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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterstützung der Beatmung eines Patienten.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung für die Unterstützung der
Beatmung eines Patienten, der in aufeinander folgenden Zyklen atmet,
von denen jeder eine Einatmungsphase und eine Ausatmungsphase aufweist.
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Es
existieren zahlreiche Arten von Vorrichtungen für die Unterstützung bei
der Beatmung, auch Beatmungsgeräte
genannt, die dazu beitragen, die Schwierigkeiten bei der Beatmung
zu lindern, indem dem Patienten insbesondere eine Luftzufuhrhilfe während der
Einatmungsphasen zuteil wird.
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Der
Patient trägt
im Allgemeinen eine Maske auf dem Gesicht, die die Nase und den
Mund bedeckt und die mit dem Beatmungskreis verbunden ist, insbesondere
um die Beatmung des Patienten zu unterstützen.
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Damit
eine Verwendung für
verschiedene pathologische Typen möglich ist, muss die Vorrichtung
für die
Unterstützung
bei der Beatmung je nach Unterstützung
bei der Beatmung auf verschiedene Arten arbeiten können, insbesondere
bei einer volumetrischen Beatmung, bei der Perkussionsbeatmung und
bei der barometrischen Beatmung.
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Bei
der Art der volumetrischen Unterstützung der Beatmung muss das
Unterstützungsgerät dem Patienten
ein Luftvolumen zur Verfügung
stellen, das konstant und/oder vorgegeben ist. Der Durchfluss der
zum Patienten geleiteten Luft kann im Verlauf der Einatmungsphase
konstant sein, abnehmen, zunehmen, sinusförmig verlaufen etc.
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Die
Durchflussmenge, die zum Patienten geleitet wird, kann über einen
großen
Bereich von Werten variieren, der sich von 5 bis 150 Liter pro Minute erstrecken
kann. In jedem Fall muss sie perfekt eingestellt werden können. Darüber hinaus
müssen
die Zeitdauer der Zunahme des Durchflusses beim Übergang von der Ausatmungsphase
zur Einatmungsphase des Patienten sowie die Dauer der Abnahme des
Durchflusses beim Übergang
von der Einatmungsphase zur Ausatmungsphase des Patienten so kurz
wie möglich
sein.
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Bei
der barometrischen Unterstützung
der Beatmung muss das Hilfsgerät
Gas zu dem Patienten leiten, und zwar insbesondere ein Gasvolumen unter
einem konstanten Druck, der während
der gesamten Ausatmungsphase des Patienten aufrechterhalten bleibt.
Bei dieser Art der Beatmung ist der Durchfluss an Gas unter Druck
größer als
bei der volumetrischen Beatmung. Die Dauer des Druckanstiegs bei
dem Gas muss so kurz wie möglich
sein. Mit anderen Worten, es ist bei den Vorrichtungen für die Unterstützung der
Beatmung, insbesondere den Vorrichtungen für die Beatmung zuhause, schwierig, diesen
Zeitraum auf ein Minimum zu reduzieren.
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Bei
der dritten Unterstützung,
der Perkussionsbeatmung, muss die Vorrichtung für die Unterstützung der
Beatmung an den Patienten ein Gasvolumen liefern, das im Verlauf
der verschiedenen Phasen der Beatmung in seiner Amplitude moduliert
wird. Die Schwingungsfrequenz, die zwischen 1 und 10 pro Sekunde
liegen kann, ist schwierig mit den bekannten Vorrichtungen für die Unterstützung einzuhalten.
Tatsächlich
macht es die Trägheit
der Einatmungsventile unmöglich,
die oben beschriebenen Anforderungen zu erfüllen.
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Darüber hinaus
ist es bei der Vorrichtung für die
Unterstützung
der Beatmung notwendig, eine elektrische Versorgung vorzusehen,
um damit die Funktion der Elemente zu gewährleisten, wie zum Beispiel
das Druckgasreservoir, das ein Blasebalg oder eine Turbine sein
kann.
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Die
Beatmungsgeräte,
insbesondere die Beatmungsgeräte
für zuhause,
sind nicht immer für
die drei genannten Arten einsetzbar.
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Eine
derartige Vorrichtung kann im Krankenhausbereich oder im Hause des
Patienten eingesetzt werden. Im einen wie im anderen Fall kann sie
für Patienten
eingesetzt werden, die sich bewegen können, damit sie in ihrer Beweglichkeit
nicht eingeschränkt werden,
und es ist daher von Interesse, Unterstützungsvorrichtungen für die Beatmung
zu entwickeln, die autonom sind.
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In
diesem Fall ist es notwendig, die Vorrichtungen mit elektrischen
Akkumulatoren auszustatten. Jedoch wird ihre Autonomie stark durch
die Größe, das
Gewicht wie auch die Kosten derartiger Akkumulatoren eingeschränkt, die
in der Vorrichtung für
die Unterstützung
der Beatmung integriert werden müssen.
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Darüber hinaus
machen es die großen
pathologischen Unterschiede der durch die Vorrichtungen für die Unterstützung der
Beatmung Behandelten notwendig, dass jede Vorrichtung in gewisser Weise
spezialisiert ist. So entspricht jede Vorrichtungsart einer pathologischen
Kategorie. Das verringert die Anzahl der Vorrichtungen, die für jede Kategorie
hergestellt werden, und erhöht
die Kosten der Entwicklung und der Herstellung.
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Um
diese Nachteile zu beheben, wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Unterstützung bei der
Beatmung eines Patienten, der in aufeinander folgenden Zyklen atmet,
von denen jeder eine Einatmungsphase und eine Ausatmungsphase aufweist, vorgeschlagen,
die umfasst:
- eine Druckgasquelle, an deren einer Ausgangsöffnung ein
Druckgas ausströmt,
um in die oberen Atemwege des Patienten zu gelangen,
- einen Verteilerblock für
das Gas unter Druck, der einen Übertragungskreis
umfasst, der die Ausgangsöffnung
der Gasquelle mit einem ersten freien Ende einer Haupteinatmungsleitung
verbindet, an deren zweitem freien Ende sich eine Maske befindet,
insbesondere eine Gesichtsmaske, die von dem Patienten getragen
wird, und
- ein Einatmungsventil zum Regeln des Gasstromes, das in den Übertragungskreis,
der durch einen Steuerkreis der Vorrichtung gesteuert wird, insbesondere in
Abhängigkeit
von Durchflussraten und dem Druck des Gases in der Hauptleitung,
geschaltet ist und die Form eines Drehverteilers aufweist,
- die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Einatmungsventil in
Form eines Drehverteilers realisiert ist.
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Weitere
kennzeichnende Merkmale der Erfindung sind, dass:
- das Einatmungsventil
für die
Regelung des Gasstromes einen röhrenförmigen Ventilkörper mit
einer verlängerten
Längsöffnung in
seiner Wand aufweist, die die Weiterleitung des Gases aus der Ausgangsöffnung der
Gasquelle zu dem ersten freien Ende der Haupteinatmungsleitung ermöglicht und
einen Rollenkörper
umfasst, der in dem Körper
drehbar angeordnet ist, dessen axiale Enden geschlossen sind und
dessen einer axialer Rand gegenüber
seinem geschlossenen Ende ein Profil in Form einer Spirale aufweist,
so dass bei Drehung des Rollenkörpers
die progressive Veränderung
des Querschnitts des Durchlasses der verlängerten Öffnung die Übertragung des Gases ermöglicht;
- die Ausgangsöffnung
der Gasquelle in dem ersten freien Ende eines ersten Loches mündet, dessen zweites
freie Ende durch das geschlossene Ende des Rollenkörpers verschlossen
wird, und der Verteilerblock eine Aussparung umfasst, die einerseits
gegenüber
der verlängerten
Längsöffnung mündet, zu der
sie komplementär
ist, und andererseits in einem zweiten Blindloch mündet, an
dessen freiem Ende das erste freie Ende der Haupteinatmungsleitung
befestigt ist;
- der Rollenkörper
durch einen Motor in Drehung versetzt wird, insbesondere einem Schrittmotor,
der durch den Steuerschaltkreis der Vorrichtung gesteuert wird;
- der Rollenkörper
eine Indexvorrichtung für
seine Winkelposition aufweist;
- wenn die Vorrichtung für
die respiratorische Unterstützung
der volumetrischen Beatmung eingesetzt wird, in deren Verlauf die
Vorrichtung dem Patienten in der Einatmungsphase ein vorgegebenes
Volumen an Gas zuführen
muss, der Steuerschaltkreis der Vorrichtung die Winkelposition des
Rollenkörpers und
den Druck von der Gasquelle so einstellt, dass der Querschnitt des
Durchlasses die Übertragung
eines vorgegebenen Gasvolumens zum Patienten ermöglicht;
- wenn die Vorrichtung für
die respiratorische Unterstützung
der barometrischen Beatmung eingesetzt wird, in deren Verlauf die
Vorrichtung dem Patienten in der Einatmungsphase ein Gas unter einem
vorgegebenen Druck zuführen
muss, der Steuerschaltkreis der Vorrichtung die Winkelposition des
Rollenkörpers einstellt,
so dass der Querschnitt des Durchlasses dem Gesamtmaß der verlängerten Öffnung entspricht,
und der Steuerschaltkreis der Vorrichtung den Druck der Gasquelle
derart einstellt, dass der Gasdruck in der Einatmungsleitung dem
vorgegebenen Gasdruck entspricht;
- wenn die Vorrichtung für
die respiratorische Unterstützung
der Perkussionsbeatmung eingesetzt wird, in deren Verlauf die Vorrichtung
dem Patienten in der Einatmungsphase ein Gasdurchfluss zuführen muss, der
um einen vorgegebenen Gasdurchfluss oszilliert, der Steuerschaltkreis
der Vorrichtung die Oszillation der Winkelposition des Rollenkörpers um
eine vorgegebene Position in Übereinstimmung
mit dem vorgegebenen Durchfluss einstellt und den Druck der Gasquelle
steuert;
- die Druckgasquelle eine elektrische Rotationsmaschine umfasst,
die in ihrer Geschwindigkeit durch den Steuerschaltkreis gesteuert
wird, wobei ein freies Ende der Rotationsmaschine ein Verdichterrad antreibt,
durch das das Gas in eine Führungsspirale eines
Gehäuses
geleitet wird, wenn die elektrische Rotationsmaschine elektrisch
versorgt wird;
- das Gehäuse
wenigstens einen Punkt aufweist, der in der Spirale mündet, um
wenigstens ein komprimiertes Gas, das durch eine andere Druckquelle oberhalb
bereitgestellt wird, bei einem zweiten Druck, der über dem
ersten Druck liegt, zu injizieren, und das komprimierte Gas mit
dem zweiten Druck dazu geeignet ist, das Verdichterrad wie auch
den Rotor der elektrischen Rotationsmaschine in Drehung zu versetzen,
so dass das Druckgas dem Patienten unter dem ersten Druck zuge führt wird
und dass die elektrische Rotationsmaschine als Generator für elektrische
Energie arbeitet und elektrische Energie erzeugt;
- der Fluss des wenigstens einen Gases unter dem zweiten Druck
in das Gehäuse
in einer im Wesentlichen tangential verlaufenden Richtung zur Spirale
injiziert wird;
- die Druckquelle oberhalb wenigstens teilweise aus einem Druckgaskreis
besteht, der in einem Krankenhaus zur Verfügung steht;
- die Druckquelle ein Druckgasreservoir umfasst;
- das Reservoir in der Hilfsvorrichtung integriert ist;
- das Gas unter dem zweiten Druck wenigstens teilweise Luft ist;
- das komprimierte Gas unter dem zweiten Druck wenigstens teilweise
aus einem therapeutischen Gas besteht; das therapeutische Gas Sauerstoff
ist;
- die Einrichtungen zum Einstellen des Druckes zwischen der anderen
oberhalb liegenden Druckquelle und dem Injektionspunkt angeordnet
sind;
- sie ein Dosierungsventil für
das komprimierte Gas unter dem zweiten Druck umfasst, dessen Öffnung proportional
zur Öffnung
des Einatmungsventils gesteuert wird;
- die elektrische Energie von der elektrischen Rotationsmaschine,
die als Generator arbeitet, wenigstens teilweise die elektrischen
Verbraucher der Vorrichtung versorgt;
- die elektrische Energie von der elektrischen Rotationsmaschine,
die als Generator arbeitet, für
die Versorgung dient und wenigstens teilweise eine Akkumulatorbatterie
der Vorrichtung lädt;
- die elektrische Energie von der elektrischen Rotationsmaschine
größer als
die elektrische Energie ist, die durch die elektrischen Verbraucher
verbraucht wird, so dass die Vorrichtung zur Unterstützung bei der
respiratorischen Beatmung autonom ist;
- der Verteilerblock Steuereinrichtungen umfasst, die das Öffnen und
das Schließen
eines Ausatmungsventils steuern, die sowohl in der Einatmungsleitung eines
einfachen Kreises als auch in der Ausatmungsleitung eines Doppelkreises
angeordnet sein können;
- für
den Fall, dass sie einen Doppelschaltkreis umfasst, der Ausatmungsschieber
in einem Modul eingerichtet ist, das an dem Verteilerblock befestigt
ist und eine Leitung umfasst, so dass die Steuereinrichtung mit
dem Ausatmungsschieber verbunden ist;
- die Steuereinrichtungen die Erzeugung eines positiven Ausatmungsdruckes
an dem Ausatmungsventil ermöglichen,
und dass der positive Ausatmungsdruck durch einen Ventilator erzeugt
wird;
- der Verteilerblock Messeinrichtungen umfasst, die den Durchfluss
von zirkulierendem Gas bestimmen, wenn man sich in der Ausatmungsphase
in der Einatmungsleitung eines einfachen Kreises oder in der Ausatmungsleitung
eines Doppelkreises befindet;
- bei Vorliegen eines Doppelkreises ein Modul vorgesehen ist,
das an dem Verteilerblock befestigt ist und das wenigstens eine
Leitung umfasst, die die Messeinrichtungen mit der Ausatmungsleitung
verbindet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Einzelheiten, die zur Erläuterung dient und sich auf die
beigefügten
Zeichnungen bezieht.
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1 ist
die schematische und vereinfachte Ansicht einer Vorrichtung zur
Unterstützung
der Beatmung gemäß dem Stand
der Technik, wobei die Vorrichtung während einer Einatmungsphase
dargestellt ist.
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2 ist
die schematische und vereinfachte Ansicht eines Teils einer Vorrichtung
für die
Unterstützung
der Beatmung gemäß der Lehre
der Erfindung.
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3 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung, die im Wesentlichen
den Verteilerblock für
den Gasstrom unter Druck gemäß der vorliegenden
Erfindung sowie das Druckgasreservoir darstellt.
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Die 4 bis 8 zeigen
verschiedene Außenansichten
des Druckgasreservoirs, das mit dem Verteilerblock für den Druckgasdurchfluss
zusammengebaut ist, wobei diese Einheit jeweils von vorne, von oben,
von unten und von der Seite dargestellt ist.
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9 ist
eine Schnittansicht des Druckgasreservoirs und des Verteilerblocks
für den
Gasstrom entlang der Linie 9-9
in 4.
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10 ist
eine Schnittansicht eines Teils des Druckgasreservoirs und des Verteilerblocks
für den Gasstrom
entlang der Linie 10–10
in 6.
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11 ist
eine schematische Darstellung der Evolute des Rollenkörpers des
Einatmungsventils im Verteilerblock.
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12 ist
eine Teilansicht mit Einzelheiten aus 9, wobei
sich das Einatmungsventil in geschlossener Position befindet.
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13 ist
eine ähnliche
Ansicht wie in der vorangehenden Figur, wobei sich das Einatmungsventil
in einer teilweise geöffneten
Position befindet.
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14 ist
eine ähnliche
Ansicht wie die in 2, wobei die Vorrichtung für die Unterstützung bei
der Beatmung mit einem einfachen Kreis versehen ist.
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15 ist
eine ähnliche
Ansicht wie die in 2, wobei die Vorrichtung für die Unterstützung bei
der Beatmung mit einem Doppelkreis versehen ist.
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In
der folgenden Beschreibung sind identische oder ähnliche Elemente mit gleichen
Bezugsziffern versehen.
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In 1 ist
eine Vorrichtung für
die Unterstützung
bei der Beatmung eines Patienten nach dem Stand der Technik dargestellt.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst zunächst ein Druckluftreservoir 12,
das beispielsweise in Form eines motorisierten Ventilators oder
einer Turbine mit einem Elektromotor vorliegt, der permanent Druckluft in
eine Hauptleitung 14 für
die Einatmung speist, deren unteres Ende beispielsweise mit einer
Maske 15 verbunden ist, die die oberen Atemwege des Patienten
bedeckt, das heißt
die Nase und den Mund.
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In
der Einatmungsleitung 14 befindet sich ein Einatmungsventil 16,
das dort in Form eines Ballonventils mit pneumatischer Steuerung
realisiert ist. Das Einatmungsventil 16 ist während der
Einatmungsphasen des Patienten geöffnet, und es ist während der
Ausatmungsphasen geschlossen. Jedoch führt eine Umleitung 18 an
dem Einatmungsventil 16 vorbei, um eine Verbindung mit
der Einatmungsleitung 14 herzustellen, und zwar selbst
während
der Ausatmungsphasen, damit ein geringer Leckstrom beispielsweise
durch Lecks, durch die Luft in Höhe
der Maske 15 des Patienten entweichen kann, ausgeglichen
werden kann.
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Unterhalb
des Einatmungsventils 16 findet man nacheinander in der
Einatmungsleitung 14 ein Drehsperrventil 20, das
verhindert, dass von dem Patienten ausgeatmetes Gas in Richtung
des Druckgastreservoirs zurückströmt, sowie
einen Druck- und Durchflusssensor 22.
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Zur
Steuerung des Einatmungsventils 16 kann ein Elektroschieber 24 vorgesehen
werden, der drei Eingänge 24-1, 24-2 und 24-3 aufweist,
von denen jeder über
ein entsprechendes Rohr mit dem Einatmungsballonventil 16,
dem Ausgang des Druckluftreservoirs 12 und der Einatmungsleitung 14 unterhalb
des Einatmungsventils 16 verbunden ist.
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Der
Elektroschieber 24 zur Steuerung des Einatmungsventils 16 kann
entweder den Eingang 24-1 mit dem Eingang 24-2 oder
den Eingang 24-1 mit dem Eingang 24-3 verbinden.
Im ersten Fall ist folglich der Druck, der in dem Einatmungsballonventil 16 herrscht,
gleich demjenigen, der an dem Druckluftreservoir 12 herrscht,
wodurch das Einatmungsventil 16 geschlossen wird. Wenn
dagegen der Elektroschieber 24 seine Eingänge 24-1 und 24-3 verbindet,
wie es in 1 dargestellt ist, öffnet sich
das Einatmungsventil 16 und ermöglicht, dass Luft oder eine Mischung
unter Druck von dem Druckluftreservoir 12 bis zum Patienten
gelangt.
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Weitere
Einzelheiten bezüglich
der Funktion des Einatmungskreises findet man in FR-A-2 760 196,
in der ein Einatmungsventil 16 vom gleichen Typ beschrieben
wird.
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Die
Vorrichtung zur Unterstützung
der Respiration 10 umfasst im Übrigen eine Ausatmungsleitung 26,
deren oberes Ende 28 beispielsweise mit der Maske 15 des
Patienten verbunden ist und deren unteres Ende 30 beispielsweise
in der Umgebungs-Atmosphäre
endet.
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Auf
bekannte Art und Weise wird ein Ausatmungsventil 32, das
in Form eines Ballonventils vorliegt, in die Ausatmungsleitung 26 eingebaut.
Das Ausatmungsventil 32 wird während der Einatmungsphasen
des Patienten geschlossen, und es wird teilweise oder vollständig während der
Ausatmungsphasen geöffnet.
Der Druck in dem Ballon des Ausatmungsventils 32, der für das Öffnen oder
das Schließen
des Ventils 32 sorgt, wird durch einen Steuerkreis 34 bestimmt.
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Die
Funktion des Steuerkreises 34 für das Ausatmungsventil 32 wird
im Folgenden genauer erläutert.
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Während einer
Einatmungsphase wird der Ballon des Ausatmungsventils 32 aufgeblasen.
Somit wird das Ausatmungsventil 32 geschlossen, so dass jegliche
Gaszirkulation in der Ausatmungsleitung 26 unterbunden
wird.
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Zu
Beginn der Ausatmungsphase wird aus dem Ballon des Ausatmungsventils 32 Luft
abgelassen, um die Zirkulation von Gas in der Ausatmungsleitung 26 zu
ermöglichen.
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Wenn
man dem Patienten einen positiven Ausatmungsdruck zur Verfügung stellen
möchte,
so ist es folglich notwendig, relativ schnell nach Beginn der Ausatmungsphase
und beispielsweise nach einer Dauer von 100 bis 200 Millisekunden
das Ausströmen
der Luft aus dem Ballon des Ausatmungsventils 32 zu unterbrechen.
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Man
kann beispielsweise das Ausströmen von
Luft aus dem Ballon des Ausatmungsventils 32 unterbrechen,
wenn der Druck in dem Ballon des Ventils 32 bis auf einen
Wert, der nur noch 3 Millibar über
dem gewählten
Wert liegt, abgefallen ist, um einen positiven Ausatmungsdruck zu
gewährleisten.
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Somit öffnet sich
das Ausatmungsventil 32 nur, wenn durch die von dem Patienten
ausgeatmete Luft oberhalb des Ausatmungsventils 32 in der
Ausatmungsleitung 26 eine Kraft ausgeübt wird, die größer als
ein Schwellenwert ist, den man einstellen kann, indem man den Druck
des Ballons des Ausatmungsventils 32 einstellt.
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Jedoch
lässt sich
bei einer solchen Vorrichtung zur Unterstützung der Beatmung 10 ihre
Funktion nicht so optimieren, wie es oben beschrieben wurde.
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Außerdem sind
Vorrichtungen für
die Unterstützung
bei der Beatmung bekannt, die tragbar sind, wie es beispielsweise
in WO-A-96/11717 beschrieben und dargestellt ist. Dort wird insbesondere
eine spezielle Vorrichtung beschrieben, die die Möglichkeit
bietet, die verschiedenen Arten der Unterstützung der Beatmung abzudecken,
die oben beschrieben wurden. Diese Lösung sieht vor, den Luftdurchfluss
zu variieren, indem direkt auf die Drehgeschwindigkeit eines Kompressorrotors
eingewirkt wird, der das Reservoir für komprimierte Luft bildet.
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Außerdem sind
Vorrichtungen für
die Unterstützung
der Beatmung bekannt, wie sie in US-A-3 972 327 beschrieben und
dargestellt sind. Die Änderung
des Luftdurchflusses, der bei den verschiedenen Arten der Unterstützung bei
der Beatmung notwendig ist, erfolgt durch einen Schieber, der in
dem Zufuhrkreis vorgesehen ist.
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Dieser
Schieber besteht insbesondere aus einem röhrenförmigen Körper, der in seiner Wand eine Öffnung aufweist,
die den Durchtritt des Gasstroms von der Ausgangsöffnung des
Gasreservoirs zu dem ersten freien Ende der Haupteinatmungsleitung
ermöglicht,
und er umfasst einen Rollenkörper, der
drehbar in dem röhrenförmigen Körper angeordnet
ist, der an einem seiner axialen Enden geschlossen ist und der ein
Loch in seiner axialen Wand aufweist, um bei der Drehung des Rollenkörpers den Querschnitt
des Durchlasses der Öffnung
progressiv zu verändern,
so dass der Gasstrom hindurch treten kann. Somit macht es das in
dieser Schrift beschriebene System möglich, den Durchfluss zwischen
null und dem Maximum zu variieren, indem der Rollenkörper um
einige Grade um seine longitudinale Achse gedreht wird.
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Darüber hinaus
ist bei gegebenem kreisförmigem
Querschnitt der Öffnung
des Ventilkörpers und
des Loches des Rollenkörpers
die Änderung
des Querschnitts des Durchlasses der Öffnung nicht linear.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass die Vorrichtung für
die Unterstützung
der Beatmung 10 des Patienten einen Verteilerblock 50 für den Gasstrom
unter Druck umfasst, der einen Übertragungskreis 52 umfasst,
der die Ausgangsöffnung
des Gasreservoirs 12 unter Druck mit einem ersten freien Ende 54 der
Hauptleitung 14 für
das Einatmen verbindet, an deren zweiten Ende die Maske 15 befestigt ist,
die von dem Patienten getragen wird.
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Eine
derartige Vorrichtung zur Unterstützung bei der Beatmung 10 ist
in 2 dargestellt.
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Um
den Gasstrom zwischen dem Gasreservoir 12 unter Druck und
der Einatmungsleitung 14 präzise regeln und modulieren
zu können,
wird ein Einatmungsventil 54 in den Übertragungskreis 52 eingebaut.
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Das
Einatmungsventil 54 wird durch einen Steuerkreis gesteuert,
der nicht dargestellt ist, der zu der Vorrichtung gehört, sind
zwar insbesondere in Abhängigkeit
von Werten des Durchflusses und des Gasdruckes in dem Übertragungskreis 52.
Der Steuerkreis umfasst elektronische Schaltkreise, die insbesondere
die Verarbeitung, wie zum Beispiel die Auswertung der elektrischen
Signale, zulässt.
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Zu
diesem Zweck gestatten es erste Messeinrichtungen 56, den
Druckverlust auf Grund des Einatmungsventils 54 zu bestimmen.
Die ersten Messeinrichtungen 56 übertragen an den Steuerschaltkreis
Informationen bezüglich
Druckdifferenz zwischen oberhalb und unterhalb des Einatmungsventils 54.
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Die
Messeinrichtungen 56 können
aus einem Differenzdrucksensor bestehen, der an dem Verteilerblock 50 angeschlossen
ist und der mit dem Übertragungskreis 52 über einen
nicht dargestellten ersten Kanal und zweiten Kanal oder Durchgang oberhalb
bzw. unterhalb des Einatmungsventils 54 verbunden ist.
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Zweite
Messeinrichtungen 58 erlauben die Bestimmung des Druckes
in der Nähe
des unteren Endes des Übertragungskreises 52.
Die zweiten Messeinrichtungen 58 übertragen an den Steuerschaltkreis
eine Information bezüglich
des Druckes in der Einatmungsleitung 14.
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Die
zweiten Messeinrichtungen 58 können aus einem Drucksensor
bestehen, der mit dem Übertragungskreis 52 verbunden
ist.
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Sie
können
außerdem
aus einem Differenzdrucksensor bestehen, ähnlich dem, der für die ersten
Druckeinrichtungen 56 eingesetzt wird. Die Verwendung eines
solchen Sensors ermöglicht
es, die Anzahl der Komponenten in der Vorrichtung für die Unterstützung bei
der Beatmung 10 zu verringern und damit ihre Herstellungskosten
zu senken. In diesem Fall umfasst der Differenzdrucksensor zwei Druckanschlüsse, von
denen einer über
einen nicht dargestellten Kanal mit dem Übertragungskreis 52 und
der andere Sensor direkt mit der Atmosphäre verbunden ist.
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Dritte
Messeinrichtungen 60 ermöglichen es, den Durchfluss
von Gas festzulegen, der in dem Übertragungskreis 52 zirkuliert
und der im Wesentlichen dem Gasstrom entspricht, der über die
Maske 15 des Patienten bereitgestellt wird.
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Wie
in 2 gezeigt, umfassen die Messeinrichtungen 60 zwei
Drucksensoren, die auf beiden Seiten eines Elements angeordnet sind,
das dazu dient, einen Druckabfall zu erzeugen.
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Gemäß der technischen
Lehre der Erfindung und um auf optimale Art den Gasstrom zu regeln,
der in dem Übertragungskreis 52 zirkuliert,
ist das Einatmungsventil 54 von der Art mit drehbarem Rollenkörper.
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Damit
wird es möglich,
den Querschnitt des Durchgangs für
den Gasstrom zu variieren, der durchströmt, nämlich durch Drehung eines mobilen Elements,
das durch einen schnellen Antrieb mit kleinem Trägheitsmoment angetrieben wird,
um insbesondere die Öffnungs-
und Verschlusszeit des Ventils bei Übergängen aus der Einatmungsphase
in die Ausatmungsphase und umgekehrt zu reduzieren.
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Das
Einatmungsventil 54 hat die Form eines Drehverteilers,
der daher einen röhrenförmigen Körper 62 aufweist,
der axial mit der Ausgangsöffnung der
Gasquelle 12 entlang der Achse X–X ausgerichtet ist.
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Gemäß den 9 und 10 wird
der röhrenförmige Körper 62 dicht
in einem ersten Loch 64 des Verteilerblocks 50 aufgenommen.
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Der
röhrenförmige Körper 62 weist
in seiner ringförmigen
zylindrischen Wand eine erste längliche Öffnung oder
Aussparung 66 mit axialer Ausrichtung auf. In dem Verteilerblock 50 gegenüber der
länglichen Öffnung 66 ist
eine Aussparung 68 vorgesehen.
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Die
längliche Öffnung 66 und
die Aussparung 68 ermöglichen
es so, das Innere des röhrenförmigen Körpers 62 und
ein zweites Loch 70, das axial in dem Verteilerblock 50 vorgesehen
ist, zu verbinden.
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Gemäß 10 verlaufen
die beiden Löcher 64 und 70 parallel
zueinander und überlagern
sich.
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Die
längliche Öffnung 66 definiert
den maximalen Querschnitt des Durchgangs für den Gasstrom durch das Einatmungsventil 54.
Der maximale Querschnitt des Durchgangs, der so definiert ist, ist größer als
der Querschnitt des Durchgangs, der notwendig ist für die maximale Übertragung
des Gasvolumens, wenn die Vorrichtung für die Unterstützung der
Beatmung 10 im Rahmen der respiratorischen Unterstützung durch
volumetrische Beatmung arbeitet.
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Um
den Durchfluss von Gas unter Druck durch das Ventil 54 steuern
zu können,
das heißt
den Durchfluss von Gas, das durch die Atemwege des Patienten fließt, ist
ein Rollenkörper 72 vorgesehen, der
um die Achse X–X
drehbar ist.
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Der
drehbare Rollenkörper 72 umfasst
eine Ummantelung oder eine Hülle 74,
die sich axial von einer hinteren transversalen Wand 76 aus
erstreckt, so dass das untere Ende 78 des röhrenförmigen Körpers 62 verschlossen
werden kann. Somit kann der Luftstrom unter Druck, der in das erste
Loch 64 strömt,
nur über
die längliche Öffnung 66 und
die Aussparung 68 entweichen.
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Die
Ummantelung 74 erstreckt sich somit axial von der hinteren
transversalen Wand 76 zu dem oberen Ende von ersterer,
ausgehend von dem Loch 64. Ihre maximale axiale Ausdehnung
wird so definiert, dass ein Teil vor der Ummantelung 74 in
geschlossener Position die längliche Öffnung 66 des röhrenförmigen Körpers 62 vollständig verschließen kann.
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Um
die Abdichtung des ersten Loches 64 zu vereinfachen, wird
die Ausgangsöffnung
des Gasreservoirs 12 direkt und dicht mit dem Inneren einer Öffnung 82 am
freien Ende oberhalb des röhrenförmigen Körpers 62 verbunden.
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Der
Rand am vorderen axialen Ende 80 der Ummantelung 74,
der der transversalen Wand 76 gegenüberliegt, weist ein Profil
auf.
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Allgemein
weist das Profil am Rand am axialen Ende 80 zwei Zonen
auf.
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Eine
erste Zone besteht aus einer axialen Nut 84, die sich bis
in die Nähe
der hinteren transversalen Wand 76 des Rollenkörpers 72 erstreckt,
so dass dann, wenn sich der Rollenkörper 72 in einer Winkelposition
befindet, die der vollständigen Öffnung entspricht,
sich die axiale Nut 84 gegenüber der länglichen Öffnung 66 befindet,
so dass der Querschnitt des Durchgangs für den Durchfluss dem Querschnitt
des oben definierten maximalen Durchgangs entspricht. So kann die
Breite der axialen Nut 84 einem Winkel von etwa zwanzig
Grad entsprechen.
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Die
zweite Zone hat eine gekrümmte
Form, ganz allgemein die einer Spirale 86, die sich zwischen
den beiden parallelen axialen Rändern
der Nut 84 erstreckt.
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11 zeigt
ein Beispiel für
die Evolute der Ummantelung 74, bei dem die beiden Zonen
und insbesondere das Profil der Spirale 86 deutlich werden.
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Die
Drehung des Rollenkörpers
führt so
zu einer Abdeckung der länglichen Öffnung 66,
so dass der Querschnitt des Durchgangs für den Gasstrom variiert wird.
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Der
Rollenkörper 72 weist
eine Verlängerung 88 auf,
die sich axial von der transversalen Wand 76 in eine Richtung
nach hinten in Bezug auf das Reservoir 12 mit Gas unter
Druck erstreckt. Die Verlängerung 88 weist
ein Loch 90 der Achse X-X
auf, um einen Durchgang für
ein Element 92 für
den Drehantrieb des Rollenkörpers 72 zu
schaffen. Das Element 92 ist bezüglich einer Drehung in Bezug
auf die Verlängerung 88 unbeweglich.
Vorzugsweise wird das Element 92 in dem anderen axialen
Loch 90 verspannt.
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Das
Element 92, mit dem der Rollenkörper 72 in Drehung
versetzt wird, ist hier die Abtriebswelle eines Elektromotors 94 vom
Typ Schrittmotor. Die Drehung des Motors 94 wird über den
Steuerschaltkreis der Vorrichtung 10 gesteuert.
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Um
die Winkelposition des Rollenkörpers 72 und
damit die der Spirale 86 in Bezug auf die erste längliche Öffnung 66 anzuzeigen,
wird ein transversaler Flügel 96 an
der Verlängerung 88 angeordnet. Der
Flügel 96 umfasst
am Rand seiner radialen Flächen
Einrichtungen für
die Identifizierung seiner Winkelposition.
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Der
Flügel 96 kann
ein Codierungsrad sein, das mit einer optischen Vorrichtung 98 zusammenarbeitet,
die teilweise in 9 dargestellt ist.
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Wie
allgemein bekannt, überträgt die optische
Vorrichtung 98 somit an den Steuerschaltkreis eine Information,
die die Winkelposition des Rollenkörpers 72 wiedergibt.
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Die
Verwendung eines solchen Einatmungsventils 54 hat zahlreiche
Vorteile.
-
Die
Funktion der Vorrichtung zur Unterstützung der Beatmung 10 wie
auch die Regulierung des Gasstromes durch die oberen Atemwege des
Patienten mittels Einatmungsventil 52 werden im Folgenden
erläutert.
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In
der Ausatmungsphase befindet sich der Rollenkörper 72 des Einatmungsventils 52 in
einer geschlossenen Position, die in der 12 dargestellt ist.
In diesem Fall deckt die Ummantelung 74 die längliche Öffnung 66 vollständig ab.
-
Vorzugsweise
deckt in dieser Position der Rand 80 am vorderen Ende der
Ummantelung 74 die erste längliche Öffnung 66 nicht vollständig ab,
so dass durch den Querschnitt des Durchgangs permanent ein Gasaustausch
stattfindet, Leckstrom genannt.
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Der
Leckstrom, der in der Einatmungsleitung 14 zirkuliert,
macht es insbesondere möglich,
die Lecks in Höhe
der Patientenmaske 15 zu kompensieren.
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Wenn
die Vorrichtung zur Unterstützung
der Beatmung 10 in die Einatmungsphase gelangt, so versetzt
der Motor 95 den Rollenkörper 72 in Drehung,
bis eine vorgegebene Position erreicht ist, wie es in 13 dargestellt
ist, so dass der Querschnitt des Durchgangs für das Gas in der länglichen Öffnung 66 vergrößert wird.
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Wenn
der Druckunterschied zwischen oberhalb und unterhalb des Einatmungsventils 52 konstant
ist, ist der Gasstrom durch das Einatmungsventil 52 konstant,
und zwar ist er proportional zum Querschnitt des Durchgangs für den Gasstrom
in der länglichen Öffnung 66.
Somit wird der Gasstrom zu den oberen Atemwegen des Patienten präzise festgelegt.
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Der Übergang
von der geschlossenen Position in die vorgegebene Position muss
so schnell wie möglich
erfolgen. Tatsächlich
ist zu Beginn der Einatmungsphase der Durchfluss des durch den Patienten eingeatmeten
Gases am größten. Wenn
der Übergang
aus der geschlossenen Position in die vorgegebene Position nicht
schnell genug erfolgt, muss sich der Patient anstrengen, um einzuatmen,
was für
ihn eine Behinderung ist.
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Die
Raschheit der Bewegung hängt
von mehreren Parametern ab, insbesondere der Trägheit der bewegten Teile, den
Eigenschaften des Motors 94 sowie dem zu bewältigenden
Drehwinkel.
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Um
die Eigenschaften der Vorrichtung zur Unterstützung bei der Beatmung 10 zu
optimieren, werden die bewegten Teile aus Materialien und in Formen
hergestellt, die eine maximale Verringerung ihrer Masse und ihrer
Trägheit
erlauben.
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Der
Motor 94 kann stark beschleunigen, um so schnell wie möglich seine
Maximalgeschwindigkeit zu erreichen.
-
Der
durch den Drehkörper 72 zu
bewältigende
Drehwinkel hängt
von dem Profil seines Randes am vorderen Ende 80 wie von
der Art der Beatmung für
den Patienten ab.
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Sobald
die Vorrichtung zur Unterstützung
bei der Beatmung 10 für
die respiratorische Unterstützung
durch volumetrische Beatmung eingesetzt wird, muss man dem Patienten
ein vorgegebenes Gasvolumen zuführen.
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Im
Verlauf der Einatmungsphase kann der Durchfluss von Gas für den Patienten
konstant sein, gewisse pathologische Fälle erfordern eine Veränderung
des Durchflusses, der beispielsweise zunehmen, abnehmen oder sinusförmig verlaufen
kann.
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Bei
dieser Art der Beatmung wird über
den Steuerschaltkreis der Vorrichtung 10 der Druck des Gases
am Ausgang des Gasreservoirs derart gesteuert, dass der Druckunterschied zwischen
oberhalb und unterhalb des Einatmungsventils 52 konstant
gehalten wird. Darüber
hinaus ermöglicht
der Steuerschaltkreis der Vorrichtung 10 auf Grund der Steuerung
der Drehbewegung des Rollenkörpers 72, dass
der Querschnitt des Durchgangs der länglichen Öffnung 66 ein vorgegebenes
Gasvolumen hindurchlässt.
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Soweit
der Durchfluss im Verlauf der Einatmungsphase konstant sein muss,
positioniert der Motor 94 den Rollenkörper 72 in der vorgegebenen Position,
so dass ein vorgegebenes Gasvolumen hindurchströmen kann. Der Drehwinkel des
Rollenkörpers 72,
der von dem Profil des Randes 80 am vorderen Ende abhängt, ist
immer kleiner als eine Umdrehung.
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Wenn
der Gasdurchfluss im Verlauf der Einatmungsphase variieren soll,
positioniert der Motor 94 den Rollenkörper 72 in einer Anfangsposition, dann
setzt er ihn im Verlauf der Einatmungsphase in Bewegung, so dass
das durchströmende
Gasvolumen im Verlauf der Einatmungsphase dem vorgegebenen Gasvolumen
entspricht.
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Wenn
sich die Vorrichtung zur Unterstützung der
Beatmung 10 im respiratorischen Betrieb mit barometrischer
Beatmung befindet, so muss mit ihr dem Patienten Gas unter einem
vorgegebenen Druck zugeführt
werden.
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In
diesem Fall kann der Durchfluss von Gas für den Patienten gesteigert
werden. Darüber
hinaus ist es in diesem Fall so, dass die Gasanforderung und damit
der Gasdurchfluss durch den Patienten zu Anfang der Einatmungsphase
am größten ist.
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Es
ist daher notwendig, dass das Einatmungsventil 52 schnell
den maximalen Durchfluss an Gas durch die längliche Öffnung 66 ermöglicht.
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Hierzu
setzt der Motor 94 den Rollenkörper 72 um einige
Grade in Bewegung, so dass sich die Nut 84 gegenüber der
länglichen Öffnung 66 befindet.
Somit ermöglicht
es eine leichte Drehung des Motors 94, von der geschlossenen
Position des Einatmungsventils 52 in die vollständig geöffnete Position
zu gelangen, in der der maximale Durchfluss gewährleistet ist.
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Bei
dieser Art der Beatmung wird das Gasreservoir 12 durch
den Steuerschaltkreis gesteuert, abhängig von dem Wert für den Druck
in der Einatmungsleitung 14, der von den beiden Messeinrichtungen 58 erzeugt
wird.
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In
einer Abwandlung ist die längliche Öffnung 66 auf
einem ihrer axialen Enden vergrößert, um
den Durchfluss des Gases in dem Querschnitt des Durchgangs zu erhöhen.
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In
diesem Fall ist es notwendig, den Drehwinkel des Rollenkörpers etwas
zu vergrößern, um die
längliche Öffnung 66,
die vergrößert ist,
vollständig
zu entkoppeln.
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Vorzugsweise
erfolgt diese Vergrößerung in dem
Abschnitt der länglichen Öffnung 66,
die durch die Ummantelung 74 nur dann freigegeben wird, wenn
sich das Einatmungsventil 52 in einer vollständig geöffneten
Position befindet. Somit wird der maximale Durchfluss hierdurch
im barometrischen Betrieb vergrößert, während die
Präzision
der Regelung im volumetrischen Betrieb nicht beeinträchtigt wird.
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Wenn
die Vorrichtung zur Unterstützung
bei der Beatmung 10 respiratorisch für die Perkussionsbeatmung arbeitet,
so muss im Verlauf der Einatmungsphase, während der die Vorrichtung dem
Patienten einen Durchfluss zur Verfügung stellen muss, der um einen
vorgegebenen Gasdurchfluss oszilliert, die Steuerschaltung der Vorrichtung 10 eine
Oszillation der Position des Rollenkörpers 72 um eine vorgegebene
Winkelposition veranlassen, die dem vorgegebenen Durchfluss entspricht.
Der Steuerschaltkreis ermöglicht
außerdem
die Vorgabe des bereitgestellten Drucks durch das Gasreservoir 12,
um eine konstante Druckdifferenz zwischen oberhalb und unterhalb
des Einatmungsventils 52 sicherzustellen.
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Somit
ermöglicht
es die Vorrichtung zur Unterstützung
bei der Beatmung 10 gemäß der Erfindung,
präzise
und rasch den Fluss von Gas unter Druck für den Patienten zu regeln.
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Aus
Gründen
der Sicherheit umfasst die Vorrichtung für die Unterstützung der
Beatmung 10 außerdem
zwei Sicherheitsventile 99 für die freie Belüftung. Wenn
das Reservoir 12 für
Gas unter Druck oder das Einatmungsventil 52 ausfällt und
die Zirkulation des Luftstroms in dem Verteilerblock 50 blockiert
wird, während
sich der Patient in der Einatmungsphase befindet, so können die
Sicherheitsventile 99 für
die freie Belüftung öffnen, wenn
der Wert des Unterdrucks in dem zweiten Loch 70 kleiner
als ein vorgegebener Wert ist. Der Patient kann so Außenluft
einatmen. In diesem Fall befindet sich ein Ausatmungsventil der
Vorrichtung 10 in geöffneter Position,
so dass der Patient Luft ausatmen kann, die er über die Sicherheitsventile 99 eingeatmet
hat.
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Erfindungsgemäß wird außerdem vorgeschlagen,
dass das Gasreservoir 12 unter Druck eine elektrische Rotationsmaschine 100 umfasst,
die eine Achse Y–Y
aufweist, bei der ein freies Ende des Rotors 102 an einem
Schaufelrad 104 befestigt ist.
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Das
Schaufelrad 104 ist drehbar um die Achse Y–Y in einer
Führungsschnecke 106 eines
Gehäuses 108 gelagert.
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Wenn
die elektrische Rotationsmaschine 100 elektrisch versorgt
wird, sorgt sie für
die Drehung des Schaufelrades 104 als Antrieb in der Führungsschnecke 106,
so dass ein Gasstrom von einem axialen Luftansaugeingang 105 zur
Austrittsöffnung 107 entsteht.
Der Gasstrom wird an den Patienten geleitet. Das Gasreservoir 12 arbeitet
daher als "Ventilator".
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Es
ist vorteilhaft, wenn das Gehäuse 108 wenigstens
einen Punkt 110 aufweist, an dem sich eine Mündung in
die Schnecke 106 befindet, um wenigstens ein Gas zu injizieren,
das aus einem Reservoir für
Gas unter Druck darüber
stammt, das nicht dargestellt ist, und unter einem zweiten Druck,
der größer als
der erste Druck des Gases ist, zum Patienten geleitet wird, das
hier Hilfsgas genannt wird.
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Das
in der Schnecke 106 am Injektionspunkt 110 unter
dem zweiten Druck injizierte Gas macht es also möglich, dass das Schaufelrad 104 wie
auch der Rotor 102 der elektrischen Rotationsmaschine in Drehung
versetzt werden.
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Die
elektrische Rotationsmaschine 100 arbeitet dann als Generator
für die
Erzeugung elektrischer Energie.
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Es
ist von Vorteil, wenn in der Art, in der die elektrische Rotationsmaschine
die maximale elektrische Energie erzeugt, der Fluss wenigstens eines Gases
mit einem zweiten Druck in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung
zur Schnecke 106 in das Gehäuse 108 injiziert
wird.
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Ein
derartiges Gasreservoir 12 macht es möglich, die Autonomie der Vorrichtung
zur Unterstützung
der Beatmung 10 zu vergrößern. Tatsächlich kann die erzeugte elektrische
Energie durch alle elektrischen Energieverbraucher, wie zum Beispiel den
Motor 94 und den Steuerschaltkreis, genutzt werden. Darüber hinaus
kann es die erzeugte elektrische Energie es möglich machen, die elektrischen Akkumulatoren
der Vorrichtung 10 zu versorgen und wieder aufzuladen.
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Die
oberhalb angeordnete Druckquelle besteht beispielsweise wenigstens
teilweise aus einem Gaskreis unter einem Druck, der im Krankenhausbereich
zur Verfügung
steht.
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Die
oberhalb angeordnete Druckquelle kann für die Vorrichtung ein therapeutisches
Gas, wie zum Beispiel Sauerstoff, bereitstellen.
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Die
Dosierung der Menge an therapeutischem Gas, das injiziert wird,
erfolgt vorzugsweise über
ein Dosierungsventil mit einem Gehäuse und einem Rollenkörper, ähnlich wie
bei dem Einatmungsventil 52. Das Öffnen dieses Dosierungsventils
für das
therapeutische Gas kann so proportional zur Öffnung des Einatmungsventils 52 vorgegeben
werden.
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Wenn
die Druckluft der Vorrichtung für
die Unterstützung
der Beatmung 10 permanent zugeführt wird, kann die durch die
elektrische Rotationsmaschine 100 erzeugte elektrische
Energie für
den Betrieb der Vorrichtung zur Unterstützung der Beatmung 10 ausreichen.
In diesem Fall kann die elektrische Versorgung der Vorrichtung 10 mit
Netzstrom unterbleiben. Dies macht es möglich, die Vorrichtung 10 zu
bewegen, da sie nicht mit einem Elektrokabel an das Netz angeschlossen
ist.
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Die
oberhalb angeordnete Druckquelle kann außerdem ein Gasreservoir unter
Druck sein, das in der Nähe
der Vorrichtung zur Unterstützung
der Beatmung 10 angeordnet ist. Die oberhalb angeordnete Druckquelle
kann außerdem
in der Vorrichtung 10 integriert sein.
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Es
ist von Vorteil, wenn nicht dargestellte Einrichtungen für die Regelung
des Druckes zwischen der oberhalb angeordneten Druckquelle und dem
Injektionspunkt 110 vorgesehen sind. So kann die oberhalb
angeordnete Druckquelle Gas unter einem Druck bereitstellen, der
größer als
der ist, bei dem es an dem Injektionspunkt 110 injiziert
wird, wobei es die Einrichtungen für das Regeln des Druckes zulassen,
den Druck des injizierten Gases anzupassen, so dass man eine optimale
Ausnutzung der elektrischen Rotationsmaschine 100 erhält.
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Die
Einrichtungen für
das Regeln des Druckes können
aus einem Gasdruckminderungsventil bestehen.
-
Damit
die Vorrichtung für
die Unterstützung bei
der Beatmung 10 bei möglichst
vielen unterschiedlichen Patienten eingesetzt werden kann, das heißt genauso
gut bei Patienten mit einer bestimmten Mobilität, d.h. gesunde Patienten,
die zuhause gepflegt werden, wie auch bettlägerigen Patienten, die sich
insbesondere in einer Krankenhausumgebung befinden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass
die Vorrichtung zur Unterstützung
bei der Beatmung 10 modular aufgebaut ist.
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Zu
diesem Zweck ist die Vorrichtung zur Unterstützung der Beatmung 10 insbesondere
für Patienten
mit einer bestimmten Mobilität
und Bedarf an einfachen, leichten, handhabbaren und robusten Geräten gedacht.
Die Vorrichtung für
die Unterstützung der
Beatmung 10, die daher einen Kreis aufweist, der als "einfacher Kreis" 118 bezeichnet
wird, das heißt die
Einatmungsleitung 14, umfasst in der Nähe des Patienten ein Ausatmungsventil 120 gemäß 13.
-
Das
Ausatmungsventil 120 wird derart gesteuert, dass es während der
Einatmungsphase geschlossen bleibt und sich während der Ausatmungsphase öffnet.
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In
bestimmten Fällen
ist es bei der Ausatmungsphase notwendig, dass an dem Ausatmungsventil 120 ein
positiver Ausatmungsdruck herrscht, der es erlaubt, einen in den
Lungenflügeln
des Patienten herrschenden Druck zu kompensieren.
-
So
umfasst der Verteilerblock Steuereinrichtungen 122, die
einerseits das Öffnen
und Schließen des
Ausatmungsventils 120 während
Ausatmungs- und Einatmungsphasen des Patienten erlauben, und andererseits
die Steuerung des Wertes für
den positiven Ausatmungsdruck (Pep) erlauben.
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Die
Steuerung des Ausatmungsventils 120 kann durch Erzeugen
eines Druckes auf einer beweglichen Wand des Ventils 120 erfolgen,
so dass das Evakuieren des von dem Patienten ausgeatmeten Gases
nach außen
möglich
wird oder nicht.
-
Wie
bekannt, umfassen die Steuereinrichtungen einen Kompressor, beispielsweise
einen Paletten- oder Membrankompressor, um den Wert des positiven
Ausatmungsdruckes zu steuern.
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Im
Betrieb kann mit dem Kompressor periodisch ein vorgegebenes Gasvolumen
zugeführt
werden. Es ist notwendig, eine Speicherkammer einzuplanen, die ein
Gasreservoir darstellt und die es ermöglicht, den Druck des zugeführten Gases
anzuheben und zu stabilisieren. Eine Austrittsöffnung der Kammer ist mit dem
Ausatmungsventil 120 verbunden, um insbesondere an seiner
beweglichen Wand einen Druck für
die Steuerung zu erzeugen.
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Geringe
Veränderungen
des Steuerdrucks sorgen für
Oszillationen der beweglichen Wand des Ventils 120 und
damit zu einer Instabilität
des positiven Ausatmungsdruckes. Diese Instabilität kann eine Behinderung
für den
Patienten sein.
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Mit
einem solchen Kompressortyp kann die optimale Funktion der Vorrichtung 10 für die Unterstützung der
Beatmung nicht sichergestellt werden. Wenn durch ihn ein vorgegebenes
Gasvolumen bereitgestellt wird, kann man mit der Speicherkammer den
Druck nicht vollständig
stabilisieren, was zu einer Veränderung
des positiven Ausatmungsdruckes führt.
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Darüber hinaus
ist es notwendig, einen Kompromiss zwischen Durchfluss der Pumpe
und Stabilität
des positiven Ausatmungsdruckes zu finden. In der Tat werden durch
einen Kompressor, der einen hohen Durchfluss an Gas bewältigt, Änderungen
des positiven Ausatmungsdruckes bewirkt, die größer als die sind, die durch
einen Kompressor bewirkt werden, der einen niedrigeren Gasdurchfluss
bewältigt. Jedoch
ist ein großer
Gasdurchfluss notwendig, um eine schnelle Steuerung des Ventils 120 sicherzustellen,
so dass der optimale Komfort für
den Patienten erreicht wird.
-
Um
diese Nachteile zu überwinden,
werden erfindungsgemäß Steuereinrichtungen 122 vorgeschlagen,
die einen Ventilator, der mit einer elektrischen Rotationsmaschine
zusammenhängt,
sowie ein Schaufelrad umfassen, ähnlich
wie es bei dem oben beschriebenen Gasreservoir 12 der Fall
ist.
-
So
wird die elektrische Rotationsmaschine des Ventilators durch den
Steuerkreis gesteuert, so dass der Ausgangsdruck des komprimierten
Gases dem Wert des positiven Ausatmungsdruckes entspricht.
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Ein
derartiger Ventilator hat eine geringe Trägheit, so dass mit ihm eine
rasche Versorgung bei hohem Gasdurchfluss und vorgegebenem Druck
ermöglicht
wird. Somit lässt
sich eine rasche Steuerung durch die Mittel 120 erreichen.
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Darüber hinaus
ist der Druck am Ausgang des Ventilators im Wesentlichen konstant,
wodurch es möglich
wird, die Speicherkammer fortzulassen und eine optimale Stabilität des positiven
Ausatmungsdruckes sicherzustellen.
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Darüber hinaus
wird durch den Steuerschaltkreis der Vorrichtung 10 der
Ausgangsdruck des Ventilators ausgehend von dem Druck des von dem
Patienten ausgeatmeten Gases vorgegeben. So ist der positive Ausatmungsdruck
unabhängig
von dem Durchfluss des von dem Patienten ausgeatmeten Gases wie
auch eventuell dem Wert des Durchflusses auf Grund von Lecks bei
dem Gasreservoir 12.
-
Eine
Leitung 124 ermöglicht
die Verbindung der Steuereinrichtungen 122 mit dem Ausatmungsventil 120,
so dass das komprimierte Gas eine Kraft auf eine mobile Membran
des Ausatmungsventils 120 ausübt, so dass es geöffnet wird,
wenn der Druck des Gases, das von dem Patienten ausgeatmet wurde,
größer als
der positive Ausatmungsdruck ist.
-
Um
die Verbindung zwischen der Leitung 124 und den Steuereinrichtungen 122 zu
vereinfachen, umfasst der Verteilerblock 50 einen Ausschluss 121,
der insbesondere in den 5 und 7 dargestellt
ist.
-
Der
Druck und der Durchfluss des komprimierten Gases, das in der Leitung 124 zirkuliert,
sind sehr klein. So kann die Leitung 124 flexibel sein
und in ihren Abmessungen klein gehalten werden.
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Um
die von dem Patienten ausgeatmete Luft zu kontrollieren, umfasst
die Vorrichtung für
die Unterstützung
der Beatmung 10 Messeinrichtungen 126, die den
Durchfluss des Gases festlegen, das während der Ausatmungsphase in
der Einatmungsleitung zirkuliert. Die vorliegenden Werte werden
anschließend
durch Steuereinrichtungen 34 verarbeitet, um das von dem
Patienten ausgeatmete Volumen abzuschätzen.
-
In
den Verteilerblock 50 sind Messeinrichtungen 126 integriert,
die hier aus zwei Drucksensoren 125 bestehen.
-
Diese
beiden Sensoren 125 sind über zwei Leitungen 129 mit
zwei Druckanschlüssen 127 der Eingangsleitung 14 verbunden.
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Die
Druckanschlüsse
sind beidseitig eines Elements 128 angeordnet, das sich
in der Nähe
der Maske 15 befindet und dazu dient, einen Druckabfall zu
erzeugen. Die Steuereinrichtungen 34 bestimmen damit das
von dem Patienten ausgeatmete Volumen auf Grund der Information
mit Bezug auf die Druckdifferenz zwischen den beiden Sensoren 125.
-
Wenn
die Vorrichtung 10 mit einem einfachen Kreis 118 ausgestattet
ist, so werden das Ausatmungsventil 120 wie auch die beiden
Druckanschlüsse 127 mit
Steuereinrichtungen 122 und Messeinrichtungen 126 mittels
Leitungen 124, 129 verbunden, die flexibel sind
und in ihren Dimensionen klein gehalten sind, so dass der einfache
Kreis 118 für
die Atmung handhabbar, leicht und wenig voluminös ist, wodurch die Benutzung
der Maske 15 vereinfacht wird.
-
Darüber hinaus
werden bei dem einfachen Kreis 118 Komponenten wie das
Ausatmungsventil 120 eingesetzt, die robust und kostengünstig sind.
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Der
Verteilerblock 50 mit den Steuereinrichtungen 122 wie
auch die Messeinrichtungen 126 können ebenso gut für eine Vorrichtung
zur Unterstützung
der Beatmung 10 mit einem Kreis, der "doppelter Kreis" 132 genannt wird, verwendet
werden, wie es in 15 dargestellt ist.
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Die
Vorrichtung zur Unterstützung
der Beatmung 10 umfasst damit eine Einatmungsleitung 14 und
eine Ausatmungsleitung 130, die in der Nähe der Maske 15 miteinander
verbunden sind.
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In
diesem Fall umfasst das obere Ende der Ausatmungsleitung 130 ein
Modul 134, das an dem Verteilerblock 50 befestigt
ist.
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Das
Modul 134 umfasst ein Druckabsenkungselement 128 wie
auch ein Ausatmungsventil 120, die mit Messeinrichtungen 126 bzw.
Steuereinrichtungen 122 über die Leitungen 124, 129 in
einem Modul 134 verbunden sind.
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Dichtigkeitselemente
sind um die freien Enden der Leitungen 124, 129 herum
angeordnet, um jegliches Leck zu vermeiden, durch das die Messung des
ausgeatmeten Volumens oder die Vorgabe des positiven Ausatmungsdrucks
des Ausatmungsventils 120 verfälscht werden könnte.
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Die
Länge der
Leitungen 124, 129 ist sehr klein, der Wert für den positiven
Ausatmungsdruck und die Messung des ausgeatmeten Volumens ist sehr
genau.
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Die
Vorrichtung zur Unterstützung
der Beatmung 10 mit einem Doppelkreis 132 muss
eventuell bei Patienten eingesetzt werden, deren Gesundheitszustand
kritisch ist. Es ist daher notwendig, alle Störungen zu vermeiden, durch
die ihre Eigenschaften beeinträchtigt
werden können.
-
Es
sind zwei Hauptgründe
für die
Beeinträchtigung
der Eigenschaften bekannt, nämlich
die Kondensation in der Ausat mungsleitung 130 und der Öffnungswiderstand
des Ausatmungsventils 120.
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In
der Tat kann die Kondensation in der Ausatmungsleitung 130 und
insbesondere in dem Abschnitt in dem Modul 134 die Messung
des ausgeatmeten Volumens wie auch die Funktion des Ausatmungsventils 120 stören.
-
Um
die Kondensation insbesondere am unteren Ende der Ausatmungsleitung 130 zu
minimieren oder sogar zu unterdrücken,
wird das Modul 134 geheizt, damit die sich bildenden Wasserpartikel
verdampft werden.
-
Darüber hinaus
wird der Abschnitt am unteren Ende der Ausatmungsleitung 130 allgemein
derart geneigt, dass sich sein freies Ende unten auf Höhe des tiefsten
Punktes der Leitung 130 befindet, um das Absaugen von Kondensat
zu erleichtern.
-
Allgemein
hat das Ausatmungsventil 120 von Vorrichtungen 10 zur
Unterstützung
der Beatmung mit einem Doppelkreis 132 die Form eines "Ballonventils", in welchem ein
Luftdruck in einem Ballon 136 dafür sorgt, dass eine bewegliche
Wand 137 gegen einen ringförmigen Sitz 138 gedrückt wird,
um eine Eingangsöffnung
des Ventils abzudecken. Wenn der Druck am Eingang des Ventils 120 größer als
der Druck im Inneren des Ballons 136 wird, kann sich das Ventil 120 also öffnen, so
dass Gas durch das Ventil 120 im Allgemeinen in die Atmosphäre entlassen wird.
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Eine
derartige Art von Ventilen erlaubt eine gute Kontrolle über den
positiven Ausatmungsdruck, wenn man sich in einem eingerichteten
Bereich befindet. Bei der Öffnungsphase
des Ventils 120 muss jedoch der Druck, der in der Ausatmungsleitung 130 herrscht,
größer als
der positive Ausatmungsdruck sein. Die Differenz zwischen diesen
beiden Drücken resultiert
aus der elastischen Deformation des Ballons 136.
-
Mit
anderen Worten, im Allgemeinen ist zu Beginn der Ausatmungsphase
der Durchfluss, der von dem Patienten ausgeatmet wird, am größten. Die Druckerhöhung auf
Grund der elastischen Deformation des Ballons kann somit zu einer
Beeinträchtigung
des Patienten führen.
-
So
ist es von Vorteil, die Steuereinrichtungen 122 für den positiven
Ausatmungsdruck mit einem Hilfssystem für das Öffnen des Ausatmungsventils 120 zu
versehen. Ein solches System erlaubt es in der Öffnungsphase des Ausatmungsventils 120,
einen Druck zu erzeugen, der der Differenz zwischen dem positiven
Ausatmungsdruck und dem Druck entspricht, der herrschen muss, um
das Öffnen
des Ausatmungsventils 120 zu bewirken.
-
Das
System zur Unterstützung
des Öffnens des
Ausatmungsschiebers 120 kann außerdem einen elektromagnetischen
Antrieb aufweisen, dessen mobiles Element mit der beweglichen Wand 137 verbunden
ist. Beim Öffnen
des Ausatmungsventils 120 übt so das mobile Element des
elektromagnetischen Antriebs eine Kraft auf die bewegliche Wand 137 aus, die
gleich der Widerstandskraft ist, die auf Grund der elastischen Deformation
des Ballons 136 herrscht.
-
Ein
derartiges System zur Unterstützung
des Öffnens
des Ausatmungsschiebers 120 ermöglicht eine Kombination von
Geschwindigkeit des elektromagnetischen Antriebs beim Öffnen des
Ausatmungsventils 120 und Stabilität bei der Steuerung des positiven
Ausatmungsdruckes durch die Einrichtungen 122, wenn das
Ausatmungsventil 120 geöffnet
wird.
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Wenn
der Druck, der angewendet werden muss, um das Öffnen des Ausatmungsventils 120 zu bewirken,
größer als
der positive Ausatmungsdruck ist, müssen die Steuereinrichtungen 122 eine
Druckminderung in dem Ballon 136 bewirken.
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Die
Vorrichtung für
die Unterstützung
bei der Beatmung 10 kann genauso gut mit einem einfachen Kreis 118 oder
einem Doppelkreis 132 eingesetzt werden. Die Vorrichtung 10 kann
ebenso gut im Krankenhausbereich wie auch im Heimbereich eingesetzt werden.
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Um
die Anpassung des Einfachkreises 118 und des Doppelkreises 132 an
den Verteilerblock 50 zu vereinfachen, umfasst die Vorrichtung
für die
Unterstützung
der Beatmung 10 Anschlüsse,
mit denen die Steuereinrichtungen 122 und die Messeinrichtungen 126 unabhängig an
die Leitungen 124, 129 eines Einfachkreises 118 oder
eines Doppelkreises 132 angeschlossen werden können.
-
Der
Verteilerblock 50 umfasst außerdem Einrichtungen für die Befestigung
des Moduls 134, die nicht dargestellt sind.
-
Die
Einrichtungen für
die Befestigung können
mit Innengewinde ausgestattet sein, in welchem Elemente mit Gewinde
verschraubt sind. Sie können außerdem Elemente
umfassen, die elastisch mit komplementären Elementen des Moduls 134 zusammenwirken,
so dass letzteres durch Verhaken komplementärer Elemente am Verteilerblock 50 befestigt wird.
-
Bei
einer Abwandlung, die nicht dargestellt ist, ist es mit dem Einatmungsventil
möglich,
gegen die Atmosphäre
zu evakuieren, und zwar wenigstens einen Teil des durch das Gasreservoir 12 bereitgestellten
Gases, und zwar während
bestimmter Phasen des Zyklus bei der Unterstützung der Beatmung durch die
Vorrichtung 10, und insbesondere während der Ausatmungsphasen.
In FR-A-2 714 837 wird ein Ventil dieser Art beschrieben und dargestellt.
-
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass die ringförmige
zylindrische Wand des röhrenförmigen Körpers des
Einatmungsventils eine zweite Öffnung
oder ein zweites Fenster umfasst, das im Wesentlichen senkrecht
zu der ersten Öffnung
orientiert ist. Die zweite Öffnung
ermöglicht
es, das Innere des röhrenförmigen Körpers mit
dem Äußeren der
Vorrichtung zu verbinden.
-
Das
Profil des Randes am axialen Ende vor der Ummantelung hat also eine
Form, die allgemein einem V entspricht.
-
Bei
dieser Abwandlung erfolgt die Versorgung durch das Gasreservoir
mit einem konstanten Gasstrom, wobei die Regelung des Flusses zum
Patienten demgemäß über die
Winkelstellung der Ummantelung in dem Körper erfolgt.
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Die
erste und die zweite Öffnung
sind zueinander derart angeordnet, dass die Ummantelung sie abdecken
kann oder nicht, und zwar vollständig
oder teilweise.
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Tatsächlich deckt
die Ummantelung beispielsweise im respiratorischen Bereich durch
barometrische Beatmung in der Einatmungsphase die zweite Öffnung vollständig ab,
so dass die Ungestörtheit
des Gasstromes von dem Reservoir 12 bis zur Haupteinatmungsleitung
erhalten bleibt.
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Bei
der Ausatmungsphase deckt die Ummantelung die erste Öffnung vollständig (oder
teilweise, um einen Durchgang für
Lecks zu lassen) ab.
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Um
eine Vergrößerung des
Druckes am Ausgang des Gasreservoirs zu vermeiden, ist es über die Winkelposition
der Ummantelung möglich,
die zweite Öffnung
zu öffnen,
um das Gas in die Atmosphäre abzusaugen.
-
Vorzugsweise
sind die Form und die Position der ersten und der zweiten Öffnung wie
auch der Ummantelung des Rollenkörpers
derart gestaltet, dass der Querschnitt des Durchgangs für das Gas
durch die erste und zweite Öffnung
in der Summe konstant ist, was immer die Betriebsphase der Vorrichtung
für die
Unterstützung
der Beatmung sei.