DE3712389C2 - Atemhilfegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Atemhilfegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der EP-PS 01 12 979 ist ein Atemhilfegerät be­ schrieben, das zur Wiederherstellung der Spontanat­ mung von Patienten dient, wobei die Atemwege unter einem kontinuierlich positiven Atemwegdruck (CPAP) stehen. Um die Unter- und Überschwingweiten um das eingestellte Druckniveau (Peep-Niveau) gering zu hal­ ten, wurde bei einem kontinuierlichen Gasfluß ein zu­ sätzliches Peep-Ventil im inspiratorischen Zweig ange­ ordnet. Hierdurch gelangt während der Exspirations­ phase ausschließlich vom Patienten ausgeatmete Luft in den exspiratorischen Zweig, wobei die ausgeatmete Luft über ein auf Peep-Niveau eingestelltes Exspira­ tionsventil ins Freie gelangt. Eine zusätzliche Druck­ konstanthalteeinrichtung erlaubt einen minimalen Gas­ fluß mit zusätzlicher Einspeisung von Gas nach dem Demand-Prinzip, sofern ein Gasbedarf vorhanden ist. Im übrigen arbeitet dieses bekannte Gerät nach dem High-Flow-Prinzip.

In der zuvor genannten Druckschrift sind die unter­ schiedlichen Bautypen von Geräten ausführlichst be­ schrieben. Auf den sachlichen Inhalt dieser Vorveröf­ fentlichung wird deshalb in vollem Umfang ausdrücklich verwiesen.

Bei Beatmungsmaschinen unterscheidet man zwi­ schen zwei Prinzipien, nämlich dem High-Flow-CPAP oder dem Demand-CPAP.

Beim High-Flow-CPAP wird dem Patienten ein stän­ diger Gasstrom angeboten, wobei der gewünschte Überdruck auf Peep-Niveau durch ein am Ende des Exspirationszweigs angeordnetes Peep-Ventil einstell­ bar ist. Der ständig fließende Gasstrom beim High- Flow-CPAP-Gerät wird im allgemeinen auf die höchst­ mögliche Entnahme des Patienten in der Inspirations­ phase eingestellt, so daß sich ein hoher Gasverbrauch dadurch ergibt, daß in der Exspirationsphase das Gas ungenutzt aus dem Überstromventil (Peep-Ventil) aus­ strömt.

Bei dem zuvor beschriebenen bekannten Gerät ge­ mäß EP-PS 01 12 979 ist zusätzlich ein Druckkonstant­ halter vorgesehen, der über eine Regelung mit Druck­ meßgeräten im exspiratorischen Zweig zu dem ständig fließenden Gasstrom während der Inspirationsphase dem Patienten ein weiteres Gasvolumen bei Bedarf zu­ führen kann. Dies entspricht grundsätzlich dem soge­ nannten Demand-Prinzip, bei welchem der vom Patien­ ten gewünschte inspiratorische Gasstrom über einen Drucksensor und ein regelbares Inspirationsventil be­ darfsgerecht angeboten wird. Bei Geräten nach dem Demand-Prinzip wird dem Patienten nur das jeweils gewünschte Atemzugvolumen geliefert. Hierbei führen erforderliche Meß- und Schaltzeiten der Drucksensoren bzw. des Inspirationsventils ebenfalls zu Gasfluß- und Druckschwankungen in der Gasversorgung des Patien­ ten. Weiterhin sind bei derartigen Geräten aufwendige regelbare Inspirations- und Exspirationsventile notwen­ dig, die einen erheblichen Strömungswiderstand aufwei­ sen und einen hohen technischen Aufwand mit sich brin­ gen.

Um die Menge des ständig fließenden Gasstromes auf ein Minimum zu halten, ist es bei normalen High-Flow- CPAP-Geräten bekanntgeworden, im inspiratorischen oder im exspiratorischen Zweig ein zusätzliches Reser­ voir, zum Beispiel Atembeutel oder Wetterballon, mit einer Frischgasbefüllung vorzusehen, um Druckschwan­ kungen um das Peep-Niveau auszugleichen bzw. zusätz­ lich notwendige Atemluft zur Verfügung zu stellen. Ein während der Inspirationsdauer konstanter Druck kann jedoch mittels diesen einfachen Geräten nicht erzielt werden.

Das gleiche gilt für die herkömmlichen als Federbalg ausgebildeten Reservoirs, die durch eine innere oder äußere Federbelastung zusammengedrückt werden. Durch die lineare Federkennlinie verringert sich der Druck in dem Maße, wie der Balg zusammengedrückt und Gas entnommen wird. Ein auf konstantem Peep-Ni­ veau liegender Druck kann mit derartigen, nach einer Federkennlinie arbeitenden Zusatzeinrichtungen nicht erzielt werden. Das gleiche gilt für die Verwendung von Atembeutel und Wetterballons, die ebenfalls einen li­ nearen Druckabfall während der Inspirationsphase auf­ weisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfa­ ches Atemhilfegerät vorzuschlagen, welches mit äußerst einfachen Mitteln, d. h. ohne die Verwendung von schweren Beatmungsgeräten, einen während der Inspi­ rationsdauer konstanten, jedoch variablen Beatmungs­ druck erzeugt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Atemhilfe­ gerät der einleitend bezeichnenden Art erfindungsge­ mäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß ein während der Inspirationsdauer konstanter Beat­ mungsdruck (kontrollierte Ventilation) mittels einer ein­ fachen Druckkonstanthalteeinrichtung dann erzielt werden kann, wenn die bei einem Federbalg, einem Atembeutel oder Wetterballon auftretende linear an­ steigende Federkennlinie, d. h. proportionaler Anstieg zwischen dem Federbalgdruck und dem Federbalgweg, vermieden werden kann. Vielmehr soll ein eingestellter Beatmungsdruck unabhängig vom Weg des Federbalgs konstant bleiben.

In einem Balg, Atembeutel oder Wetterballon stellt sich ein nahezu konstanter Ausgangsdruck unabhängig vom Zusammendruck-Weg dann ein, wenn man dieses Gerät mit einer konstanten Kraft beaufschlagt. Diese Kraft erzeugt einen gleichbleibenden Druck über die gesamte Weglänge beim Zusammendrücken des Ge­ räts. Die dem Speichergerät, zum Beispiel Federbalg, inhärente Druck-Weg-Kennlinie überlagert sich mit derjenigen p = Konstant-Kennlinie, die durch Kraftbe­ aufschlagung entsteht, so daß eine leicht geneigte resul­ tierende Druck-Weg-Kennlinie im Bereich des einge­ stellten Peep-Niveaus, zum Beispiel 5 oder 10 mbar ent­ steht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruchs angegebenen Atemhilfegeräts möglich.

Vorteilhaft ist die Verwendung eines Rückschlagven­ tils im inspiratorischen Zweig, um diesen während der Exspirationsphase vom Patienten abzuschließen und ei­ ne Kontaminierung des inspiratorischen Zweigs zu ver­ meiden.

Vorteilhaft ist weiterhin die Verwendung eines varia­ blen Auflagegewichts auf die Druckkonstanthalteein­ richtung, um gewünschte unterschiedliche Drücke im Balg zu erzeugen. Hierdurch kann beispielsweise das Peep-Niveau für den Patienten zwischen 5 und 10 mbar variabel je nach Anwendungsfall eingestellt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kraftbeaufschlagung auf die Druckkonstanthalte­ einrichtung mittels eines einarmigen oder zweiarmigen Hebelarms erfolgt, an welchem entweder verschiebbare Gewichte oder eine verstellbare und/oder verschiebba­ re Federkraft zur Verstellung des Drehmoments und damit zur Veränderung der Kraftbeaufschlagung auf das Druckkonstanthaltegerät angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Gerät wird entweder im Kon­ stant-High-Flow-Betrieb oder im intermittierenden Be­ trieb verwendet. Je nach Betriebsweise müssen hierfür unterschiedlich gesteuerte Ventile für die Druckkon­ stanthalteeinrichtung verwendet werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Exspirationsventil durch die Druckkonstanthalteeinrichtung auf Peep-Niveau- Druck gesteuert ist.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Exspirationsventil als druckbeaufschlagter Balg ausgebildet ist, der von der Druckkonstanthalteeinrichtung gesteuert wird, wobei der axial verschiebbare Boden als Ventildeckel wirkt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher erläutert und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungs­ gemäßen Atemhilfegeräts mit verschiedenen Ausfüh­ rungsvarianten für intermittierenden und Konstant- Flow-Betrieb.

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform für ein Exspi­ rationsventil.

Fig. 3a und 3b eine Variante zur Verstellbarkeit des Hebeldrehmoments.

Das erfindungsgemäße Atemhilfegerät (1) zum An­ schluß an einen Patienten (2) besteht aus einem inspira­ torischen Zweig (3) und einem exspiratorischen Zweig (4). Zwischen diesen beiden Zweigen ist ein Patienten- Anschluß-T-Stück (5) vorgesehen, im allgemeinen über einen Anschluß mittels eines Patienten-Schlauchsy­ stems (6). Die Pfeile (7 und 8) sollen nochmals die Trenn­ linie zwischen dem inspiratorischen Zweig (3) und exspi­ ratorischen Zweig (4) anzeigen.

Das für die Atmung notwendige Gasgemisch wird über die Luftleitung (9) und die Sauerstoffleitung (10) über Regelventile (11) jeweils Druckminderer mit Durchflußmesser (12) zugeführt, bevor es in die gemein­ same Leitung (13) im inspiratorischen Zweig zusam­ mengeführt wird. Die Gaszufuhr erfolgt dabei im inter­ mittierenden Betrieb über ein schaltbares Steuerventil (14) oder im Konstant-High-Flow-Betrieb, bei welchem das Ventil (14) ununterbrochen geöffnet ist.

Der inspiratorische Zweig (3) enthält weiterhin eine Druckkonstanthalteeinrichtung (15) als Reservoir oder Speicher, der als Faltenbalg (15) ausgebildet ist. Die Lei­ tung (13) ist über das Ventil (14) mit dem Faltenbalg (15) als Druckkonstanthalteeinrichtung verbunden.

Vom Faltenbalg (15) führt eine Leitung (16) über ei­ nen Befeuchter (17) und ein Rückschlagventil (18) zum Patienten-Anschluß-T-Stück (5).

Der exspiratorische Zweig (4) führt über eine Leitung (19) zu dem Exspirationsventil (20), welches als Peep- Ventil in an sich bekannter Weise ausgebildet sein kann. Zur Erzeugung eines kontinuierlich positiven Atem­ wegdrucks (CPAP) verschließt der Ventilsitz (46) die exspiratorische Leitung (19) mit einer Kraft, die auf ca. 5 bis 10 mbar (Peep-Niveau) eingestellt wird. Die Druck­ kraft des Ventilstößels (21) kann mittels einer Feder (22) variabel eingestellt sein. Öffnet sich der Ventilstößel (21) so strömt die Atemluft über die Leitung (23) ins Freie (Pfeil 47). Ein Beutel (24) im exspiratorischen Zweig dient zur Dämpfung des Öffnungs-Anstiegdrucks des Peep-Ventils (20).

Erfindungsgemäß ist die als Faltenbalg (15) ausgebil­ dete Druckkonstanthalteeinrichtung zur Erzeugung ei­ nes konstanten Druckniveaus im Faltenbalg (15) und damit im inspiratorischen Zweig (3) mittels einer Kraft (25) beaufschlagt. Diese Kraft (25) kann durch ein varia­ bles Gewicht (26) auf den Balg erzeugt werden.

Anstelle des variablen Gewichts (26) zur Erzeugung eines gleichmäßigen Druckniveaus im Balg (15) kann ein einarmiges Hebelsystem (27) mit Drehpunkt (28) und Hebelarm (29) verwendet werden. Ein auf dem Hebel­ arm (29) verschiebbares Gewicht (30) (siehe Verschie­ bungspfeil 31, 31') kann zur Erzeugung eines unter­ schiedlichen Drehmoments (32) und damit zu einer Krafteinwirkung auf den Balg (15) verwendet werden. Anstelle des verschiebbaren Gewichts (30) kann auch eine in der Federkraft verstellbare Feder (33) verwendet werden, die in Fig. 1 als Zugfeder mit der verstellbaren Zugkraft (34) ausgebildet ist. Die Verstellbarkeit der Feder zur Veränderung der Federkennlinie ist mit Pfeil (35) angedeutet, der Verstellmechanismus ist mit (36) bezeichnet.

Anstelle der verstellbaren Federkraft kann zur Erzeu­ gung eines variablen Drehmoments auch eine im Hebel- Angriffspunkt (49) verschiebbare Feder (33) mit kon­ stanter Federkraft verwendet werden. Hierzu ist in Fig. 3a und 3b der Hebelarm (29) mit einer Kulissenfüh­ rung (50) zur Verschiebung des Angriffspunkts (49) der Feder (33) ausgebildet. Dabei kann der untere Befesti­ gungspunkt (51) ortsfest gehalten werden. Die Kulissen­ führung (50) in Fig. 3a ist eben in Fig. 3b als gebogene Kurve (50') ausgebildet. Die Verschiebung des Angriffs­ punkts (49) der Feder (33) am Hebelsystem (27) ist mit den Pfeilen (52) zur Vergrößerung, mit den Pfeilen (53) zur Verkleinerung des Drehmoments (32) dargestellt. Die zuvor beschriebenen Maßnahmen zur Beaufschla­ gung des Faltenbalgs (15) mit der Kraft (25) werden im allgemeinen alternativ verwendet. Das Gewicht (26) so­ wie das Hebelgewicht (30) sind deshalb gestrichelt ein­ gezeichnet.

Die Bewegung (Pfeil 37) des Faltenbalgs wird am obe­ ren und unteren Ende über Anschläge (38) und (39) er­ faßt und über eine elektrische oder mechanische Steuer­ einrichtung (40) auf das Steuerventil (14) übertragen.

Der Faltenbalg ist über eine Leitung (41) und ein Überdruckventil (42) mit der Umgebung verbunden.

Eine Druckleitung (43) verbindet den Faltenbalg mit dem Exspirationsventil (20).

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform für das Exspirationsventil (20) dargestellt. Anstelle der Kolben- Zylindereinheit in Fig. 1 wird als Verstelleinheit ein in axialer Richtung verstellbarer Faltenbalg (44) verwen­ det, der über die Druckleitung (43) im Inneren mit Druck beaufschlagt wird, so daß das untere Ende (45) in der Fig. 2 axial nach unten verschoben wird. Dieses un­ tere Ende (45) dient dann als Ventilsitz für den Abschluß der Leitung (19) des exspiratorischen Zweigs. Die Betä­ tigung des Faltenbalgs (44) hängt demnach unmittelbar mit der Druckbeaufschlagung aus der Leitung (43) zu­ sammen. Ist der Druck in der Exspirationsleitung (19) größer als in der Druckleitung (43) so strömt das aus der Leitung (19) strömende Gas über die Leitung (23) ins Freie.

Das erfindungsgemäße Atemhilfegerät arbeitet wie folgt:

I. Intermittierender Betrieb

Während der inspiratorischen Phase, d. h. beim Einat­ men entsteht im Patienten-Anschluß-T-Stück ein Unter­ druck, der zur Öffnung des Rückschlagventils (18) führt. Sodann strömt nach dem Demand-CPAP-Prinzip ein durch den Druck im Faltenbalg (15) definierter Gas­ strom im inspiratorischen Zweig (3) zum Patienten, wo­ bei die Krafteinwirkung (25) auf den Faltenbalg (15) einen vorgegebenen definierten Beatmungsdruck (Pe­ ep-Niveau) und damit pro Zeiteinheit ein definiertes Gasvolumen zum Patienten strömen läßt. Der ge­ wünschte Atemwegdruck wird durch Variation der Kraft (25) eingestellt. Während der Inspirationsphase ist das Exspirationsventil (20) über die Druckleitung (43) mit dem eingestellten Druck des Faltenbalgs (15) druck­ beaufschlagt, so daß das Exspirationsventil (20) eben­ falls mit Peep-Niveau geschlossen ist. Während der In­ spirationsphase kann weiterhin gleichzeitig aus der Lei­ tung (13) über das Steuerventil (14) Frischgas dem Balg (15) zusätzlich zugeführt werden.

In der exspiratorischen Phase, d. h. beim Ausatmungs­ vorgang des Patienten (2) entsteht ein Druckanstieg im Patienten-Anschluß-T-Stück (5) der zum Verschluß des Rückschlagventils (18) führt. Der Patient atmet dann gegen den Druck des Peep-Ventils (20) (Peep-Niveau), gesteuert durch den Druck im Balg (15) über die Leitung (43). Da der Ausatmungsdruck größer ist als das Peep- Niveau, öffnet sich das Ventil (46) des Peep-Ventils (20) gegen den Druck in der Leitung (43) (Peep-Niveau). Die Atemluft kann dann durch die Leitung (23) ins Freie strömen (Pfeil 47).

Während dieser Exspirationsphase strömt der Gas­ strom aus der Leitung (13) über das Regelventil (14) in den Balg (15) und füllt diesen wieder auf. Die obere Stellung des Faltenbalgs (15) wird durch den Anschlag (38) erfaßt, wodurch über die Steuereinrichtung (40) das Steuerventil (14) wieder geschlossen wird.

Sobald der Faltenbalg (15) zusammengedrückt wird, was durch die Lage des Endschalters (38) erkannt wird, öffnet das Steuerventil (14) und leitet den Frischgas­ strom über die Leitung (13) in den Balg (15).

Der untere Anschlag (39) dient zur Erkennung der zusammengedrückten Lage des Faltenbalgs. Nach die­ sem Zustand kann der Patient (2) nur noch direkt über die Leitung (13) mit Frischgas versorgt werden.

Während der Exspirationsphase dämpft der Atem­ beutel (24) die Druckspitze, die durch den Öffnungswi­ derstand des Peep-Ventils (20) entsteht.

I. Konstant-Flow-Betrieb

Der Konstant-Flow-Betrieb unterscheidet sich von dem intermittierenden Betrieb im wesentlichen da­ durch, daß ein ständig fließender Gasstrom im inspirato­ rischen Zweig vorhanden ist. Damit fehlt das Steuerven­ til (14) und die Steuervorrichtung (40). In der inspiratori­ schen Phase strömt dann nach dem High-Flow-CPAP- Prinzip der ständig fließende Gasstrom im inspiratori­ schen Zweig über den Balg (15) oder von der Leitung (13) direkt in die Leitung (16) (siehe gestrichelte Leitung 48) zum Patienten, wobei die kraftunterstützte Druck­ konstanthalteeinrichtung bzw. der Balg (15) ebenfalls Gas aus diesem Reservoir mit konstantem Druck strö­ men läßt. Der Druck wird wiederum mittels der Feder (33), dem Gewicht (26) oder dem Gewicht (30) einge­ stellt.

Während der exspiratorischen Phase schließt wieder­ um das Ventil (18) und der Balg (15) füllt sich durch den ständig fließenden Gasstrom. Ist der Balg (15) gefüllt, so muß der ständig fließende Gasstrom während der Ex­ spirationsphase über die Leitung (41) und das Ventil (42) ins Freie geleitet werden. Der Gasstrom von der Gas­ quelle (9, 10) ist dann größer als das vom Patienten angenommene Gas.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sie umfaßt auch vielmehr sämtliche fach­ männischen Weiterbildungen und Ausgestaltungen oh­ ne erfinderischen Gehalt.

Claims (8)

1. Atemhilfegerät zur Wiederherstellung der Spontanatmung von Patienten, mit einem inspiratorischen (3) und einem expiratorischen (4) Zweig, mit einem im inspiratorischen Zweig vorgesehenen Einwegventil (18) und einem pneumatisch auf Peep- Niveau einstellbaren Exspirationsventil (20), wobei im inspiratorischen Zweig Mittel zur Erzeugung eines dauernd fließenden Gasstroms (High-Flow-CPAP) vorgesehen sind und mit einer als Balg oder Faltenbalg ausgebildeten Druckkonstanthalteeinrichtung (15) im inspiratorischen Zweig (3) zur Unterstützung der Beatmung in der inspiratorischen Phase, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung des Balgs (15) mit Frischgas im Konstant-Flow-Betrieb erfolgt, wobei ein Überlaufventil (42) in der obersten Balgstellung anspricht und überschüssiges Frischgas ins Freie leitet, daß der Balg (15) über eine Druckleitung (43) mit dem Exspirationsventil (20) verbunden ist und daß eine auf den Balg (15) einwirkende, einstellbare Kraft (25) den Peep-CPAP-Druck im Gesamtsystem mit bestimmt.

2. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der inspiratorische Zweig (3) durch ein Rückschlagventil (18) vom Patienten-Anschluß-T-Stück (5) in der Exspirationsphase abgetrennt ist.

3. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung des Balgs (15) durch ein variables Auflagegewicht (26) auf den Balg (15) erfolgt.

4. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung des Balgs (15) mittels eines einarmigen oder zweiarmigen Hebelsystems (27) erfolgt, an welchem über einen Hebelweg verschiebbare Gewichte (30) zur Verstellung des Drehmoments (32) angeordnet sind.

5. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung des Balgs (15) mittels eines einarmigen oder zweiarmigen Hebelsystems (27) erfolgt, an welchem über einen Hebelweg der Angriffspunkt (49) einer Feder (33) zur Verstellung des Drehmoments (32) in einer Kulissenführung (50, 50') verschiebbar angeordnet ist oder eine verstellbare Federkraft (34) mit flacher Federkennlinie zur Momentenverstellung (32) in einem Abstand vom Drehpunkt (28) angreift.

6. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Exspirationsventil (20) über eine Druckleitung (43) durch den Balg (15) auf Peep-Niveau druckgesteuert ist.

7. Atemhilfegerät nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Exspirationsventil (20) aus einer axial verschiebbaren Kolben-Zylindereinheit oder aus einem Balg besteht, wobei der innere Verstelldruck auf den Kolben oder den Balg durch die Druckkonstanthalteeinrichtung (15) oder durch eine verstellbare Feder (22) gesteuert ist.

8. Atemhilfegerät nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das als Balg (44) ausgebildete Exspirationsventil (20) durch den Druck der Druckkonstanthalteeinrichtung bzw. des Balgs (15) im inspiratorischen Zweig axial verschiebbar ist, wobei der axial verschiebbare Boden (45) des Balgs (44) als Ventildeckel (46) für den Abschluß des exspiratorischen Zweigs (Leitung 19) dient.