DE4120313C2 - Schaltungsanordnung zur Steuerung der Oszillationsamplitude bei der Hochfrequenzventilation - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Steuerung der Oszillationsamplitude bei der HochfrequenzventilationInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des
Patentanspruches 1 genannten Art.
Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Beatmungsgerätetechnik.
Die Hochfrequenzventilation (HFV) mit ihren Modifikationen,
wie Hochfrequenz-Oszillationsventilation (HFOV),
Hochfrequenz-Jetventilation (HFJV) hat sich als Ergänzung zu
den konventionellen Beatmungsformen einen festen Platz im
Rahmen der Beatmungstherapie erworben.
Bei der Neugeborenen-Intensivtherapie ist es insbesondere
die HFOV, die bei bestimmten Atemstörungen noch einen
Gasaustausch ermöglicht, wo konventionelle Beatmungsverfahren
bereits versagen.
Die HFOV wird gemäß dem Stand der Technik in den meisten
Fällen dadurch erzeugt, daß ein HFO-Generator entweder
autonom oder in Kombination mit einem konventionellen
Beatmungsgerät eingesetzt wird, der das Oszillationssignal
mittels einer Pumpe oder eines Lautsprechersystems erzeugt
und dem Patientenanschluß über einen Schlauch zuführt.
Ein zusätzlicher "Impedanzschlauch" soll dafür sorgen, daß
der größte Teil des Oszillationssignals auch den Atemwegen
des Patienten und nicht der "Apparatur" zugeführt wird.
Es ist bekannt, daß über den mittleren Beatmungsdruck (MAP)
im wesentlichen der Sauerstoffgehalt und über das
oszillatorische Minutenvolumen (OMV) der CO₂-Gehalt im Blut
beeinflußt werden kann. Dabei versteht man unter dem OMV das
Produkt aus Oszillationsfrequenz und Oszillationsvolumen.
Die Einstellung des MAP ist in den meisten Fällen ohne
größere Probleme möglich, eine reproduzierbare Einstellung
des OMV hingegen bereitet Schwierigkeiten. Die Ursache
hierfür ist z. T. in der nichtidealen Frequenzcharakteristik
des Impedanzschlauches zu suchen, infolge deren sich das dem
Patienten zugeführte OMV bei Änderungen der atemmechanischen
Parameter von Atemwegen und Lunge trotz vorgegebenem OMV des
Oszillationsgenerators ändert.
Die Konsequenz ist eine häufige Neueinstellung der
Oszillationsparameter in Abhängigkeit von den Blutgaswerten.
Bei Oszillationsgeneratoren, die nicht ein Oszillations
volumen- sondern ein Oszillationsdruck-Signal generieren,
ist diese Abhängigkeit noch viel stärker ausgeprägt, da in
diesem Fall das Oszillationsvolumen unmittelbar vom
Quotienten aus Oszillationsdruck und Scheinwiderstand des
Atemtraktes bestimmt wird.
Oszillationsdruckgeneratoren haben andererseits gegenüber
Oszillationsvolumen-Generatoren den Vorteil, daß sie eine
eventuelle Spontanatmung des Patienten wegen ihrer geringen
Generatorresistance nur wenig behindern.
In DD 2 12 186 wird ein Beatmungsgerät
mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art beschrieben, welches
neben konventionellen Beatmungsformen auch die HFOV
ermöglicht ohne die Notwendigkeit eines Impedanzschlauches.
Hierbei erfolgt die Erzeugung des Oszillationsdrucksignales
in der Weise, daß einem Druckregelkreis, der den
Beatmungsdruck erzeugt, eine Führungsgröße zugeführt wird,
die gleich der Summe aus MAP und Oszillationsdrucksignal ist.
Nachteilig hierbei ist die fehlende Möglichkeit einer
gezielten Einstellung des OMV, da sich letzteres bei
konstantem Oszillationsdrucksignal bei Veränderung der
atemmechanischen Parameter auch ändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungs
anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Regelung und eine getrennte Einstellung des
oszillatorischen Minutenvolumens
(OMV) gestattet, unabhängig von den atemmechanischen
Parametern des beatmeten Patienten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die im Patentanspruch 1 dazu angegebenen Merkmale gelöst.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in
den Unteransprüchen angegeben. Die Führungsgröße
für den Druckregelkreis wird in bekannter Weise aus der
Summe von MAP-Sollwert und Oszillationsdrucksignal-Sollwert
gebildet, wobei die Amplitude dieses Oszillationsdruck
signal-Sollwertes jedoch mittels eines OMV-Regelkreises so
verändert wird, daß das dem Patienten applizierte oszilla
torische Minutenvolumen gleich einem vorgegebenen Wert ist.
Zu diesem Zweck erfolgt eine Messung des Volumenstromes der
Atmung vom und zum Patienten, z. B. mittels eines
Pneumotachographen. Das Volumenstromsignal wird einer
Meßschaltung zur Bestimmung des OMV zugeführt. Diese besteht
in einer Ausgestaltung der Erfindung aus der Reihenschaltung
eines Hochpaßfilters, eines Doppelweggleichrichters und einer
Mittelwertschaltung. Mittels des Hochpaßfilters werden die
höherfrequenten Oszillationssignale von dem niederfrequenten
Volumenstromanteil einer eventuellen Spontanatmung getrennt.
Nach dem Hochpaßfilter gelangt das Volumenstromsignal auf
einen Zweiweg-Gleichrichter. Das gleichgerichtete
Volumenstromsignal enthält im wesentlichen nur die Oszillationsanteile
des Volumenstromes. Sein Mittelwert ist
gleich dem oszillatorischen Minutenvolumen (OMV). Deshalb
wird der Ausgang des Doppelweg-Gleichrichters mit dem
Eingang einer Mittelwertschaltung verbunden, die im
allgemeinen durch einen Tiefpaß gebildet wird.
Das Ausgangssignal der Mittelwertschaltung ist proportional
dem oszillatorischen Minutenvolumen. Es bildet den Istwert
für den OMV-Regelkreis und wird auf den einen
Summationseingang eines OMV-Reglerverstärkers geführt. Der
OMV-Sollwert wird als elektrisches Signal auf den anderen
Eingang des OMV-Reglerverstärkers gegeben. Der Ausgang des
OMV-Reglerverstärkers ist mit dem einen Eingang einer
Multiplizierschaltung verbunden, während dem anderen Eingang
der Multiplizierschaltung ein Oszillationssignal konstanter
Amplitude und vorgegebener Wellenform zugeführt wird.
Als OMV-Reglerverstärker kommt ein P-Regler, I-Regler,
vorzugsweise jedoch ein PI-Regler zur Anwendung.
Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung stellt die
Oszillationskomponente der Führungsgröße dar. Es wird,
gegebenenfalls über einen Trennkondensator, über einen
Schalter, insbesondere einen Analogschalter auf den
Summationseingang des Reglerverstärkers für den
Druckregelkreis geführt. Der Schalter wird über ein
Steuersignal ein- oder ausgeschaltet, je nachdem, ob HFOV erwünscht
ist oder nicht.
Es muß dafür gesorgt werden, daß sich der Integrationskondensator
des OMV-Reglerverstärkers (I-Regelverhalten)
bei abgeschalteter HFOV nicht auflädt. Zu diesem Zwecke wird
dieser über einen zweiten Schalter kurzgeschlossen, solange
HFOV ausgeschaltet ist. Der zweite Analogschalter öffnet bei
eingeschalteter HFOV. Die Steuerung erfolgt über ein Steuersignal
vom Beatmungsmustergenerator in gleicher Weise wie
beim ersten Schalter.
Bei nicht exakt abgeglichenem Nullpunkt des OMV-
Reglerverstärkers, z. B. bei gering negativer Nullpunkt-
Ausgangsspannung des Reglerverstärkers kann es zu einer
Inversion des Multiplizierer-Ausgangssignales kommen, was
zur Instabilität des OMV-Regelkreises führt. Man vermeidet
dies durch Zwischenschalten einer Nichtlinearität, z. B.
eines Einweggleichrichters zwischen OMV-Reglerverstärker und
Multiplizierer.
Wenn auf Grund hoher Atemwegsresistance oder bei sehr kleiner
Lungencompliance das vorgegebene OMV nicht erreicht werden
kann, geht der OMV-Reglerverstärker in die Begrenzung und
ist damit nicht mehr in der Lage, das Oszillationssignal
weiter zu erhöhen. Überschreitet das Ausgangssignal des OMV-
Reglerverstärkers einen bestimmten Grenzwert, so kann dies
von einer nachfolgenden Grenzwerterkennung als Begrenzung
erkannt und alarmiert werden. Natürlich kann hierfür auch das
Ausgangssignal des Einweggleichrichters benutzt werden.
Die Bestimmung des Volumenstromsignales kann mit allen dem
Fachmann bekannten Verfahren erfolgen, wie mit
Pneumotachographen, Anemometern, auf Messung des Staudruckes
basierenden Prinzipien usw. Es ist lediglich darauf zu
achten, daß der Totraum des Volumenstromsensors minimal ist.
Das Wirkungsprinzip kann auch mittels eines Digitalrechners realisiert werden.
Ausgehend von dem Volumenstromsignal sind die notwendigen
Programmschritte wie folgt:
- - digitale Hochpaß-Filterung mit einer unteren Grenzfrequenz oberhalb 2 Hz,
- - Betragbildung und Integration,
- - Realisierung eines P-, I- oder PI-Regelalgorithmus′,
- - multiplikative Verknüpfung der Reglerausgangsgröße mit dem Oszillationssignal zur Ansteuerung des Druckregelkreises.
Die Vorteile der Erfindung gegenüber bekannten Verfahren
liegen in der Möglichkeit einer von der atemmechanischen
Situation des Patienten nahezu unabhängigen Einstellbarkeit
von MAP und OMV und damit einer günstigeren Beeinflußbarkeit
der Blutgaswerte des beatmeten Patienten.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert werden.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild.
Das konditionierte Atemgas gelangt über einen Injektor 11 zu
einem elektrodynamisch betriebenen Stellventil 12. Vom Unter
druckausgang des Injektors 11 strömt es über einen
Volumenstromsensor 13 zum Tubuskonnektor 15. Die Messung des
Beatmungsdruckes erfolgt mittels des Drucksensors 14 in
unmittelbarer Tubusnähe.
Es ist der Druckregelkreis wirksam, d. h. der Ausgang des
Drucksensors, der den Druck-Istwert liefert, ist mit dem
einen Eingang des Reglerverstärkers 10 für den
Druckregelkreis verbunden. Der Ausgang des Reglerverstärkers
10 steuert das Stellventil 12 und verändert es in der Weise,
daß Soll- und Istwert übereinstimmen.
Der Druck-Sollwert setzt sich aus zwei Komponenten zusammen,
dem Oszillations-Sollwert und dem Mitteldruck-Sollwert. Der
Mitteldruck-Sollwert wird vom Atemmustergenerator 7
bereitgestellt. Zu diesem Zwecke ist ein Ausgang des
Atemmustergenerators 7 mit einem weiteren Eingang des
Reglerverstärkers 10 verbunden.
Der OMV-Regelkreis wird durch folgende Schaltungsanordnung
gebildet:
Der Ausgang des Volumenstromsensors 13 ist mit dem Eingang
des Hochpaßfilters 1, dessen Ausgang mit dem Eingang eines
Doppelweggleichrichters 2 und dessen Ausgang wiederum mit dem
Eingang eines Mittelwertbildners 3 verbunden.
Hochpaßfilter 1, Doppelweggleichrichter 2 und Mittelwert
bildner 3 bilden die OMV-Meßschaltung 19.
Das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 3 geht auf einen
Eingang des OMV-Reglerverstärkers 4 für das oszillatorische
Minutenvolumen, der im Ausführungsbeispiel als I-Regler
ausgeführt ist. Das Ausgangssignal des OMV-Reglerverstärkers
4 gelangt über einen Einweggleichrichter 5 auf den einen
Eingang des Multiplizierers 6. Der Ausgang des
Multiplizierers 6 ist über den Schalter 9 und den Kondensator
17 mit dem Steuereingang für das Oszillationssignal 20
verbunden, der durch den dritten Eingang des
Reglerverstärkers 10 gebildet wird.
Der OMV-Sollwert wird im Ausführungsbeispiel als Spannung
von einem Potentiometer 18 bereitgestellt, er kann jedoch
auch vom Atemmustergenerator 7 angeboten werden.
Der Kondensator 16 des OMV-Reglerverstärkers 4 wird von
einem Schalter 8 überbrückt. Das Steuersignal OSZ, z. B. vom
Atemmustergenerator 7 kommend, ist bei gewünschter HFOV auf
HIGH.
Es schaltet den Schalter 8 aus und den Schalter 9 ein. Bei
Anliegen des Signales/OSZ schließt Schalter 8 den
Kondensator 16 kurz und Schalter 9 wird ausgeschaltet.
Im Ausführungsbeispiel sind die Schalter 8 und 9 als
Analogschalter ausgeführt.
Auf den zweiten Eingang des Multiplizierers 6 gelangt, im
Ausführungsbeispiel vom Atemmustergenerator 7, ein
Oszillationssignal vorgegebener Frequenz, Wellenform und
Amplitude, vorzugsweise in Form eines Sinussignales. Die
Bereitstellung des Oszillationssignales kann in beliebiger,
dem Fachmann vertrauter Weise erfolgen.
Der Ausgang des OMV-Reglerverstärkers 4 ist mit dem Eingang
einer Grenzwerterkennung 21 verbunden, die bei Nichterreichen
des OMV-Sollwertes optischen und/oder akustischen Alarm
signalisiert.
Bezugszeichenliste
1 Hochpaß
2 Doppelweggleichrichter
3 Mittelwertbildner
4 OMV-Reglerverstärker
5 Einweggleichrichter
6 Multiplizierer
7 Atemmustergenerator
8 Schalter
9 Schalter
10 Reglerverstärker
11 Injektor
12 Stellventil
13 Volumenstromsensor
14 Drucksensor
15 Tubuskonnektor
16 Kondensator
17 Kondensator
18 Potentiometer
19 OMV-Meßschaltung
20 Steuereingang für das Oszillationsdrucksignal
21 Grenzwerterkennung
2 Doppelweggleichrichter
3 Mittelwertbildner
4 OMV-Reglerverstärker
5 Einweggleichrichter
6 Multiplizierer
7 Atemmustergenerator
8 Schalter
9 Schalter
10 Reglerverstärker
11 Injektor
12 Stellventil
13 Volumenstromsensor
14 Drucksensor
15 Tubuskonnektor
16 Kondensator
17 Kondensator
18 Potentiometer
19 OMV-Meßschaltung
20 Steuereingang für das Oszillationsdrucksignal
21 Grenzwerterkennung
OMV Oszillatorisches Minutenvolumen
MAP Mean airway pressure
HFOV High frequency oscillation ventilation
OSZ Steuersignal für die Einschaltung der Oszillation
MAP Mean airway pressure
HFOV High frequency oscillation ventilation
OSZ Steuersignal für die Einschaltung der Oszillation
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung zur Steuerung der Oszillations-Amplitude bei der
Hochfrequenzventilation, basierend auf einem Beatmungsgerät, dessen Beat
mungsdruck durch elektrische Signale in definierter Weise gesteuert werden kann
und das zu diesem Zweck einen Steuereingang für ein Oszillationsdrucksignal besitzt,
welches weiterhin einen Sensor zur patientennahen Messung des
Volumenstromes der Atmung sowie einen Atemmustergenerator aufweist, der einen Mitteldruck-
Sollwert (MAP) sowie ein elektrisches
Oszillationssignal mit vorgegebener Form, Amplitude und Frequenz erzeugt, gekennzeichnet dadurch, daß
der Ausgang des Volumenstromsensors (13) an den Eingang einer OMV-Meßschaltung (19), deren Aus
gang mit einem Eingang eines OMV-Reglerverstärkers (4) und dessen Aus
gang mit einem Eingang eines Multiplizierers (6) verbunden sind, angeschlossen ist, daß der
Ausgang des Multiplizierers (6) über einen Schalter (9) mit dem Steuereingang für
das Oszillationsdrucksignal (20) und der zweite Eingang des Multiplizierers (6) mit dem
Ausgang des Atemmustergenerators (7) verbunden sind, der das elektrische Oszillationssignal
vorgebbarer Frequenz und Amplitude bereitstellt, und daß der zweite Eingang des OMV-Reglerver
stärkers (4) mit einem OMV-Sollwert beaufschlagt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die OMV-
Meßschaltung (19) aus der Reihenschaltung eines Hochpaßfilters (1), eines Doppel
weggleichrichters (2) und eines Tiefpaßfilters (3) besteht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Aus
gang des OMV-Reglerverstärkers (4) mit dem einen Eingang des Multiplizierers
(6) über einen Einweggleichrichter (5) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet
dadurch, daß der OMV-Reglerverstärker (4) als I- oder PI-Regler ausgeführt ist, wobei
der Integrationskondensator (16) mit einem Schalter (8) überbrückt ist, der bei
erwünschter Oszillation ausgeschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen
dem Ausgang des Schalters (9) und dem Steuereingang für das Oszillations
drucksignal (20) ein Trennkondensator (17) angeordnet ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, gekennzeichnet
dadurch, daß der Ausgang des OMV-Reglerverstärkers (4) mit dem Eingang einer
Grenzwerterkennung (21) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der
Ausgang des Einweggleichrichters (5) mit dem Eingang einer Grenzwerterkennung
(21) verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4120313A DE4120313C2 (de) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | Schaltungsanordnung zur Steuerung der Oszillationsamplitude bei der Hochfrequenzventilation |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4120313A DE4120313C2 (de) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | Schaltungsanordnung zur Steuerung der Oszillationsamplitude bei der Hochfrequenzventilation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4120313A1 DE4120313A1 (de) | 1992-12-24 |
DE4120313C2 true DE4120313C2 (de) | 1995-03-09 |
Family
ID=6434332
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4120313A Expired - Fee Related DE4120313C2 (de) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | Schaltungsanordnung zur Steuerung der Oszillationsamplitude bei der Hochfrequenzventilation |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4120313C2 (de) |
Cited By (1)
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1991
- 1991-06-20 DE DE4120313A patent/DE4120313C2/de not_active Expired - Fee Related
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