DE2739954C2 - Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät - Google Patents

Description

net, daß er sowohl Frischluft aus der Atmosphäre als auch Sauerstoff aus einem Atembeutel ansaugen kann. Der Patient hat im Falle des Hustens noch die Möglichkeit, über ein Druckbegrenzungsventil gefilterte Luft aus der Atmosphäre zusätzlich aufzunehmen.

Die in der Injektorschaltung gasführenden Leitungenstehen direkt oder indirekt mit Wegeventilen in Verbindung, die von der separaten Steuerung im Rhythmus der Atemfrequenz und des Atemzeitverhältnisses betätigt werden. Die Wahl der Beatmungsart erfolgt über ein weiteres Wegeventil, welches unmittelbar auf die Steuerung einwirkt.

Das Beatmungsgerät ist zu dem für eine Oberdruckbeatmung mit endexpspiratorischem überdruck geeignet, erlaubt eine Wechseldruckbeatmung und gestattet die Eingab? vorprogrammierter vertiefer Atemzüge. Es warnt lebensbedrohliche Zustände wie z. B. die Überschreitung oder Unterschreitung des vorgewählten Beatmungsdruckes, der Frequenz und des Antriebsdrukkes. Abgesehen von der weiteren Schaitungsmögüchkeit auf eine Mischsteuerung verfügt die Genäesteuerung über geeignete technische Mittel, die entsprechend einer durch die medizinische Indikation getroffene Auswahl charakteristischer Atemkurvenverläufe den Beatmungsprozeß regeln. Damit werden zwar zeitgesteuerte, druckgesteuerte, strömungsgesteuerte und volumengesteuerte Vorgänge der bekannten Arten von Beatmungseinrichtungen in nur einem Beatmungsgerät realisiert, doch ist dieses u. a. für lange andauernde Beatmung bestimmt und findet schon deshalb in der Intensiwersorgung eine bevorzugte Anwendung.

Die Erfindung bezweckt die Einsatzmöglichkeit eines Beatmungsgerätes im stationär unabhängigen Bereich, das trotz seiner geringen Masse und Abmessungen bei gleichzeitig sparsamsten Gasverbrauch die Grundfunktionen einer kontrollierten und assistierten Beatmung als IPPB gewährleistet

Die Erfind'tng stellt sich daher die Aufgabe, ein für schnelle medizinische Hilfe bestimmtes Beatmungsgerät zu entwickeln, das in Analogie zur oben zuletzt genannten Gerätesteuerung einen geschlossenen Steuerkreis aufweist, der jedoch strikt vom Atemkreis getrennt ist und der trotz einer geringeren Anzahl seiner technischen Mittel einen Atemgasflue mit stufenweiser Einstellung des Sauerstoffanteiles ermöglicht. Durch die Erfindung soll noch der Ausnutzungsgrad vorhandener Steuerelemente erhöht werden, die den Steuerprozeß jener im Anwendungsgebiet geschilderten Einstellmöglichkeiten sichern.

Die gestalte Aufgabe w^rd gemäß dem Kennzeichen des Erfindungsanspruches gelöst durch ein der pneumatisch logischen Steuerung nebengeordnetes zweites Wegeventil, das von Hand zu betätigen ist und ein einer Injektorschaltung nebengeordnetes drittes Wegeventil, das pneumatisch zu betätigen ist, weiter durch ihre gegenseitige und zu einem zwischen Steuerung und Ansaugventil der Injektorschaltung eingeschaltetem ODER-Glied fortgesetzte Signalverknüpfung und durch die Bildung überlagerter sowie voneinander trennbarer Steuerstrecken, von denen eine mit dem zweiten handgesteuerten Wegeventil versehene erste Steuerstrecke abzweigend zwischen Druckminderer und der Steuerung zum Steuereingang des dritten Wegeventils und zum ODER-Glied geschaltet ist, und eine mit dem dritten Wegeventil versehene zweite Steuerstrecke abzweigend zwischen erstem Wegeventil und einer Drossel über eine weitere Drossel in die Inspiraeinmündet Ίίε ihrerseits mit einem an die Steuerung angeschlossenenen Schwellwertschalter und einem mit diesem signalverknüpften weiteren Wegeventil mit Atemdruckmesser verbunden ist

Durch die Erfindung werden die bisher mit relativ aufwendigen Mitteln oder mit einer kompakten Steuerung erreichbaren Grundfunktionen mit einer relativ kleinen Anzahl von Bedienelementen gesteuert Hinzu kommt, daß die pneumatisch eine kalibrierte Einstellung der Frequenz und des Atemzeitverhältnisses ermöglichende Steuertechnik, insbesondere die erfinderische Bypaßsteuerung bzw. ihre überlagerten Steuerstrecken auch eine wahlweise Auffrischung des Atemgasstromes gestattet, welche vorzugsweise für eine stufenweise Eingabe der Sauerstoffanteile von21%, ca. 50% und 100% ausgelegt ist Abgesehen von einer sicheren Atemdruck- und Atemvolumenkontrolle kann das für den Patienten jeweils zweckgünstigste Gasvolumen noch mit Medikamenten angereichert oder befeuchtet werden.

Die Verabreichung eines Medikamentes oder angefeuchteten Aterngases kann gemäß eiist-r Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die die Steuerung mit dem pneumatisch gesteuerten ersten Wegeventil direkt verbindende Leitung einen Abzweig zu einem Verstärker aufweist, der im wesentlichen aus zwei logisch geschalteten Doppelmembranrelais besteht und der über eine Signalleitung mit einem für die Ankopplung eines Verneblers oder Anfeuchters bestimmten Anschlußstutzen verknüpft tat

Die Verknüpfungen mit der logisch geschalteten Steuerung werden derart mit Signal belegt, daß während einer Inspiration am pneumatisch gesteuerten ersten Wegeventil sowie am Exspirationsventil ein L-Signal und am ODER-Glied O-Signa! anliegt, dagegen während einer Exspiration die Signalgabe umgekehrt ist. Durch die Belegung des ODER-Gliedes mit L-Signal ist die Verbindung der Saugseite des Injektors zur Atmosphäre durch das Ansaugventil blockiert.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung wird ein Geräteschema dargestellt, das grundsätzlich bekannte Elemente der pneumatischen Steuerungssysteme verwendet Das schematisch gezeigte Beatmungsgerät dient vor allem der schnellen medizinischen Hilfe, was besonders durch sein von stationären Anlagen unabhängiges Versorgungssystem, seine geringe Masse und seine geringen Abmessungen gewährleistet ist Unter Ausnutzung logisch beeinflußter Elemente, wie sie beispielsweise in der Schaltung als Wegeventil 1, Ansaugventil 2, Exspirationsventil 3 oder Schwellwertschalter 4 enthalten und im Komplex der Schaltung in sinnvoller Weise angeordnet sind, werden die Grundiunkf-'/Pen der kontrollierten und assistierten Beatmung sowie andere wichtige Beatmungsprozesse gesteuert. Ihre Funktionen im einzelnen sind wie bereits gesagt, an sich bekannt und müssen hbr nicht beschrieben werden.

Das der Erfindung zugrundeliegende Beatmungsgerät, dessen Antrieb wahlweise mit Luft oder Sauerstoff erfolgt und bei dem diese gleichzeitig als Nährgas verwendete Antriebsgase in ihrer Wirksamkeit durch ein handbetätigtes Wegeventil 5 beeinflußt werden, ist mit für ölfreien Druckluft- und Drucksauerstoffversorgungsanschluß ausgelegten Richtungsventilen 6; 7 versehen, die über Filter 3 einerseits mit dem Wegeventil 1, andererseits mit einem Druckminderer 9 verbunden sind. Letzterer sorgt für die Einspeisung eines konstanten Gasdruckes von 1,4 kp/cm² in die Steuerung 26! an die er angeschlossen ist. Seine abgehende Druckleitung

ist außerdem an ein zweites Wegeventil 13 geführt, das mit einem dritten Wegeventil 12 und einem zwischen Steuerung 26 und Ansaugventil 2 eingeschaltetem ODER-Glied 25 signalverknüpft ist. Hierbei ist das ODER-Glied 25 mit seinem zweiten Eingang an die Steuerung 26 angeschlossen, so daß die mit dem zweiten Wegeventil 13 gebildete Steuerstrecke einen Teil einer der Steuerung 26 nebengeordneten Bypaßsteuerung darstellt. Zwei weitere zu ihr gehörende Steuerstrecken werden über eine Signalverbindung der Steuerung 26 mit dem ersten Wegeventil 1 eingeleitet, die von diesem ausgehend einmal über das dritte Wegeventil 12 und eine verstellbare Drossel 11 geleitet in die Inspirationsleitung 27 und zum anderen über eine verstellbare Drossel 10 geleitet, in einen Injektor 15 einmünden. Der Injektor 15 besitzt einen seitlichen Anschluß zum Ansaugventil 2, dessen Membrankammer mit dem Ausgang des Oder-Gliedes 25 signalverknüpft und dessen Federkammer mit einem Ansaugfilter 16 und unter Druckbegrenzungsventil 17 verbunden ist.

Dieses und ein Überdruckbegrenzungsventil 18 sind der ausgangsseitig an den Injektor 15 angeschlossenen Inspirationsleitung 27 zugeordnet, die ihrerseits einen Signalanschluß zu dem mit der Steuerung 26 verknüpften Schwellwertschalter 4 und zu einem von Hand zu betätigenden Wegeventil 20 mit zuschaltbarem Atemdruckmesser 21 besitzt.

Das Exspirationsgas wird über ein Exspirations-Rückschlagventil 23 geführt, das unter Zwischenschaltung eines Atemvolumeters 22 und dem sich anschließenden Exspirationsventil 3 mit der Steuerung 26 in Verbindung steht. Für den Fall einer assistierten IPPB ist eine optische Anzeige 24 vorgesehen, die von der Steuerung 26 zu betätigen ist. Es ist auch möglich, jeden kontrollierten Atemzug über die optische Anzeige 28 kontroiiiähig zu machen.

Wie bereits weiter vorn dargelegt, ermöglicht die Bypaßsteuerung eine für Rettungszwecke sinnvolle gestufte Veränderung der Sauerstoffanteile im Atemgasstrom, und zwar von 21% auf ca. 50% und 100%. Die Gewährleistung von 21% erfordert den Antrieb mit ölfreier Druckluft, die über das Richtungsventil 7 eingeleitet wird. Das Wegeventil 5 ist von Hand auf die Stellung »Durchgang« geschaltet und löst damit eine nicht gezeichnete Sperre für den Sauerstoffzufluß bzw. -an-Schluß aus. Das Wegeventil 12 befindet sich im Zustand »kein Durchgang«, das ODER-Glied hat inspiratorisch 0-Signal.

Wird ca. 50% Sauerstoffanteil im Nährgas gefordert, so ist das Wegeventil 5 in die Stellung »kein Durchgang« zu schalten. Mit diesem Schaltvorgang wird die Zuführung von Sauerstoff über das Rückschlagventil 6 eingeleitet, nicht aber seine Verwendung für die Steuertechnik. Hierfür dient auch weiterhin die noch immer zufließende Druckluft Bei gleicher Stellung des Wegeventils 12 und inspiratorischem 0-Signal des ODER-Gliedes 25 wird gemäß dem Massestromverhältnis des Injektors 15 die Mischung von Druckluft und Sauerstoff durchgeführt.

Bei einem aus 100% Sauerstoff bestehenden Nährgas eo ist der Injektor 15 außer Betrieb zu nehmen. Der durch inspiratorisches L-Signal des ODER-Gliedes 25 verhinderte Sauganteil des Injektors 15, welcher zwangsläufig eine beträchtliche Reduzierung des Ätemzugvolumens zur Folge hätte, wird durch die Bypaßsteuerung, und zwar durch die Zuschaltung eines Völumenstromes über die Drossel 11 infolge der Schaltstellung »Durchgang« des Wegeventils 12 relevant kompensiert. Die u. U.

mögliche Volumen-Differenz kann an der Drossel Il korrigiert werden.

Diese BypaQsteucrung mit ihren drei Steuerstrecken hat besonders bei einer Schallungsumkehr, also bei einer Reduzierung des Sauerstoffes im Nährgas, große Vorteile; besonders dann, wenn von 100% Sauerstoff auf ein Gasgemsich zurückgeschaltet wird. Ohne die Bypaßsteuerung ist eine Gefährdung des Patienten nicht auszuschließen, und es werden an den Bedienenden besondere Anforderungen gestellt, die unter ilen Bedingungen der schnellen medizinischen Hilfe und insbesondere im Katastrophenfall unzumutbar sind.

Ist das Nährgas l00%igcr Sauerstoff, d;inn sollte bei vorhandener Druckluft diese für die Steuertechnik benutzt werden. In diesem Fall verbleibt das Wegeventil 5 in der Stellung »kein Durchgang«. Fehlt für den Steuerprozcß die Druckluft, kann als Antriebsmittel auch Sauerstoff vct wendet "werden. In dieser

ventil 5 in die Stellung »Durchgang« zu schalten.

Das in der Zeichnung dargestellte Geräteschema beinhaltet auch einen mit der Bezugs/ahl 14 gekennzeichneten Verstärker, der an die von der Steuerung 26 zum Wegeventil 1 geführte Signalleitung geknüpft ist. Er besteht aus zwei logisch geschalteten Doppelmembranrelais und ist mit einem Anschlußstutzen 19 verbunden. An diesem kann ein Vernebler (nicht gezeichnet) angeschlossvn werden, der nach dem Venturiprinzip betrieben wird.

Im Ausführungsbeispiel sind noch einzelne Schaltgruppen enthalten, die sich auf Detaillösungen des DD-WP 1 22 029 beziehen. Sie z. B. die Maßnahmen für Vo lumenkontrolle und die der Binäranzeige für assistierte oder kontrollierte Beatmung. Auf Grund ihrer Bekannt heit erübrigen sich diesbezügliche Ausführungen.

Anders verhält es sich mit der folgenden Maßnahm« zu einem Verriegelungsmeehanismus, der für die An schlußbclcgung Sauerstoff und/oder Druckluft be stimmt ist. Dieser wird in Relation zur Stellung des We geventils 5 und durch dieses so geschaltet, daß be Druckluftbetrieb 21% O2 und Stellung »Durchgang« di< Sauerstoffzuführung über das Richtungsventil 6 gc sperrt ist und bei Stellung »kein Durchgang« sowohl di< Sauerstoffzuführung als auch die Druckltiftzuführunj über die Richtungsventile 6; 7 erfolgt. Auf eine zeichne rische Darstellung des Verriegelungsmechanismus wur de hier verzichtet, da die Möglichkeiten seiner Kopp lung mit dem Wegeventil 5 mittels bekannter Schaltge stange vielfältig sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät, das mit einem Druckluftanschluß und mit einem Drucksauerstoffanschluß versehen ist, die über Richtungsventile und Filter mit einem Handschalter verbunden sind, der in Abhängigkeit von der Art der Druckgasversorgung eine Verbindung zu einem mit einer Steuerung verbundenen Druckminderer und eine Verbindung zu einem pneumatisch steuerbaren ersten Wegeventil herstellt, das über eine Drossel einen Zugang zu einem Injektor besitzt, welcher einerseits an ein Ansaugventil mit Steuerungs- und Atmosphärenanschluß, andererseits an eine für Inspiration bestimmte Patientenleitung mit Über- und Unterdrucksicherung geführt ist und as ein Exspirations-Rückschlagventil mit Patientenanschluß und in Strömunjfs-ichtung der Ausatmung mit diesem verbunden eis Atemvolumeter sowie ein mit der Steuerung signalverknüpftes Exspirationsventil aufweist, gekennzeichnet durch ein der Steuerung (26) nebengeordnetes zweites Wegeventil (13), das von Hand zu betätigen ist und ein der Injektorschaltung (2,10,15) nebengeordnetes drittes Wegeventil (12), das pneumatisch zu betätigen ist, weiter durch ihre gegenseitige und zu einem zwischen Steuerung (26) und Ansaugventil (2) eingeschaltetem ODER-Glied (25) fortgesetzte Signalverknüpfung, und durch die bildung überlagerter sowie voneinander trennbarer Steuerstrecken, von denen eine mit dem zweiten Wegeventil (13) versehene erste Steuerstrecke abzweigend irischen Druckminderer (9) und Steuerung (26) zum Steu*. reingang des dritten Wegeventils (12) und zum ODER-Glied (25) geschaltet ist, und eine mit dem dritten Wegeventil (12) versehene zweite Steuerstrecke abzweigend zwischen erstem Wegeventil (1) und Drossel (10) über eine weitere Drossel (11) in die Inspirationsleitung einmündet, die ihrerseits mit einem an die Steuerung (26) angeschlossenen Schwellwertschalter (4) und einem mit diesem signalverknüpften Wegeventil (20) mit Atemdruckmesser (21) verbunden ist.

2. Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Steuerung (26) mit dem pneumatisch gesteuerten ersten Wegeventil (1) direkt verbindende Leitung einen Abzweig zu einem Verstärker (14) aufweist, der im wesentlichen aus logisch geschalteten Doppelmembranrelais besteht und der über eine Signalleitung mit einem für die Ankopplung eines peripheren Gerätes bestimmten Anschlußstutzen (19) verknüpft ist.

3. Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungen mit der logisch geschalteten Steuerung derart mit Signalen belegt sind, daß während einer Inspiration am pneumatisch gesteuerten ersten Wegeventil (1) sowie am Exspirationsventil (3) ein L-Signal und am ODER-Glied (25) O-Signal anliegt, dagegen während einer Exspiration die Signalgabe umgekehrt ist.

4. Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Betriebsart 100% Sauerstoff durch die Belegung des ODER-Gliedes (25) mit L-Signal die Verbindung der Saugseite des Injektors (15) zur Atmosphäre durch das Ansaugventil (2) blockier! ist.

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät, bei dem die Steuerung eine kalibrierte Einstellung der Atemfrequenz und des Atem/.eilvcrhältnisses aufweist und bei dem im Gegensatz zur getrennten Einstellung von Inspinitionszcil und Exspirationszeit die Größen für den Atemrhylhmus unabhängig voneinander einsuustellen sind.

Es sind automatisch gesteuerte Beatmungsgerät bekannt, deren technische Mittel pneumatische l.ogikclemente und periphere Geräte sind, welche aus Bausteinen einzelner oder zusammengefügter Teile bekannter Baukastensysteme der Digitaltechnik bestehen und mit denen Fluß und Druck des Atemgases während Inspiration und Exspiration selbsttätig geregelt werden (DD-AP 1 05 563). Der Funktionsablauf solcher gesteuerten Systeme richtet sich bei der kontrollierten oder assistierten IPP-Beatmung nach fest vorgegebenen Eingangsgrößen und danach, ob dem Patienten ein Gas bis zu einem bestimmten Druck oder eine volumenmäßig abgemessene Menge des Atemgases zugeführt wird. Volumengesteuerten Beatmungssystemen haftet jedoch vielfach der Mangel an, daß auf eine sich veränderte Lungenfunktion keine oder nur eine relativ späte ausgleichende Reaktion erfolgt.

Andere Beatmmgssysteme wiederum vermeiden zwar diesen Nachteil, sie sind jedoch ausschließlch für den Einsatz im Hospital ausgelegt (DE-AS 21 02 837). Ihre vielseitige und routinemäßige Nutzung erfordert eine universelle konstruktive und kombinationsfähige Gestaltung des Beatmungsgerätes. Dieses besitzt durchaus eine gute Funktionstüchtigkeit, die aber aus verschiedenen Gründen mit relativ komplizierten und teuren technischen Mitteln gesichert sind.
Die hier anstehende Problematik versuchte man dadurch zu lösen, daß die den Fluß und den Druck des Atemgases selbsttätig regelnde Einrichtung mehrere unterlagerte Regelkreise aufweist. Einer der Regelkreise enthält eine Schaltung zur Fluß- und Drucksteuerung, eine Ventilanordnung, bestehend aus Regelventil und Inspirations-Exspirationsventil und eine Fluß- und Druckmeßeinrichtung, wobei dieser Regelkreis der Regelung des Flusses dient. Ein weiterer Regelkreis enthält die Schaltung zur Fluß- und Drucksteuerung, einen Umschalter, die Ventilanordnung und die Meßeinrichtung, wobei dieser Regelkreis zur Druckregelung dient. Bei der vorgeschlagenen Ausführungsform der Regeleinrichtung ist es also so, daß während des lnspiriums eine Flußregelung und während des Expiriums eine Druckregelung durchgeführt wird. Hier erscheint der Hinweis notwendig, daß mit solchen Regeleinrichtungen die Grenze des maximalen Atemgasflusses noch vor Beendigung der Inspirationsphase erreichbar ist, wodurch zwangsläufig ihre Umschaltung auf Druckregelung erfolgen würde. In einem solchen Fall wird das eingestellte Minutenvolumen des zu verabreichenden Alemgases nicht erreicht werden.

Die exakte und sichere Arbeitsweise läßt eine andere bekannte Lösung erkennen, bei der ein geschlossener Steuerkreis wahlweise mit Luft oder Sauerstoff betrie· ben werden kann. Diese Gase werden über Anschlüsse eingeleitet, die zum Zwecke eines kontinuierlichen Flaschenwechsels durch Richtungsventile abgesichert sind (DD-WP 1 22 029). Beide Gase werden über Wegeventile geleitet, die einerseits über ein Druckminderventil

b^r, mit Stcucrblöcken einer separaten Steuerung signalverknüpft sind, andererseits über eine nachgeordnete Injektorschaltung eine Verbindung mit dem Patienten herstellt. Der Injektor ist in der Schaltung so angeord-