kurze Impuls triggert den monostabilen Multivibrator MSi, 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 Ausatmungsphase ein Alarmsignal gegeben, um jemand darauf aufmerksam zu machen, daß es einen Fehler gibt. 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 Ausführungsform ist, etwas 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 eine dritte Vergleichsan-

Ordnung CCh vorgesehen, deren Ausgangssignal über einen invertierenden Verstärker A₇ einem weiteren monostabilen Alarmtrigger MS₂ und dem Teil für die Ausatmungsphase des Multivibrators MV zugeführt wird.

Am Eingang PM der Vergleichsanordnung CCh 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 32 208 der Anmelderin beschrieben. Ein Patiententriggerpotentiometer V7?6 ist 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 um 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 PM ein Signal liefert, das dem zuvor mit Hilfe des Potentiometers VR^ eingestellten Wert entspricht, wird die Vergleichsanordnung CO₂ wirksam und liefert ein Ausgangssignal »1«. Dieses wird durch den invertierenden Verstärker Aj in ein »O«-Signal umgewandelt, so daß der monostabile Multivibrator MS₂ getriggert wird und ein Alarmsignal mit fester Dauer gibt, auf dieselbe Art und Weise, wie dies beim monostabilen Multivibrator MS\ der Fall ist. Das Signal »0« wird auch dem Ausatmungsteil des Multivibrators MV zugeführt und bewirkt, daß dieser sofort auf die Einatmungsphase umschaltet und auf diese Weise dem Patienten bei seinem Versuch einzuatmen hilft.

Wie ersichtlich werden in der logischen Schaltung der beschriebenen Ausführungsform normale sowie 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, beispielsweise 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 NICHT-UND-Toren gründet, und die Wirkung desselben ist an sich bekannt. Es sind Zeitbestimmungsanordnungen 71 und T₂ vom Typ, der die /?C-Zeitkonstante benutzt, vorgesehen, die mit von außen her zu betätigenden Einstellpotentiometern V7?₄ bzw. VR3 zur Bestimmung der Zeitdauer, während der sie wirksam sind, ausgestaltet sind. Die Flip-Flop-Wirkung des Multivibrators wird durch kreuzgekoppelte NlCHT-UND-Tore G₅ und G_s erhalten, die eine bistabile Triggerschaltung bilden und die Trägereingangssignale fürdie Zeitbestimmungsanordnungen werden den Komplementärausgangen der Tore G5 und Go über Umkehranordnungen Gn und Gy entnommen. Wenn eine Zeitbestimmungsanordnung 71 oder T₂ das Ende der Wirkungsdauer erreicht, schaltet die Änderung des Ausgangssignals die bistabile Triggerschaltung um, die ihrerseits bewirkt, daß der Zeitbestimmungskondensator in der betreffenden Zeitbestimmungsanordnung entladen wird und daß mit dem Laden des Zeitbestimmungskondensators der anderen Zeitbestimmungsanordnung angefangen wird.

Es dürfte einleuchten, daß, wenn der Multivibrator sich im Zustand der Ausatmungsphase befindet, der Empfang einer »0« am Eingang des Tores Ch, welches Signal vom invertierenden Verstärker Αη der Patiententriggerschaltung (F i g. 2) herrührt, bewirkt, daß die bistabile Triggerschaltung 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 G₆ herrührt, dazu verwendet werden kann, eine gesonderte Einatmungszeitbestimmungsanordnung einzuschalten, daß ein Signal an der Leitung d dazu benutzt werden kann, die Zeitbestimmungsanordnung T₂ dadurch zu sperren, daß ihr Eingang auf »0« gehalten wird und daß das Ausgangssignal der gesonderten Zeitbestimmungsanordnung über die Leitung e die Einatmungszeit des Multivibrators regeln kann.
So wird im grundsätzlichen Multivibrator die Möglichkeit geboten, die Einatmungszeit desselben mittels einer gesonderten Zeitbestimmungsanordnung zu regeln. Eine derartige gesonderte Zeitbestimmungsanordnung kann als Teil einer Tiefeinatmungseinheit angewandt werden, welche Einheit die obenstehend beschriebene Tiefeinatmungsfunktion hat. Eine derartige Einheit wird nun anhand der F i g. 4 näher erläutert, wobei die Verbindungen dieser Einheit mit der grundsätzlichen Steuerschaltung des Beatmungsgerätes, wie diese anhand der F i g. 2 und 3 beschrieben wurde, durch a, b, c, d e und / in den betreffenden Figuren angegeben sind.

Die Tiefeinatmungseinheit nach F i g. 4 ist in zwei Hauptteile, eine zusätzliche Zeitsteueranordnung für die Einatmungsphase des Multivibrators, und eine Zwischenraumzeitbestimmungsanordnung, die aus einem Impulsgenerator (einer weiteren Zeitsteueranordnung) besteht und einen Zähler aufgeteilt. Die Einatmungszeitsteuereinheit enthält eine Zeitbestimmungsanordnung T) deren Wirksamkeitsdauer durch das Zeitkonstante-Potentiometer VRi, das Eingangs-UND-Tor Gn, die Ausgangsumkehranordnung Gh bestimmt wird. Das Ausgangssignal der Umkehranordnung Gh wird den Rückstelleingängen zweier bistabiler Triggerschaltungen BS\ und BS₂ und ebenfalls über die Leitung e_ dem

so NICHT-UND-Tor G₉ in der Umkehranordnung(F i g. 3) zugeführt. Das Ausgangssignal vom Ausgang Q der bistabilen Anordnung BS₂ wird im Sperreingang des Tores G^(F ig. 3) aber die Leitung c/und ebenfalls dem Sperreingang eines analogen Tores G15 zugeführt.

Dieses Tor ist vom selben Typ wie das Tor Gi (F i g. 2) und ersetzt dieses daher während einer Tiefeinatmungsperiode. Das Tor läßt das vom Tiefeinatmungsvolumenregelpotentiometer VRa herrührende Signal zur Leitung b durch, und zwar solange ein »!«-Signal am oberen Eingang vorhanden ist, während das Tor gesperrt ist, wenn ein »0«-Signal am Sperreingang vorhanden ist.

Der Taktimpulsgenerator der Tiefeinatmungszwischenraumzeitbestimmungsanordnung enthält eine Zeitbestimmungseinheit T₄ (entsprechend den obengenannten Zeitbestimmungseinheiten), die beispielsweise von 0,25 bis 7 Sekunden einstellbar ist, eine monostabile Anordnung MS3, eine Umkehranordnung Gu und einen invertierenden Verstärker An, die eine geschlossene

Schleife bilden. Die erzeugten Impulse werden aus dem Ausgang der Umkehranordnung Ga dem Eingang eines aus acht Stufen bestehenden binären Zählers (d. h. einem Zähler, der bis 256 zählen kann) CTR zugeführt. Die Ausgangssignale dieser acht Stufen werden in einem NICHT-UND-Tor G», das den »alle-1-Zustand« des Zählers feststellt (d. h. die höchste Stellung, bevor der Zähler beim nachfolgenden Eingangsimpuls wieder auf Null rückgestellt wird) zusammengefügt. Das Ausgangssignal des NICHT-UND-Tores G20 wird durch cie Umkehranordnung Gi₉ umgekehrt und dem Einstelleingang der bistabilen Triggerschaltung BS\ zugeführt.

Zur Erleichterung einer Erläuterung der Wirkungsweise des Taktimpulsgenerators wird vorausgesetzt, daß die monostabile Triggerschaltung MSz sich im ungetriggertem Zustand befindet, d.h. es gibt eine »1« am O-Ausgang. Dies wird durch Umkehrung durch die Umkehranordnung C\i eine »0«, die wieder durch den invertierenden Verstärker A» in eine »1« umgewandelt wird. Die dem Eingang der Zeitbestimmungsanordnung Ti, zugeführte »1« bewirkt, daß mit dem Laden des Zeitbestimmungskondensators der Zeitbestimmungseinheit 7« angefangen wird. Nach Verlauf einer Zeitdauer, die durch die flC-Zeitkonstante bestimmt wird, liefert die Zeitbestimmungsanordnung ein »O«-Signal am Ausgang. Dieses Signal triggert die monostabile Triggerschaltung MS3, deren getriggerter Zustand beispielsweise 1 Millisekunde_dauert, während welcher Zeit das Ausgangssignal am O-Ausgang »0« ist. Diese »0« wird in eine »1« umgewandelt, die zur Lieferung eines Taktimpulses am Zähler CTR notwendig ist und im invertierenden Verstärker As wieder in eine »0« umgewandelt wird. Dieser »O«-Impuls entlädt den Zeitbestimmungskondensator und nach Ablauf des Impulses fängt die Zeitbestimmungsanordnung wieder mit der Zeitperiode an. Auf diese Weise wird eine Reihe von Taktimpulsen mit einer Impulsdauer von 1 Millisekunde erzeugt, die dem Eingang des Zählers CTR zugeführt wird. Wenn der Zähler die höchste Stellung erreicht hat (bei dieser Ausführungsform nach 256 Impulsen) bewirkt der »alle-1 «-Zustand, daß das NICHT-UND-Tor G20 eine »0« am Ausgang liefert, die durch die Umkehranordnung G19 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 Täefeinatmungsphase muß selbstverständlich in dem Augenblick anfangen, wo der Multivibrator aus der Ausatmungsphase in die Einatmungsphase umschaltet und folglich muß die Tiefeinatmungssteuerung diesen Augenblick abwarten. Inzwischen wird der Zähler auf Null zurückgestellt und fängt wieder zu zählen an, der »alle-1 «-Zustand ist vorbei und folglich muß die höchste Zählstellung-lnformalion aufbewahrt werden, bis die nachfolgende Einatmungsphase anfängt. Das Ausgangssignal »1« der bistabilen Triggerschaltung BS^ wird dem Einstelleingang der bistabilen Triggerschaltung BS₂ ω 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 MV aus einer Einatmungsphase in eine Ausatmungsphase (F i g. 3) erscheint eine »0« am Ausgang des Tores Gio und daher wird die bistabile Triggerschaltung BSi nun über die Leitung/getriggert und liefert eine »1« an seinem Q-Ausgang und eine »0« an seinem Q-Ausgang. Die »1« am Regeleingang des Tores G15 ermöglicht es nun, daß das Tor das analoge Signal, das das erforderliche Tiefeinatmungsvolumen repräsentiert, das durch das Potentiometer VRg eingestellt worden ist über die Leitung b zum Eingang der Vergleichsanordnung COi (F i g. 2) durchläßt. Dieselbe »0« sperrt über die Leitung b das UND-Tor Gi₂ (F i g. 3) und macht auf diese Weise die Einatmungszeitbestimmungsanordnung des Multivibrators unwirksam. Die »1« am Q-Ausgang der bistabilen Triggej^schaltung BS₂ macht das Tor Gu frei, und die »0« am Q-Ausgang sperrt über die Leitung a.das analoge Tor G\ (F i g. 2). Auf diese Weise wird das Einstellpotentiometer VR₂ für das normale Gasvolumen durch das Potentiometer VRi für das Tiefeinatmungsvolumen am Eingang der Vergleichsanordnung COi ersetzt. Die Balgen werden nun mit dem Tiefeinatmungsvolumen statt mit dem normalen Volumen gefüllt. Die »0«, die im Umschaltzeitpunkt an der Leitung c aufgetreten ist, wird durch die Umkehrschaltung G₁₆ in eine »1« umgekehrt, und das UND-Tor Gu wird nun freigemacht. Die »1« am Eingang der Tiefeinatmungszeitbestimmungsanordung Ti hat zur Folge, daß diese ihre Zeitsteuerphase anfängt. Nach Verlauf dieser Phase, die durch die Einstellung des Tiefeinatmungszeitpotentiometers VR₇ bestimmt wird, tritt eine »1« am Ausgang der Zeitbestimmungsanordnung auf, die durch das Tor Gu in eine »0« umgekehrt wird, welche die bistabilen Triggerschaltungen BS\ und BS₂ zurückstellt und über die Leitung erlern Multivibrator MVzugeführt wird, so daß dieser auf die Ausatmungsphase umschaltet.

Auf diese Weise wird periodisch, und zwar mit Zwischenräumen, die durch die Einstellung der Zeitkonstante der Zeitbestimmungsanordnung Ti bestimmt werden, dem Patienten während einer Tiefeinatmungsphase ein Tiefeinatmungsgasvolumen zugeführt, wobei die normalen Steueranordnungen während dieser einen Phase außer Betrieb gesetzt wird.

Am Ende dieser Phase schaltet der Multivibrator wieder auf die Ausatmungsphase um. Dies läßt den obenstehend beschriebenen Schaltprozeß in der umgekehrten Reihenfolge ablaufen, wobei die Steuerungen, welche die normalen Steuerungen rückgängig machen, wieder aufgehoben werden, so daß die Schaltung in den normalen Arbeitstakt zurückkehrt, bis der Tiefeinatmungszwischenraumzähler CTR wieder die höchste Stellung erreicht, d. (1. nach einem Zwischenraum von etwa 1 bis 30 Minuten, je nach der Einstellung des Zeitkonstantenpotentiometers VR₉.

Manchmal ist es erforderlich, daß auf Wunsch eine Tiefeinatmung stattfindet, beispielsweise für Physiotherapie, um die Lungen mit Hilfe von mit den Händen ausgeübtem Druck nach einer Tiefeinatmung zu entleeren. Dazu gibt es einen Druckknopf, der im wesentlichen ein Ausgangssignal liefert, das dem Signal, das die höchste Stellung des Zählers CR angibt, entspricht. Die Betätigung des Tiefeinatmungstriggerknopfes S7'hat zur Folge, daß eine »0« am Eingang der Umkehranordnung 20 auftritt, wonach die Wirkung der Schaltung weiter demjenigen entspricht, das in bezug auf die periodische Wirkung beschrieben worden ist. Wenn der Knopf ST losgelassen wird, wird die »0« durch die Umkehranordnung /21 umgekehrt, und zwar in eine »1«, die durch den Kondensator C₂ differenziert wird, so daß ein kurzer »l«-!mpuls entsteht, der den Rückstelleingängen sämtlicher Stufen des Zählers zugeführt wird. Auf diese Weise wird der Zähler in die

Zählstellung Null zurückgestellt, was gewährleistet, daß der ganze Zwischenraum verlauf' bevor wieder eine Tiefeinatmung geliefert wird. Dies vermeidet, daß der Zähler sehr kurz nach tiner von Hand verursachten Tiefeinatmung wieder eine solche Tiefeinatmung herbeiführen könnte.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Beatmungsgerät der zeitgesteuerten Art mit einer Programmschaltuhr zur Steuerung eines Beatmungszyklus mit einer Einatmungsphase und einer Ausatmungsphase, deren Zeitperioden einstellbar sind und mit welchem 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-, -Speicher- und -Austreibfunktion desselben, mit einer Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Augenblicksgröße des Inhaltes des Gasbehälters und mit Einstellmitteln zum Einstellen der Größe einer genau abzumessenden Gasmenge, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung einen ersten Wandler (VR 1) enthält, dessen Ausgangssignal in Größe ein Maß ist für die Augenblicksgröße des Inhaltes des Gasbehälters, daß die Einstellmittel zum Einstellen der Größe der genau abgemessenen Gasmenge einen zweiten Wandler (VR 2) umfassen, dessen Ausgangssignal in Größe 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 Wandlers mit einem zweiten Signaleingang einer Vergleichsanordnung (CO 1) und daß ein Signalausgang der Vergleichsanordnung mit einem Schalter zum Ein- und Ausschalten der Antriebsanordnung des Gasbehälters gekoppelt ist.

2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine zweite Vergleichsanordnung (COT) umfaßt, wobei der Signalausgang des ersten Wandlers (VR 1) mit einem ersten Signaleingang der Vergleichsanordnung und ein zweiter Signaleingang derselben mit einem Signalausgang einer EinstellanordnungfVT? 5) gekoppelt ist, mit deren Hilfe ein Ausgangssignal eingestellt werden kann, das dem Ausgangssignal des ersten Wandlers entspricht, wenn sich der Gasbehälter im Zustand von minimalem Inhalt befindet. so

3. Beatmungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang der zweiten Vergleichsanordnung (COT) mit einem ersten Signaleingang einer Alarmschaltung (LPi) gekoppelt ist zum Abgeben eines Alarmsignals am Anfang einer Ausatmungsphase beim Fehlen eines Eingangssignals am ersten Signaleingang, wobei ein zweiter Signaleingang der Alarmschaltung mit einem Signalausgang der Programmschaltuhr (MV) gekoppelt ist.

4. Beatmungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmschaltung eine monostabile Triggerschaltung (MS 1) zum Beibehalten eines Alarmsignals während einer durch die Triggerschaltung zu bestimmenden Zeitdauer enthält.

5. Beatmungsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät zweite Einstellmittel enthält zum Einstellen der Größe einer genau abzumessenden Gasmenge, welche Einstellmittel einen dritten Wandler (VR 8) enthalten, dessen Ausgangssignal in seiner Größe ein Maß für eine während eines Beatmungszyklus genau abzumessende Gasmenge ist, daß es eine der bereits genannten Programmschaltuhr (MV) zugeordnete Zeitsteueranordnung (T3) enthält zur Beibehaltung einer Einatmungsphase während einer bestimmten einstellbaren Zeitdauer, daß die genannten zweiten Einstellmittel und die zugeordnete Zeitsteueranordnung über eine Torschaltung (Q 15) mit der Programmschaltung (MV) und dem zweiten Signaleingang der ersten Vergleichsanordnung (COi) verbunden sind, und daß die Torschaltung (Q 15) einen Signaleingang hat für ein Prioritätssignal, bei dessen Vorhandensein nach Beendung einer vorhergehenden Ausatmungsphase eine Einatmungsphase folgt, deren Zeitdauer durch die zugeordnete Zeitsteueranordnung und die dem Patienten zugeführte Gasmenge durch die Einstellung der zweiten Einstellmittel bestimmt werden.

6. Beatmungsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prioritätssignaleingang der Torschaltung mit einem Taktimpulsgenerator (T4, CTR) einer Tiefeinatmungszwischenraumzeitbestimmungsanordnung gekoppelt ist.