DE29622617U1

DE29622617U1 - Beatmungsgerät

Info

Publication number: DE29622617U1
Application number: DE29622617U
Authority: DE
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Medical GmbH
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2006-06-21

Description

Beschreibung

Drägerwerk Aktiengesellschaft Moislinger Allee 53/55, 23542 Lübeck, DE

Beatmungsgerät

Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Beatmungsgeräte dienen dazu, Patienten maschinell zu beatmen, wobei je nach aktuellem Zustand des Patienten moderne Beatmungsgeräte in Abhängigkeit von der Eigenatemanstrengung diesen mehr oder weniger unterstützen können. Dabei wird im allgemeinen in Abhängigkeit von den mechanischen Lungenparametern, Volumen und Strömungswiderstand, ein veränderlicher Volumenstrom in Form eines Inspirationsgasstromes dem Patienten zugeführt, wobei zusätzlich der Sauerstoffanteil erhöht werden kann.

In der CA 2,036,184 A1 wird ein Beatmungssystem beschrieben, das eine Sauerstoffversorgung aus einem Druckbehälter und eine Luftversorgung aufweist sowie eine Mischkammer für beide Gase, um nachgeschaltet eine zugehörige Inspirationsleitung zum Patienten daraus zu versorgen. Je nach gemessener Atemanstrengung des Patienten wird der Gasdruck in der Versorgungsleitung zum Patienten geregelt.

Je nach Land und Ausstattung der Krankenhäuser wird die Luft- und Sauerstoffversorgung der Beatmungsgeräte entweder über zentrale Gasversorgungssysteme oder über Kompressoren für Luft und Druckflaschen für Sauerstoff sichergestellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes Beatmungsgerät zur Verfügung zu stellen, das sich mit Umgebungsluft versorgt und gleichzeitig eine variable Hilfsgaszumischung aus einem Reservoir mit wesentlich höherem Druck als Umgebungsdruck ermöglicht. Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin begründet, daß durch die Unabhängigkeit von einem zentralen Gasversorgungssystem die erfindungsgemäßen Beatmungsgeräte sowohl in Ländern und

Krankenhäusern ohne entsprechende Infrastruktur als auch im Heimtherapiebereich oder in der Notfallmedizin eingesetzt werden können. Die Verwendung von separaten, dem Beatmungsgerät vorgeschalteten Kompressoren in Ländern, die über keine funktionsfähige zentrale Gasversorgung im Krankenhaus verfügen, ist mit zahlreichen Nachteilen verbunden, da neben erhöhten Kosten der Wartungsaufwand, die begrenzte Lebensdauer sowie eine erhöhte Leistungsaufnahme über den Umweg des Hochdruckes in Kauf zu nehmen sind. Besonders nachteilig ist, daß bei unregelmäßiger oder unsachgemäßer Wartung die Gefahr von Kontaminationen oder Beschädigungen des nachgeschalteten Beatmungsgerätes besteht, beispielsweise durch das Eindringen von Öl, Wasser oder sonstigen Rückständen.
Bei elektrischer Stromversorgung des erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes aus Akkumulatoren oder Batterien kann die Unabhängigkeit von zentralen Versorgungssystemen noch weiter erhöht werden.

Der Kern der Erfindung liegt in der Kombination und Anordnung der kennzeichnenden Elemente des erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes, die so aufeinander abgestimmt sind, daß das Gerät schnei! auf die spontane Eigenatemanstrengung des beatmeten Patienten reagieren kann. Besonders wichtig ist hierbei die Reaktionsgeschwindigkeit der Ventile und in gleicher Weise die des Verdichters. Dabei kann die Schnelligkeit durch zwei alternative Ausführungsformen des Verdichters verwirklicht werden. In der ersten und bevorzugten Ausführungsform besteht der Verdichter aus einem ScroH-Gebläse, das sich dadurch auszeichnet, daß es bei kleiner Bauform die erforderlichen Volumenströme Luft bei hinreichend großen Drücken schnell liefern kann. Dabei liegen die Betriebsdrehzahlen mit 1000 bis 3000 Umdrehungen maximal pro Minute relativ niedrig. Das Druckverhältnis des Verdichters beträgt etwa 1,1. Die rotierenden Massen und damit das Massenträgheitsmoment sind klein, so daß sich ein hochdynamisches Reaktionsmuster bezüglich des zu liefernden Luftvolumenstromes ergibt. Somit ist es möglich, die bei Spontanatmung erforderlichen pneumatischen Reaktionsgeschwindigkeiten mit einem Scroll-Gebläse direkt durch Beschleunigung des antreibenden Elektromotors zu erreichen, wobei durch Regelung der Motordrehzahl die erforderlichen Volumendurchflüsse eingestellt werden.

In einer alternativen Ausführungsform für den Verdichter ist es auch möglich, einen trägeren Antrieb zu wählen und die Reaktionsdynamik durch

Kombination mit einem Proportionalventil zu erzielen. Das Proportionalventil kann dem Verdichter unmittelbar nachgeschaltet sein und wird wie der Antrieb des Verdichters von einer zentralen Steuereinheit geregelt. Der Nachteil dieser zweiten Variante ist, daß zusätzlicher apparativer Aufwand in Form eines präzisen Proportionalventils notwendig ist. Darüber hinaus muß der Verdichter aufgrund seines trägen Verhaltens auch während der Exspiration laufen, um für eine eventuelle, spontan erforderliche Luftvolumenlieferung ständig bereit zu sein. Dies bedingt einen erhöhten Energieaufwand. Andererseits ist ein Vorteil dieser Variante, daß ein vergleichsweise einfacher Verdichter mit Motor verwendet werden kann.

Die Erfindung und ihre Wirkungsweise wird mit Hilfe der einzigen Figur erläutert, die schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes mit den wesentlichen Komponenten zeigt.

Die Misch- und Dosiereinheit 100 und die zentrale Steuereinheit 200 befinden sich in einem nicht dargestellten Gehäuse des erfindungsgemäßen Beatmungsgerätes. Vom Beatmungsgerät zum Patienten 3 führt die Inspirationsleitung 1 über ein Verbindungsstück sowie zurück über die Exspirationsleitung 2 zur Fortleitung des Ausatemgases an die Umgebung über das Ausatemventil 11. Die Misch- und Dosiereinheit 100 weist zwei Gasversorgungsleitungen 12, 13 auf, die zu einem Gasmischer 8 in der Inspirationsleitung 1 führen. Die in der Figur obere Gasversorgungsleitung 12 enthält einen Verdichter 4 zum Ansaugen und Verdichten von Umgebungsluft. Der Verdichter 4 mit einem Druckverhältnis von etwa 1,1 kann als hochdynamische, elektrisch angetriebene Gebläseeinheit oder als Seitenkanalverdichter, vorzugsweise als Scrollverdichter ausgeführt sein oder alternativ als relativ träger, elektromotorisch angetriebener Verdichter, kombiniert mit einem dynamischen Proportionalventil. Der durch den Pfeil dargestellte Eingangsdruck am Verdichter 4 ist Umgebungsdruck, der einerseits innerhalb der vom Wetter vorgegebenen Veränderungen schwanken kann und andererseits durch die geographischen Spezifikationen des Einsatzortes. Somit sind äußere Druckschwankungen in einem Druckbereich von etwa 600 bis 1200 mbar möglich. Vor dem Verdichter können gegebenenfalls zusätzliche Bauelemente, wie Bakterienfilter und/oder Verschlußelemente vorgesehen sein, die am prinzipiellen Aufbau nichts ändern und auch nicht dargestellt sind. Die in der Figur untere Gasversorgungsleitung 13 enthält eine Dosiereinheit 7 zum Dosieren

mindestens eines in Pfeiirichtung aus einem Gasreservoir zugeführten, unter wesentlich höherem Druck als Umgebungsdruck stehenden Hilfsgases, wobei dieses Hilfsgas vorzugsweise Sauerstoff ist. Alternativ könnten auch mehrere zweite Gasversorgungsleitungen 13 für verschiedene, medizinisch indizierte Hiifsgase, beispielsweise Edelgase, wie Xenon, oder Narkosegase vorgesehen werden, die parallel zu dem entsprechend angepaßten Gasmischer 8 führen würden. Das Hilfsgas, vorzugsweise Sauerstoff, wird im allgemeinen aus Druckgasversorgungsflaschen mit nachgeschalteten Druckminderventilen gewonnen. Prinzipiell wäre auch der Anschluß an ein zentrales Gasversorgungssystem möglich. Für den weltweiten Einsatz und die unterschiedlichen, technisch möglichen Druckbereiche von zentralen Gasversorgungssystemen weist das zugeführte Hilfsgas einen Überdruck von 2,5 bis 6 bar auf. Sowohl die in der Figur obere Gasversorgungsleitung 12 für Umgebungsluft als auch die mindestens eine zusätzliche, in der Figur untere Gasversorgungsleitung 13 für das oder die Hiifsgase, welches insbesondere Sauerstoff ist, enthalten vor dem Gasmischer 8 je einen Gasvolumenstrommesser 16, 17, die mit der Steuereinheit 200 verbunden sind, so daß von dieser aufgrund des vorgewählten Mischungsverhältnisses Luft/Hilfsgas der Verdichter 4 und die Dosiereinheit 7 eingestellt werden können, um dieses vorgewählte Mischungsverhältnis zu erreichen. In Strömungsrichtung hinter dem Gasmischer 8 befindet sich ein Drucksensor und optional ein Mischgassensor 18, beide in direkter Verknüpfung mit der Steuereinheit 200. Der Mischgassensor 18 ist entbehrlich, weil über die Meßwerte der Gasvolumenstrommesser 16, 17 die Mischgaszusammensetzung von der zentralen Steuereinheit 200 ermittelt bzw. berechnet werden kann. In der Exspirationsleitung 2 befindet sich vor dem Auslaßventil 11 ein weiterer Drucksensor 10, der ebenfalls mit der Steuereinheit 200 verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Beatmungsgerät funktioniert nun folgendermaßen: An der Steuereinheit 200 werden vorgewählte Werte für den Beatmungsdruck, den Gesamtvolumenstrom zum Patienten sowie das Mischungsverhältnis Luft zu Hilfsgas (en) eingestellt. Die Steuereinheit 200 wirkt auf den Verdichter 4, die Dosiereinheit 7 und das Auslaßventil 11 als Stellglieder. Die Steuereinheit 200 empfängt Meßsignale von den Gasvolumenstrommessern 16, 17, von den Drucksensoren 9, 10 sowie optional vom Mischgassensor 18. Als Ergebnis der Verdichter-Wirkung und der Dosierung des Hilfsgases wird vor dem Gasmischer 8 ein eingangsseitiger Gasdruck von effektiv 80 bis 100 mbar im Gerät erzielt. Um

dieses zu erreichen, muß die Umgebungsluft auf einen etwas höheren als den erforderlichen Beatmungsdruck verdichtet werden, und das Hilfsgas muß von einem wesentlich höheren Druckniveau als Umgebungsdruck über eine Dosiereinheit 7 auf ein vergleichbares Druckniveau entspannt werden. Schließlich werden in dem Gasmischer 8 die Luft und das oder die Hilfsgase gemischt. Die Wirkungsweise der Vorrichtung bei der Beatmung ist wie folgt: Im Falle der Spontanatmung muß das Atemprofil, das der Patient individuell fordert, vom Beatmungsgerät nachgefahren werden. Dazu wird mit der Messung des Beatmungsdruckes am Patienten mit Hilfe der Drucksensoren 9,10 das aktuelle Druckniveau ermittelt. Dieser Druck wird mit dem am Beatmungsgerät eingestellten Spontanatemdruck verglichen. Bei zu niedrigem Druck wird über die Dosiereinheit 7 und den Verdichter 4 entsprechend dem eingestellten Mischungsverhältnis Luft zu Hilfsgas (en) ein so lange zunehmender Mischgasvolumenstrom nachgeliefert, bis das geforderte Druckniveau erreicht ist. Ist andererseits der gemessene Druck zu hoch, wird der Volumenstrom über den Verdichter 4 und die Dosiereinheit 7 gedrosselt, bis der gewünschte Druck erreicht ist. In Abhängigkeit vom in der Exspirationsleitung 2 durch den Drucksensor 10 gemessenen Druck wird über die Steuereinheit 200 das Auslaßventil 11 gesteuert und die ausgeatmete Luft an die Umgebung abgegeben.

Claims

Schutzansprüche

1. Beatmungsgerät mit einer Inspirations- und einer Exspirationsleitung, die über ein Verbindungsstück zum Patienten führt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a.) In einer Misch- und Dosiereinheit (100) befinden sich mindestens zwei Gasversorgungsleitungen (12, 13), die zu einem Gasmischer (8) in der Inspirationsieitung (1) führen, wobei die eine Gasversorgungsleitung (12) einen Verdichter (4) zum Ansaugen und Verdichten von Umgebungsluft aufweist und jede der mindestens einen zusätzlichen Gasversorgungsleitung (13) eine Dosiereinheit (7) zum Dosieren mindestens eines unter wesentlich höherem Druck als Umgebungsdruck stehenden, zugeführten Hilfsgases enthält,

b.) dem Gasmischer (8) vorgeschaltet, befindet sich in jeder der Gasversorgungsleitungen (12, 13) je ein Gasvoiumenstrommesser (16, 17),

c.) dem Gasmischer (8) nachgeschaltet, befindet sich ein Drucksensor (9) in der Inspirationsleitung (1),

d.) die Exspirationsleitung (2) enthält ein Auslaßventil (11) mit einem diesen vorgeschalteten Drucksensor (10),

e.) eine zentrale Steuereinheit (200) ist mit dem Verdichter (4), der mindestens einen Dosiereinheit (7), dem Auslaßventil (11) sowie mit den Drucksensoren (9, 10) und den Gasvolumenstrommessern (16, 17) verbunden und

f.) es sind Mittel vorgesehen, um nach Vergleich der mit Hilfe der Drucksensoren (9, 10) sowie der Gasvoiumenstrommesser (16, 17) gemessenen Signale mit vorgegebenen Sollwerten den Beatmungsdruck und die Mischgaszusammensetzung zu regeln.

2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (200) über die Dosiereinheit (7), den Verdichter (4) und das Auslaßventil (11) in Abhängigkeit von den mit den Gasvolumenstrommessern (16,17) aktuell gemessenen Werten für den Gasvolumenstrom und den mit den Drucksensoren (9,10) aktuell gemessenen Werten für den Beatmungsdruck sowie nach Vergleich mit vorgewählten Sollwerten den Mischgasvolumenstrom zum Erreichen des vorgewählten Druckniveaus regelt.

3. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (4) ein Radial-Gebläse, ein Roots-Gebläse oder ein Seitenkanalverdichter, vorzugsweise ein Scrollverdichter ist.

4. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (4) mit einem unmittelbar vor- oder nachgeschalteten Proportionalventil kombiniert ist.

5. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtvolumenstrom zum Patienten sowie das Mischungsverhältnis von Luft und einem oder mehreren Hilfsgasen an der zentralen Steuereinheit (200) eingestellt und nach Vergleich mit den mittels der Gasvolumenstrommesser (16, 17) aktuell gemessenen Volumenströmen vor dem Gasmischer (8) der Verdichter (4) und die Dosiereinheit (7) von der Steuereinheit (200) geregelt werden, um die Sollwerte des Mischungsverhältnisses und des Gesamtvolumenstromes zu erreichen.

6. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Hilfsgas aus Druckgasversorgungsflaschen mit nachgeschalteten Druckminderventilen oder aus einem zentralen Gasversorgungssystem zugeführt wird, wobei das Gas einen Überdruck von etwa 2,5 bis 6 bar aufweist.

7. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es genau zwei Gasversorgungsleitungen (12, 13) aufweist und daß das Hilfsgas Sauerstoff ist.