DE69829868T2

DE69829868T2 - Lungendruck-modulator

Info

Publication number: DE69829868T2
Application number: DE69829868T
Authority: DE
Inventors: Samuel David Piper
Original assignee: Piper Samuel David Sacramento
Current assignee: Piper Samuel David Sacramento
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: US6067984A; JP2001519213A; ATE293471T1; AU9668598A; CA2301530C; EP1023099A1; WO1999019014A1; CA2301530A1; DE69829868D1; EP1023099B1

Description

STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Beatmungsgeräte und im Besonderen eine Überdruck-Lungenvorrichtung und eine Perkussionsbehandlungsvorrichtung mit konstantem Durchfluss.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein grundlegender Aspekt der Beatmung eines Patienten ist die Fähigkeit, die Beatmung von Patienten zu unterstützen, die einer Atemhilfe bedürfen. Die unterstützende Beatmung wird für gewöhnlich durch Kliniker unter Verwendung eines manuellen Beatmungsgeräts oder eines automatischen Beatmungsgeräts geleistet.
Manuelle Beatmungsgeräte sind für gewöhnlich mit einem sich selbst füllenden Beutel, einer Anordnung von Absperrventilen, welche die Richtung der Inhalations- und Exhalationsgase regeln, und einer Patientenschnittstelle ausgestattet, bei der es sich für gewöhnlich entweder um eine Gesichtsmaske oder einen Anschluss zur Verbindung mit einem endotrachealen Schlauch bzw. Tubus handelt. Manuelle Beatmungsgeräte werden für gewöhnlich mit einem ununterbrochenen Gasfluss versorgt, der einen bekannten prozentualen Anteil an Sauerstoff aufweist. Die Bedienungsperson eines manuellen Beatmungsgerätes füllt den Patienten mit Sauerstoff angereicherter Luft, indem der sich selbst füllende Beutel gedrückt wird, wodurch Druck ausgeübt und ein Gasfluss in die Lungen des Patienten bewirkt wird. Die Inhalation endet und die Exhalation beginnt, wenn die Bedienungsperson aufhört, den Beutel zu drücken, so dass das unter Druck stehende Gas in der Lunge des Patienten in die Umgebung entweichen kann. Die meisten manuellen Beatmungsgeräte sind mit einer Einrichtung versehen, um einen geringen positiven Mindestdruck bzw. Mindestüberdruck der Lunge des Patienten während der Exhalation aufrechtzuerhalten, wobei dieser Druck für gewöhnlich als PEEP (englisch für Positiv End Expiratory Pressure) bzw. positiver Druck während der Expiration der Lunge bezeichnet wird. Während der Exhalation füllt sich der sich selbst füllende Beutel wieder und der Vorgang kann wiederholt werden. Manuelle Beatmungsgeräte sind einfach und kostengünstig. Leider können manuelle Beatmungsgeräte leicht falsch verwendet werden. In letzter Zeit wurde eine große Anzahl von Studien veröffentlicht, die belegen, dass ganz gleich, ob es sich bei der Bedienungsperson um einen Arzt, einen Atmungstherapeuten oder eine Krankenschwester handelt, Patienten Gasvolumina je Atemzug (Atemzugvolumen) empfangen, die zu klein sind, und mit gleichzeitig zu schnellen Atmungsraten. Es hat sich gezeigt, dass dies erhebliche negative Auswirkungen auf Patienten besitzt.
Automatische Beatmungsgeräte (Ventilatoren) wurden ursprünglich entwickelt, um einem Patienten innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ein bestimmtes Volumen zuzuführen, und zwar bei nur geringfügiger Überwachungsmöglichkeit des Patienten. In den letzten 25 Jahren kamen verschiedene Modi hinzu, wie etwa die Druckregelung sowie verbesserte Überwachungsfähigkeiten hinzu. Dies alles führte zu den heutigen modernen portablen Ventilatoren bzw. Beatmungsgeräten. Die meisten Beatmungsgeräte verwenden noch heute Volumen- und zeitlich gesteuerte Beatmungsmodi, die arbeiten, indem dem Patienten voreingestellte Volumina oder ein konstanter Fluss über vorbestimmte Zeiträume zugeführt werden, und zwar unabhängig von der Dehnbarkeit der Lunge des Patienten. Die Lungendehnbarkeit ist während dem Transport anfällig für plötzliche Veränderungen, die potenziell einen Anstieg des Drucks der Atemwege des Patienten bis zu einem Punkt bewirken können, der eine schwere Verletzung des Patienten verursacht. Die druckgeregelte Beatmung und die Druckregelung sind neuere Beatmungsmodi, die eingesetzt werden, um die Beatmung eines Patienten zu unterstützen, und sie weisen eine Reihe von eindeutigen Vorteilen gegenüber den Volumen- und zeitabhängigen Beatmungsmodi auf. Die druckgeregelte Beatmung arbeitet, indem zwischen der Exhalation und der Inhalation umgeschaltet wird, wenn ein bestimmter Druck erreicht wird, und zwar unabhängig von dem zugeführten Volumen; somit variieren die dem Patienten zugeführten Gasvolumina abhängig von Veränderungen der Lungendehnbarkeit, wodurch verhindert wird, dass der Patient ein schädliches Druckniveau empfängt, während gleichzeitig eine ordnungsgemäße Beatmung des Patienten gewährleistet wird.
Moderne Beatmungsgeräte für den Transport werden batterie- oder pneumatisch betrieben und sind mit mehreren Beatmungsmodi ausgestattet, darunter druckgeregelte Beatmungsarten, verschiedene Durchflussregelungsfunktionen sowie mehrere Alarmüberwachungsfunktionen, und wobei sie ferner in der Lage sind, die Atmungsbemühungen des Patienten zu detektieren und zu synchronisieren. Obgleich die aktuellen Transportbeatmungsgeräte eine konstante, sichere und zuverlässige Beatmung bereitstellen, sind sie gleichzeitig sehr teuer. Darüber hinaus kann das Einwegzubehör, das zur Verwendung in Verbindung mit diesen Beatmungsgeräten benötigt wird, teilweise mindestens so teuer sein wie ein manuelles Beatmungsgerät. Zur Reduzierung der hohen Anschaffungskosten für diese Geräte sind einige Hersteller dazu zurückgekehrt, vereinfachte Volumenbeatmungsgeräte mit zeitlicher Regelung anzubieten, die standardmäßig keine Überwachungs-, Kontroll- und Alarmfunktionen kennzeichnender Beatmungsgeräte aufweisen und auch nicht die Option für eine druckgeregelte Beatmung. Diese Geräte werden häufig als automatische Beatmungsgeräte klassifiziert, und sie sind auch nicht nur weniger sicher, sondern kosten Tausende von Dollar und erfordern den Einsatz von zusätzlichem Einwegzubehör oder Teilen, die vor der Wiederverwendung sterilisiert werden müssen. In der heutigen Zeit der Kosteneinschränkungen im Bereich der Medizin allgemein, beschweren sich Krankenhäusern und andere medizinische Anbieter größtenteils über die Kosten für portable bzw. Transportbeatmungsgeräte sowie die in Verbindung damit erforderlichen Schulungen für zusätzliches Personal.
Das U.S. Patent US-A-5,564,416 offenbart gasbetriebene Beatmungsgeräte und elektrisch betriebene oder geregelte Beatmungsgeräte zum Induzieren oder Unterstützen der Lungenfunktion menschlicher Patienten. In einem kennzeichnenden Ausführungsbeispiel wird die Auslassleitung eines pneumatischen Oszillators durch eine Membran geregelt, die durch eine Feder geschlossen gehalten wird, die über einen Auslöser gespannt ist, wobei die Feder durch eine Auslösung des Auslösers entlastet wird und es ermöglicht, dass die Membran die Auslassleitung öffnet. Der Druck der Auslassleitung wirkt danach auf die Membran, so dass die Auslassleitung so lange offen gehalten wird, bis der Auslassdruck am Ende des Inhalationszyklus sinkt, unabhängig davon, ob der Auslöser vor diesem Moment betätigt wird oder nicht.
Benötigt wird somit eine Beatmungstechnologie, die so konstant, sicher und zuverlässig ist wie aktuelle Transportbeatmungsgeräte, während sie gleichzeitig kostengünstig so leicht anwendbar ist wie manuelle Beatmungsgeräte. Die vorliegende Erfindung erfüllt neben anderen auch all diese Anforderungen und überwindet die Unzulänglichkeiten der dem Stand der Technik entsprechenden Technologie.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst allgemein eine Druck-Lungenmodulatorvorrichtung, die jede pneumatische Kapazität über einen umfassenden Frequenzbereich füllt und entlädt, wenn sie mit einem konstanten Gasfluss versorgt wird. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Überdruck-Lungenvorrichtung gemäß dem gegenständlichen Anspruch 1 vorgesehen. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist gemäß dem gegenständlichen Anspruch 4 eine Perkussionsbehandlungsvorrichtung mit konstantem Durchfluss vorgesehen. Weitere Ausführungsbeispiele sind den Unteransprüchen vorgesehen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel dient die Lunge des Patienten als pneumatische Kapazität bzw. als pneumatischer Kondensator, der zyklisch gefüllt und entleert (Inhalation, gefolgt von Exhalation) werden muss, wodurch eine druckgeregelte Atmungsunterstützung mit konstantem Fluss für Patienten bereitgestellt wird, die eine Atemunterstützung benötigen. Ein derartiges Ausführungsbeispiel der Erfindung ist so sicher, effektiv und zuverlässig wie Transportbeatmungsgeräte und so leicht bedienbar und kostengünstig wie ein manuelles Beatmungsgerät.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel befindet sich der pulmonare Druckmodulator in Fluidübertragungsverbindung mit einem angebrachten pneumatischen Kondensator/Kapazität, wobei ein Zyklus auf einer Vielzahl von Frequenzen bewirkt werden kann, so dass ein unterschiedlicher Beatmungseffekt an dem Patienten bereitgestellt werden kann, der sich in konstanter Fluidübertragungsverbindung mit dem primären Hohlraum des pulmonaren Druckmodulators befindet. Die pulmonare Kapazität kann so konfiguriert werden, dass sie mit Frequenzen von bis zu 25 Hz während der Exhalation des Patienten oszilliert, wobei diesbezüglich festgestellt werden konnte, dass fixierte bzw. mitgeführte endobronchiale Sekretionen von unter Blockage leidenden Patienten mobilisiert werden.
Die Ausführungsbeispiele können in Verbindung mit einem Zerstäuber verwendet werden, der eine therapeutische Erleichterung bzw. Zustandsverbesserung zusätzlich zu der verabreichten Beatmungshilfe vorsieht. In allen Ausführungsbeispielen wird Druckluft oder Sauerstoff direkt der pneumatischen Kapazität bzw. dem Kondensator zugeführt, wodurch die pneumatische Kapazität geladen wird. Während der Entladung fließt das gesamte Gas durch den pulmonaren Druckmodulator. Die Erfindung führt einen Durchlauf der pneumatischen Kapazität durch, indem geregelt wird, wann die Druckladung endet und die Entladung beginnt und auf welchem Druck die Entladung endet und das Laden beginnt. Die Ladedauer wird durch die Strömungsrate der eintretenden Luft bzw. des eintretenden Sauerstoffs geregelt und wird durch die Dehnbarkeit bzw. die Nachgiebigkeit des pneumatischen Kondensators bewirkt. Die Dauer der Entladung wird durch einen variablen Restriktor bzw. eine variable Begrenzungseinrichtung in der Vorrichtung geregelt, der bzw. die regelt, wie schnell das entladene Gas des pneumatischen Kondensators in die Atmosphäre abgegeben wird. Wenn der Druck des pneumatischen Kondensators bzw. des Druckluftkondensators auf einen spezifizierten Wert fällt, schließt sich das Ventil des pulmonaren Druckmodulators, und der pneumatische Kondensator beginnt sich durch den ununterbrochenen Gasfluss zu laden; der Zyklus wird somit unendlich wiederholt.
In dem Ausführungsbeispiel aus 1 umfasst die pulmonare Druckmodulatorvorrichtung im Wesentlichen einen Doppelflächenkolben mit einem Oberflächenbereich, der an dem inneren Ende eines primären Anschlusses ruht, wodurch der primäre Anschluss während dem Laden des Druckluftkondensators dicht verschlossen wird. Der Doppelflächenkolben umfasst eine primäre Fläche, die als die Fläche definiert ist, die dem Druckluftkondensator während dem Laden ausgesetzt ist, wenn sich der Kolben an der geschlossenen Position befindet, und eine deutlich größere Fläche, welche die gesamte Fläche des Kolbens umfasst, der sich in Fluidübertragungsverbindung mit dem Druckluftkondensator nur während dem Entladen befindet oder wenn sich der Kolben an der offenen Position befindet. Wenn der Doppelflächenkolben geschlossen ist, verhindert er es, dass komprimiertes Gas austritt, und wobei eine Ladung des Druckluftkondensators durch das eintretende komprimierte Gas bewirkt wird. Während dem Laden nimmt der Druck in dem Druckluftkondensator zu, bis die Kraft des Drucks auf die primäre Fläche des Doppelflächenkolbens die Wiederherstellungskraft des Kolbens überwindet. Sobald der Doppelflächenkolben beginnt, sich zu öffnen, ist die ganz Fläche des Kolbens dem Druck des Druckluftkolbens ausgesetzt, so dass bewirkt wird, dass sich der Kolben nahezu unverzüglich von dem inneren Ende des primären Anschlusses an eine vollständige geöffnete Position weg bewegt. Wenn sich der Kolben vollständig öffnet, schließt er dicht mit den Kolbenentlastungsöffnungen ab. Der Druck des Druckluftkondensators, der bewirkt, dass sich der Kolben an die vollständig geöffnete Position bewegt, ist der Spitzendruck des Druckluftkondensators, der durch Regelung der Wiederherstellungskraft an dem Kolben angepasst werden kann. Sobald sich der Kolben öffnet, bleibt er offen, bis der Druck des Druckluftkondensators auf einen ausreichend niedrigen Wert fällt, so dass die Kraft der Feder die Kraft des Drucks des Druckluftkondensators auf die vollständige Fläche des Kolbens überwindet. Während dem Entladen passieren die ausgeatmeten Gase den Kolben und verlassen das System durch einen regelbaren Strömungsbegrenzer, der dazu eingesetzt wird, die Rate zu regeln, mit der entladene bzw. abgegebene Gase in die Atmosphäre abgegeben werden, was zu der Regelung der Entladungs- bzw. Abgabedauer führt. Wenn der Druck des Druckluftkondensators auf einen ausreichend niedrigen Druck fällt, so dass die Kraft der Feder den Kolben an den geschlossenen Zustand drücken kann, wobei das Entladen endet und der Zyklus wiederholt wird.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Patient als pneumatische Kapazität bzw. pneumatischer Kondensator fungiert, kann der Patient spontan atmen, indem die Inhalation vor dem Beginn der Exhalation ausgelöst wird. Ein Einrichtungsventil kann optional bereitgestellt werden, um die Inhalation für den Patienten zu erleichtern. Unter derartigen Bedingungen beginnt eine neue Inhalation, wenn der Patient einatmet, wobei der Druck der Atemwege des Patienten reduziert und ein Schließen des Kolbens sowie der Beginn einer neuen Inhalationsperiode bewirkt werden. Darüber hinaus kann die Vorrichtung so angepasst werden, dass sie als eine Überdruck-Aerosolvorrichtung fungiert, indem eine Zerstäubereinheit an dem primären Anschluss der Vorrichtung angebracht wird. Eine derartige Vorrichtung eignet sich für Personen, die therapeutische Effekte von Aerosol zusätzlich zur Atemunterstützung benötigen.
In dem Ausführungsbeispiel, in dem sich die pulmonare Druckmodulatorvorrichtung in Fluidübertragungsverbindung mit einer mechanischen pneumatischen Kapazität befindet, kann die pulmonare Druckmodulatorvorrichtung mit einem Zerstäuber gekoppelt werden, um sowohl Aerosol als Arzneimittel sowie Hochfrequenzstöße von komprimiertem Gas zu verabreichen. Wenn ein Patient bei einer derartigen Konfiguration durch ein Mundstück einatmet, führt er oder sie Luft von einem Zerstäuber mit, der mit einem Luftmitführungsanschluss ausgestattet sein kann, und der Patient empfängt eine große Dosis von in Aerosolform vernebeltem Wasser und Albuterolsulfat oder jedes andere klinisch als angemessen geltende Arzneimittel. Während der Exhalation löst der Patient Hochfrequenzstöße von Gas aus. Sofern dies gewünscht wird, kann die Vorrichtung auch so konfiguriert werden, dass sie Hochfrequenz-Gasstöße während anderen Phasen des Atemzyklus verabreicht. Die Verabreichung bzw. die Zufuhr von Aerosol und hochfrequenten Luftwegsoszillationen wird häufig auch als intrapulmonare Behandlung bezeichnet, und es konnte festgestellt werden, dass dies die Mobilisierung von Lungensekretionen und dergleichen des Patienten unterstützt. Hiermit wird festgestellt, dass das vorliegende Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so konfiguriert werden kann, dass bei Bedarf eine Beatmung mit hoher Frequenz verabreicht wird. Durch das Erhöhen des Volumens des Druckluftkondensators und das Platzieren eines festen oder variablen Begrenzers zwischen der pulmonaren Druckmodulatorvorrichtung und dem Druckluftkondensator kann das vorliegende Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch zur Verabreichung der Volumenventilation bzw. der Volumenbeatmung auf niedrigeren Frequenzen eingesetzt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Beatmungsvorrichtung zur Beatmungsunterstützung mit konstantem Fluss und Druckregelung an Kinder und Erwachsene in einem Notfall bereitzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und entsorgbare bzw. Einweg-Beatmungsvorrichtung vorzusehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, die eine Regelung des Spitzendrucks, des positiven und des expiratorischen Drucks, der Inspirationsdauer und der Expirationsdauer ermöglicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, die es dem Patienten ermöglichen kann, erforderliche Atemzüge auszulösen oder spontan zu atmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, die eine Einleitung der Inhalation durch die Bedienungsperson der Vorrichtung ermöglicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, die mit einem Hochdruck-Auslöseventil bzw. Sicherheitsventil ausgestattet oder integral als Sicherheitsfunktion mit diesem versehen sein kann, um den unbeabsichtigten Aufbau von Atemwegsdruck in dem Patienten als Folge einer Fehlfunktion oder fehlerhaften Handhabung zu verhindern. Ein derartiges Hochdruck-Sicherheitsventil kann mit einer Einrichtung versehen sein, die einen akustischen ton erzeugt, der eine Bedienungsperson darüber alarmiert, dass in dem Patient hohe Druckwerte in den Atemwegen vorliegen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, die auf einfache Art und Weise in Verbindung mit einem Zerstäuber verwendet werden kann, um absatzweise unter positivem Druck Arzneimittel in Aerosolform dem Patienten in hohen und niedrigen Atemraten zu verabreichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, welche die Atmung von Patienten unterstützen kann, die innerhalb oder zwischen Krankenhäusern transportiert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, die zur Behandlung von Patienten eingesetzt werden kann, die unter Schlafapnoe leiden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, die in Verbindung mit einem manuellen Beatmungsgerät eingesetzt werden kann, um sicherzustellen, dass dem Patienten eine konstante Atemunterstützung verabreicht werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, die einem Patienten mit hoher Frequenz Gasstöße bereitstellen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Beatmungsvorrichtung vorzusehen, die so geregelt werden kann, dass sie als eine intrapulmonare Perkussionsbehandlungsvorrichtung fungiert.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in den folgenden Abschnitten der Patentschrift ausgeführt, wobei die genaue Beschreibung der vollständigen Offenbarung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung dient, ohne diese einzuschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in Bezug auf die folgenden Zeichnungen, die ausschließlich Zwecken der Veranschaulichung dienen, besser verständlich. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Perspektivansicht der Druckmodulatorvorrichtung;
die 2A und 2B eine auseinander gezogene Perspektivansicht der Vorrichtung aus 1;
3 eine auseinander gezogene Perspektivansicht de Vorrichtung aus 1 und eines T-Adapters eines Patienten, der als eine Beatmungsvorrichtung fungieren kann, wobei eine Gesichtsmaske in gestrichelten Linien dargestellt ist;
4 eine auseinander gezogene Perspektivansicht des T-Adapters des Patienten aus 3;
5 eine auseinander gezogene Perspektivansicht der Vorrichtung aus 1 und eines Zerstäubers, der als eine Aerosolvorrichtung mit positivem Druck fungieren kann;
die 6A und 6B eine auseinander gezogene Perspektivansicht einer Perkussionsbehandlungsvorrichtung unter Verwendung des Zerstäubers aus 5;
7 eine auseinander gezogene Perspektivansicht einer Einheit für eine Perkussionsbehandlung unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung aus 1 mit zwei Anschlüssen, die mit der in den Abbildungen der 6A und 6B dargestellten Perkussionsbehandlungsvorrichtung gekoppelt ist; und
8 eine Seitenansicht einer Membran als ein alternatives Ausführungsbeispiel des Kolbens aus den Abbildungen der 2A und 2B.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In besonderem Bezug auf die Zeichnungen ist die vorliegende Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken in der Vorrichtung ausgeführt, die allgemein in den Abbildungen der 1 bis 8 dargestellt ist. Hiermit wird festgestellt, dass die Vorrichtung in Bezug auf ihre Konfiguration und ihre Details der Bestandteile veränderlich ist, ohne dabei von den hierin offenbarten Grundgedanken abzuweichen.
In erstem Bezug auf die Abbildungen der 1, 2A und 2B ist allgemein eine Druckmodulatorvorrichtung 10 mit konstantem Durchfluss gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Darin ist ersichtlich, dass die Vorrichtung einen gefederten Kolben 12, einen primären Anschluss 14, einen Strömungsbegrenzungsanschluss 16, eine Druckscheibe 18, eine Ratenscheibe 20, ein Gehäuse 22 und eine Basis 24 umfasst. Die Vorrichtung aus dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nahezu vollständig aus Spritzgusskunststoff hergestellt.
Der Kolben 12 ist im Normalzustand an eine geschlossene Stellung vorbelastet, an der die Kolbenfläche 26 an dem inneren Ende 28 des primären Anschlusses 14 ruht. Eine Feder 30 ist um einen Kolbenschaft 32 angeordnet, der die Feder 30 in einer im Wesentlichen senkrechten Ausrichtung im Verhältnis zu der Kolbenfläche 26 hält. Außengewinde 34 an der Druckscheibe 18 greifen mit Innengewinden 36 in dem Druckscheibenvorsprung 38 ein, der oberhalb des Gehäuses 22 angeordnet ist. Durch Drehen der Druckscheibe 18 bewegt sich die Druckscheibe 18 longitudinal im Verhältnis zu der Kolbenfläche 26, wodurch die Druckkraft auf die Feder 30 erhöht wird, je näher die Druckscheibe 18 zu der Kolbenfläche 26 bewegt wird. Die Druckscheibe 18 ermöglicht somit die Regelung der Kompressionskraft der Feder 30 an dem Kolben 12. Die Kolbenfläche 26 bewegt sich longitudinal innerhalb einer zylindrischen Muffe 40, die in dem Gehäuse 22 angeordnet ist, und die eine Strömungsverbindung mit einer Kammer 42 in dem Gehäuse 22 aufweist. Kolbenentlastungslöcher 43 in der Oberseite der zylindrischen Muffe 40 verhindern es, dass eingeschlossene Luft die Aufwärtsbewegung des Kolbens 12 in der zylindrischen Muffe 40 verzögert, wenn sich der Kolben an die vollständig geöffnete Position bewegt.
Ein Ring 44 und eine vorzugsweise aus einem Polyethylen oder einem ähnlichen Werkstoff hergestellte Dichtung 46 schnappen an dem Kolben 12 ein und dienen zur Abdichtung des Kolbens 12 innerhalb der zylindrischen Muffe 40. Wenn sich der Kolben 12 an der vollständigen geöffneten Position befindet ist die Kolbenfläche 26 von dem inneren Ende 28 des primären Anschlusses 14 räumlich getrennt. Die Dichtung 46 erstreckt sich über den Durchmesser des Kolbens 12, und der Ring 44 hält die Dichtung 46 an der Verwendungsposition an dem Kolben 12. Die Dichtung 46 verhindert es, dass Gas um die Kolbenfläche 26 tritt und aus der Kammer 42 austritt. Der Kolbenschaft 32 verläuft in dem innerhalb der Druckscheibe 18 angeordneten axialen Kanal 48. Der Kolben weist eine Abschrägung 50 von 45° um dessen Umfang auf, wodurch die Klappen bzw. Laschen 51 der Dichtung 46 ausgerichtet werden, so dass die Klappen 51 den Umfang des Kolbens 12 überlappen, wodurch unter Druck gesetzt eine gewisse selbständige Abdichtung bereitgestellt wird. Der Einsatz des Rings 44 und der Dichtung 46 um die Kolbenfläche 26 ermöglicht lockerere Toleranzen zwischen dem äußeren Durchmesser des Kolbens 12 und dem Innendurchmesser der zylindrischen Muffe 40, wodurch die Vorrichtung leichter hergestellt werden kann und konstanter und zuverlässiger ist. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel offenbar zwar einen gefederten Kolben 12, um für das innere Dichtungsende 28 des primären Anschlusses 14 eine Wiederherstellungskraft bereitzustellen, wobei der Fachmann auf dem Gebiet jedoch erkennt, dass zu diesem Zwecke auch andere Mittel eingesetzt werden können. Beispiele dafür sind unter anderem und ohne einzuschränken: eine Druckluftfeder, eine dicht verschlossene Membran, ein Ballon, eine dehnbare Kammer, eine starre Kammer mit Druckluft und Balgen.
Der Strömungsbegrenzungsanschluss 16 ist innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet und befindet sich in Flussverbindung bzw. Strömungsverbindung mit der Kammer 42. Die Ratenscheibe 20 ermöglicht die Regelung der Rate des aus der Kammer 42 in die Atmosphäre austretenden Gases, und eine Anpassung der Ratenscheibe 20 ermöglicht die Regelung der Dauer der Exhalaration eines Patienten. Ein ringförmiger Strömungsbegrenzungs-Ventilsitz 52 befindet sich in dem Strömungsbegrenzungsanschluss 16. Der Strömungsbegrenzungs-Ventilsitz 52 arbeitet in Verbindung mit dem konischen inneren Ende 55 der Ratenscheibe bzw. der Mengenscheibe 20, um den Durchfluss von Gas durch den Strömungsbegrenzungsanschluss 16 zu beschränken. Die Schlitze 54 in der Ratenscheibe 20 weisen eine deutlich größere Querschnittsfläche auf als der Strömungsbegrenzungsanschluss 16 in dessen größter Einstellung, und wobei nur eine geringe Strömungsbegrenzung vorgesehen wird. Der Begrenzungsbereich zwischen dem Strömungsbegrenzungs-Ventilsitz 52 und dem konischen inneren Ende 55 der Ratenscheibe 20 ist durch die axiale Positionierung der Ratenscheibe 20 unter Verwendung von Außengewinden 56 an der Ratenscheibe 20, die mit den Innengewinden 58 innerhalb des Ratenscheibenvorsprungs 60 eingreifen, einstellbar, wobei eine Rotation der Ratenscheibe 20 bewirkt, dass sich das konische innere Ende 55 im Verhältnis zu dem Strömungsbegrenzungs-Ventilsitz 52 longitudinal bewegt. Der Strömungsbegrenzungs-Ventilsitz 52 und das konische innere Ende 55 an dem inneren Ende der Ratenscheibe 20 weisen eine ähnliche Funktionsweise wie ein Nadelventil auf, so dass ein beschränkter ringförmiger Bereich erzeugt wird, der die Strömung von Gas dort hindurch einschränkt. Die Querschnittsfläche der Schlitze 54 bleibt über den Einstellbereich der Ratenscheibe 20 konstant. Der Einsatz eines konischen inneren Endes 55 und eines ringförmigen Ventilsitzes 52 sorgt für eine empfindliche Einstellung bzw. Anpassung des Gasströmungswiderstands. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zwar der Einsatz eines konischen inneren Endes 55 der Ratenscheibe 20 mit darin entlang des Strömungsbegrenzungs-Ventilsitzes 52 vorgesehenen Schlitzen 54 offenbart, um den Gasfluss dort hindurch zu beschränken, wobei der Fachmann auf dem Gebiet jedoch erkennt, dass auch andere Mittel bzw. Einrichtungen existieren, um einen regelbaren Gasdurchflusswiderstand bereitzustellen.
Während dem Ladezeitraum des pneumatischen Kondensators ruht die Kolbenfläche 26 an dem inneren Ende 28 des primären Anschlusses 14. Dies bewirkt, dass sich der Kolben 12 an einer geschlossenen Stellung befindet. Ein innerhalb einer Rille 64, welche das innere Ende 28 des primären Anschlusses 14 umgibt, angeordneter O-Ring 62 sorgt für einen luftdichten Verschluss, wenn die Kolbenfläche 26 an dem inneren Ende 28 des primären Anschlusses 14 sitzt. Während die Kolbenfläche 26 an dem inneren Ende 28 des primären Anschlusses 14 ruht, ist die Kraft des Drucks des pneumatischen Kondensators bzw. des Druckluftkondensators an der Kolbenfläche 26 gleich dem Produkt des Luftwegdrucks des pneumatischen Kondensators und der durch den O-Ring 62 begrenzten Fläche. Wenn sich der pneumatische Kondensator füllt, nimmt der Druck des pneumatischen Kondensators zu, bis die Kraft des Luftwegdrucks des Patienten auf die Kolbenfläche 26 die Kompressionskraft der Feder 30 überwindet, was bewirkt, dass sich der Kolben 12 öffnet (wenn sich die Kolbenfläche 26 von dem inneren Ende 28 des primären Anschlusses 14 weg bewegt). Sobald der Kolben 12 beginnt, sich zu öffnen, tritt unter Druck stehendes Gas aus dem pneumatischen Kondensator in die Kammer 42 ein und bewegt sich in Richtung des Strömungsbegrenzungsanschlusses 16, wobei der Durchfluss von Gas durch den Strömungsbegrenzungsanschluss 16 durch den ringförmigen Strömungsbegrenzungs-Ventilsitz 52 und das konische innere Ende der Ratenscheibe 20 beschränkt wird. Diese Gasbegrenzung bewirkt einen schnellen Anstieg des Drucks in der Kammer auf den Druck des pneumatischen Kondensators, wodurch Kraft auf die gesamte Fläche der Kolbenfläche 26 ausgeübt wird, und wobei bewirkt wird, dass sich der Kolben 12 an eine vollständig geöffnete Position bewegt (wenn sich der Kolben 12 am oberen Ende der zylindrischen Muffe 40 befindet). Wenn sich der Kolben 12 vollständig öffnet, bewirkt er, dass der Ring 44 dicht an den Kolbenentlastungslöchern 43 abschließt.
Der Druck des pneumatischen Kondensators, der bewirkt, dass sich der Kolben 12 an die vollständig geöffnete Position bewegt, ist der Spitzendruck des pneumatischen Kondensators, und wobei darauf unmittelbar die Entladung des pneumatischen Kondensators folgt. Wenn sich der Kolben 12 öffnet, bleibt er so lange offen, bis der Druck des pneumatischen Kondensators auf einen ausreichend niedrigen Wert sinkt, so dass die Wiederherstellungskraft der Feder 30 an dem Kolben 12 die Kraft des Drucks des pneumatischen Kondensators überwindet, welche das Produkt des Drucks des pneumatischen Kondensators und der vollständigen Vorderfläche der Kolbenfläche 26 ist. Zu diesem Zeitpunkt schließt sich der Kolben 12 und die Entladung endet. Danach wird der Zyklus wiederholt. Hiermit wird festgestellt, dass die Entladungszeit durch eine Veränderung der Gasbegrenzung angepasst. Der Druck des pneumatischen Kondensators, wenn sich der Kolben 12 schließt, ist der Grundentladungsdruck des pneumatischen Kondensators. Bei einer Anwendung in der Konfiguration, bei der der Patient als pneumatischer Kondensator fungiert, entspricht der Druck, wenn sich der Kolben 12 schließt, dem PEEP (Positive End Expiratory Pressure) bzw. dem positiven Druck während der Expiration der Lunge.
Obwohl dies weder erforderlich noch für die Funktionsweise optimal ist, wird anerkannt, dass eine Einrichtung bzw. ein Mittel zum Verhindern des Durchflusses von Gas während der Entladung erreicht werden kann, indem der Schaft des Kolbens als ein Betätigungselement verwendet wird oder als eine Einrichtung, die eine bestimmte andere Druckerfassungs- und Betätigungseinrichtung hinzufügt, um den Durchfluss von eintretendem Gas während der Entladung zu beenden, wobei diese nicht von dem pneumatischen Kondensator verwendet wird. Ein derartiges Merkmal würde zwar die für den Betrieb der Vorrichtung erforderliche Gasmenge reduzieren, allerdings würde sie gleichzeitig die Komplexität der Vorrichtung erhöhen.
In weiterem Bezug auf die Abbildungen der 3 und 4 sind die Druckmodulatorvorrichtung 10 und ein Patientenadapter 66 ferner kombiniert dargestellt, so dass sie als ein automatisches Beatmungsgerät 78 fungieren. In diesem Fall fungiert der Patient wirksam als pneumatischer Kondensator. Der Patientenadapter 66 ist über einen Befestigungsanschluss 68 an dem primären Anschluss 14 der pulmonaren Druckmodulatorvorrichtung 10 angebracht. Der Patientenadapter 66 ist mit einem Sicherheitsventil 70, einem Patientenbedarfsventil 72, einem Gaseinlassanschluss 74 und einem Patientenverbindungsanschluss 76 ausgestattet. Die Kombination aus Druckmodulatorvorrichtung 10 und Patientenadapter 66 fungiert als Beatmungsgerät 78.
Der Gaseinlassanschluss 74 ermöglicht eine Verbindung mit einer Quelle für unter Druck stehendes Gas (nicht abgebildet), wie etwa Druckluft oder Sauerstoff. Die Quelle für unter Druck stehendes Gas ist unter Verwendung eines DISS-Konnektors (nicht abgebildet) an dem Gaseinlassanschluss 74 angebracht. In dem Gaseinlass 74 befindet sich eine Öffnung, die so bemessen ist, dass der Durchfluss für eine Quelle für unter Druck stehendes Gas mit ungefähr 3515 cm H₂O (50 psig) ungefähr 40 Liter/Minute nicht überschreitet. Für gewöhnlich besteht das unter Druck stehende Gas zu 100% aus unter Druck stehendem Sauerstoff, wobei ein Kliniker aber auch jedes andere als geeignet erachtete unter Druck stehende Gas verwenden kann. Die Druckluft bzw. der Sauerstoff wird dem Patienten direkt zur Inhalation verabreicht bzw. zugeführt.
Das Patientenbedarfsventil 72 ist ein Einrichtungsventil, das eine Klappe 80 umfasst, die zwischen dem Einrichtungsventilanschluss 82 und einem Ventilkörper 84 platziert ist, so dass Luft aus der Raumumgebung mitgeführt werden kann. Das Patientenbedarfsventil 72 ermöglicht es, dass der Patient mehr Luft ansaugt, als die Luft, die fortlaufend dem Patientenadapter 66 über den Gaseinlassanschluss 74 von der Quelle für unter Druck stehendes Gas zugeführt wird, wodurch dem Patienten nicht nur die Möglichkeit gegeben wird, den Beginn der Inhalation einzuleiten, sondern auch die Dauer zu bestimmen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Patientenbedarfsventil 72 einen sehr geringen Strömungswiderstand auf, der im Bereich von 3,5 cm H₂O bei 50 Litern/Minute liegt.
Der Patientenverbindungsanschluss 76 ermöglicht den Anschluss an eine Atemmaske 86 oder einen endotrachealen Schlauch bzw. Tubus (nicht abgebildet), der von dem Patienten während dem einem Atemgerät 78 zugeordneten Atemprozess getragen wird. Da der Kolben 12 während der Inhalation geschlossen wird, wird das eintretende Gas vollständig über den Patientenverbindungsanschluss 76 dem Patienten zugeführt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Patientenverbindungsanschluss 76 einen Außendurchmesser von 22 mm zur Verbindung mit PEEP-Masken (nicht abgebildet) auf sowie einen Innendurchmesser von 15 mm zur Verbindung mit endotrachealen Schläuchen.
Das Sicherheitsventil 70 sieht eine Sicherheitsfunktion vor, die es verhindert, dass der Atemwegsdruck eines Patienten einen bestimmten voreingestellten Wert überschreitet. Das Sicherheitsventil 709 wird durch eine Feder 88 vorgespannt und ist mit einem abdichtenden O-Ring 90 ausgestattet. Das Sicherheitsventil 70 öffnet sich immer dann, wenn der Atemwegsdruck eines Patienten einen voreingestellten Wert überschreitet. Das Sicherheitsventil 70 weist einen Schaft 92 auf, der sich innerhalb einer axialen Röhre 94 innerhalb der Endkappe bzw. der Endabdeckung 96 bewegt. Das Sicherheitsventil 70 kann ferner mit einer Einrichtung versehen sein, die einen akustischen Ton und ein visuelles Signal erzeugt, wenn sich das Ventil 70 öffnet.
Wenn der Inhalationsdruck den auf der Druckscheibe 18 eingestellten Druck erreicht, bewegt sich der Kolben 12 an die vollständig geöffnete Position, wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis des Spitzendrucks des pneumatischen Kondensators zu dem Basisdruck des pneumatischen Kondensators 10:1, wobei dies im Einklang mit dem Verhältnis des vollständigen Oberflächenbereichs der Kolbenfläche 26 und dem Oberflächenbereich steht, der durch den O-Ring 62 begrenzt wird. Die Druckscheibe 18 und die pulmonare Modulatorfeder 30 sind so gestaltet, dass das Beatmungsgerät einen maximalen Spitzendruck des pneumatischen Kondensators von ungefähr 55 cm H₂O und einen minimalen Druck des pneumatischen Kondensators von ungefähr 20 cm H₂O vorsieht, wobei diese Werte jedoch nicht der physikalischen Grenze der Vorrichtung entsprechen. Das Sicherheitsventil 70 ist so gestaltet, dass Druck freigegeben bzw. entlastet wird, wenn der Atemwegsdruck des Patienten auf einen Wert von oberhalb von ungefähr 60 cm H₂O ansteigt.
Hiermit wird festgestellt, dass der Patientenadapter 66 ferner auch ein Ablass- bzw. Entleerungsventil aufweisen kann, das sich in Fluidübertragungsverbindung mit den Atemwegen des Patienten befindet, so dass im geöffneten Zustand eine schnelle Abgabe des exhalierten Gases ermöglicht wird sowie eine schnelle Wiederaufnahme der Inhalation bei einem erneuten Verschluss.
In weiterem Bezug auf die Abbildungen der 5 und 6A kann die pulmonare Modulatorvorrichtung 10 so angepasst werden, dass sie als eine Überdruck-Aerosol-Vorrichtung 98 fungiert, wobei eine Zerstäubereinheit 100 an dem primären Anschluss 14 der pulmonaren Modulatorvorrichtung 10 angebracht ist. Eine derartige Vorrichtung arbeitet auf genau die vorstehend beschriebene Art und Weise in Verbindung mit einer Zerstäubereinheit 100, welche den Patientenadapter 66 ersetzt, und sie eignet sich dazu, Menschen den therapeutischen Effekt von Aerosol in Verbindung mit einer Atemunterstützung oder Behandlung bereitzustellen. Die Zerstäubereinheit 100 umfasst allgemein eine obere Abdeckung 102 mit einem Mundstück 104, einem Luftansauganschluss 106, eine Einrichtungs-Luftbedarfsventileinheit 108, einen Speicher 110 mit einer darin angeordneten primären Öffnung 112 und eine Sperre bzw. ein Baffle, mit einer sekundären Öffnung 116. Bei dieser Konfiguration ist kein Sicherheitsventil vorgesehen, und der Patient atmet durch ein Mundstück 104.
Die obere Abdeckung 102 weist eine darin darunter angeordnete Zerstäuberkammer 118 auf, ein Einrichtungsbedarfsventil 108, das in den oberen Abschnitt der oberen Abdeckung 102 eingebaut ist, und einen Winkelbehälter 120, der eine Anbringung der Zerstäubereinheit 100 an dem primären Anschluss 14 der pulmonaren Modulatorvorrichtung 100 über einen Ellenbogenverbinder bzw. einen Winkelverbinder 122 ermöglicht. Die Einrichtungs-Bedarfsventileinheit 108 ermöglicht das Ansaugen von Luft in die Überdruck-Aerosolvorrichtung 98 nach Wunsch während der Verwendung durch den Patienten, wobei jedoch kein Gasdruck nach außen austreten bzw. entweichen kann. Die Bedarfsventileinheit 108 weist einen zylindrischen Ventilkörper 124 auf, der in einen Luftansauganschluss 106 eingeführt ist, der angrenzend an den oberen Abschnitt der oberen Abdeckung 102 angeordnet ist. Eine Klappe 126 wird in den Luftansauganschluss 106 zwischen der oberen Abdeckung 102 und dem Ventilkörper 124 eingeführt. Die Bedarfsventileinheit 108, der Winkelbehälter 120 und das Mundstück 104 befinden sich in Fluidübertragungsverbindung mit der Zerstäuberkammer 118 und dem Behälter 110.
Der Speicher 110 ist durch eine luftdichte Dichtungseinrichtung wie etwa einen Dichtungsklebstoff oder dergleichen an der Basis 128 der oberen Abdeckung 102 angebracht. Die Sperre 114 und die sekundäre Öffnung 116 sind zwischen der Zerstäuberkammer 118 und dem Speicher 110 angeordnet. Die primären 112 und sekundären 116 Öffnungen befinden sich in Fluidübertragungsverbindung mit der Zerstäuberkammer 118, und sie sind in Reihe zueinander angeordnet, wobei sich die sekundäre Öffnung 116 über der primären Öffnung 112 befindet. Der Speicher 110 speichert Fluid, das zerstäubt wird, wenn der Patient über das Mundstück 104 einatmet, und bei dieser Konfiguration weist der Speicher auf der Unterseite des Speichers 110 ferner einen Haken bzw. Widerhaken (nicht abgebildet) auf. Der Haken ermöglicht die Verbindung eines mit Nippeln versehenen Sauerstoffschlauchs, der in Krankenhäusern üblicherweise für die Zufuhr von unter Druck stehendem Gas verwendet wird. Der Fachmann erkennt, dass zahlreiche unterschiedliche Zerstäuber und pneumatische Anordnungen für die Ausführung der gleichen Funktion eingesetzt werden können.
In weiterem Bezug auf die Abbildungen der 6B und 7 kann die Druckmodulatorvorrichtung 10 so angepasst werden, dass sie als eine Perkussionsbehandlungsvorrichtung (PTD als englische Abkürzung von Percussive Therapy Device) 130 fungiert. In diesem Fall ist die Druckmodulatorvorrichtung 10 über den primären Anschluss 14 an der Druckmodulatorvorrichtung 10 an dem Auslass 156 der pneumatischen Kondensatoreinheit 132 angebracht. Der Winkelbehälter 120 der Zerstäubereinheit 100 ist bei dieser Konfiguration über einen Winkelverbinder 122, der an einem sekundären Anschluss 134 an der Druckmodulatorvorrichtung 10 angebracht ist, mit der Druckmodulatorvorrichtung 10 verbunden.
Die Perkussionsbehandlungsvorrichtung 130 führt sowohl Arzneimittel in Aerosolform als auch Hochfrequenzstöße von unter Druck stehendem Gas zu. Wenn ein Patient über das Mundstück 104 einatmet, saugt der Patient Luft durch einen Luftansauganschluss 106 an und empfängt eine große Dosis von Wasser in Aerosolform und Albuterolsulfat (oder jedes andere als klinisch geeignet erachtete Arzneimittel). Während dem Exhalieren löst der Patient Luftstöße mit hoher Frequenz aus, die mit einer Frequenz von bis zu ungefähr 25 Hz schwingen und mit einem Spitzendruck von bis zu ungefähr 120 cm H₂O. Die Zufuhr von Aerosol und die Luftwegoszillationen mit hoher Frequenz unterstützen die Mobilisierung von Lungensekretionen und Fluids in dem Patienten.
Die PTD 130 arbeitet, indem sie unter Druck stehendes Gas, für gewöhnlich mit einem Druck von über ungefähr 15 psig, über den Einlass 136 für unter Druck stehendes Gas empfängt. Der Einlass 136 für unter Druck stehendes Gas ist in die Oberseite 138 des Druckluftkondensators eingebaut und liefert unter Druck stehendes Gas über einen Kanal 142 in der Oberseite 138 des pneumatischen Kondensators an die pneumatische Kondensatoreinheit 132 sowie die primäre Öffnung 112 in dem Zerstäuberspeicher 110. Ein Mengenregler bzw. eine Drossel 140 ist innerhalb einer Drosselrohrleitung 144 angeordnet. Die Fluidübertragungsverbindung zwischen dem Mengenregler 140 und der primären Öffnung 112 wird durch einen Gaseinlass (nicht abgebildet) unterhalb des Zerstäuberspeichers 110 erreicht, der in die Drosselrohrleitung 144 der Oberseite 138 des pneumatischen Kondensators, die mit einem Anschluss 146 ausgestattet ist, gedrückt und geklebt ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der PTD 130 weist der Mengenregler 140 vorzugsweise die dreifache Querschnittsfläche wie die primäre Öffnung 112 auf. Dies gewährleistet, dass ungefähr 75% des eintretenden Gasflusses zu der pneumatischen Kondensatoreinheit 132 verläuft, und wobei ungefähr 25% zu der Zerstäubereinheit 100 verlaufen. Die pneumatische Kondensatoreinheit 132 ist eine pneumatische Energiespeichervorrichtung, bei der ein bestimmter Druck eine Volumenverschiebung erzeugt, so dass Fluidenergie gespeichert wird.
Die pneumatische Kondensatoreinheit 132 umfasst eine Oberseite 138 des pneumatischen Kondensators, eine Unterseite 148 des pneumatischen Kondensators, eine Feder 150 des pneumatischen Kondensators und einen Kolben 152 des pneumatischen Kondensators. Der Kolben 152 des pneumatischen Kondensators befindet sich in der Unterseite 148 des pneumatischen Kondensators und bildet eine Kammer 154 mit variabler Verschiebung, wenn die Oberseite 138 des pneumatischen Kondensators angebracht ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Kolben 152 des pneumatischen Kondensators die gleiche Bauweise auf wie der Kolben 12 des Druckmodulators. Das Volumen oberhalb des Kolbens 152 des pneumatischen Kondensators und unterhalb der Oberseite 138 des pneumatischen Kondensators stellt das Volumen dar, in dem die pneumatische Energie gespeichert ist. Mit einer Zunahme des Drucks in dem Volumen tritt eine Volumenverschiebung durch den auf die Oberseite des Kolbens 152 des pneumatischen Kondensators ausgeübten Druck aus, wobei der Kolben wiederum auf die Feder 150 des pneumatischen Kondensators drückt. Der Kolben 152 weist eine maximale Länge der ungehinderten Bewegung auf, welche in Bezug auf das verdrängte Volumen eine Höchstgrenze von ungefähr 75 ml auferlegt. Das pneumatische Volumen befindet sich in Fluidübertragungsverbindung mit dem Mengenregler 140 des pneumatischen Kondensators und dem Auslass 156 des pneumatischen Kondensators, der sich wiederum in Fluidübertragungsverbindung mit dem primären Anschluss 14 der Druckmodulatorvorrichtung 10 befindet.
Die in Verbindung mit der PTD 130 verwendete Druckmodulatorvorrichtung 10 weist die gleiche Bauweise auf wie sie für das Beatmungsgerät 78 und die Überdruck-Aerosol-Vorrichtung 98 verwendet wird, mit Ausnahme von zwei geringfügigen Abweichungen: (1) die Druckfeder 30 weist für gewöhnlich eine deutlich höhere Federkonstante auf und öffnet sich somit bei höheren Druckwerten; und (2) die Druckmodulatorvorrichtung 10 ist mit einem sekundären Verbindungsanschluss 134 ausgestattet. Hiermit wird festgestellt, dass jede beliebige Anzahl unterschiedlicher Federn verwendet werden kann, um unterschiedliche pulmonare Effekte zu erreichen. Wenn der Druckmodulatorkolben 12 geschlossen ist, führt der Mengenregler 140 des pneumatischen Kondensators dem pneumatischen Kondensator Gas zu, was einen Anstieg des Drucks und eine Verschiebung bzw. Verdrängung des Volumens bewirkt. Wenn der Druck innerhalb der PTD 130 ausreichend hoch wird, sind die Kräfte auf den Druckmodulatorkolben 12 ausreichend hoch, so dass die Wiederherstellungskraft der Druckmodulatorfeder 30 überwunden wird, wobei sich der Druckmodulatorkolben 12 an dieser Stelle an die vollständig geöffnete Position bewegt und dort verbleibt, bis der Druck in der Modulatorkammer 42 auf einen ausreichend niedrigen Wert fällt, so dass dieser durch die Wiederherstellungskraft der Feder 30 überwunden wird. Gas tritt durch den primären Anschluss 14 des Modulators aus, der eine derartige Beschränkung aufweist, so dass der pneumatischen Kondensatoreinheit 132 ausreichend Zeit eingeräumt wird, um nahezu das gesamte Volumen schnell zu entleeren. Während der Exhalation tritt der Zyklus des Kolbens 150 des pneumatischen Kondensators und des Druckmodulatorkolbens 300 auf einer Frequenz von bis zu ungefähr 25 Hz auf, abhängig von der Rate der eintretenden Strömung zu der pneumatischen Kondensatoreinheit 132, der Wiederherstellungskraft der Druckfeder 30 und der Einstellung der Ratenscheibe 20, welche die Widerstandsfähigkeit in Bezug auf austretende Strömung und den Exhalationsfluss des Patienten regelt. Diese Einstellungen regeln auch den von dem Patienten während jedem Zyklus erfahrenen Spitzendruck. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der PTD 130 werden die Wiederherstellungskraft der Druckfeder 30 und die Ratenscheibe 20 konstant gehalten, und der Patient oder der Kliniker passen die Frequenz und die Amplitude einfach durch Regelung bzw. Anpassung der eintretenden Strömung an. Die Strömung liegt insgesamt zwischen ungefähr 35 Litern/Minute und 60 Litern/Minute, bei einem Spitzendruck von bis zu ungefähr 120 cm H₂O und einer entsprechenden Frequenz von bis zu ungefähr 25 Hz. Ungefähr 25% der Gesamtströmung verlaufen ununterbrochen zu der Zerstäubereinheit 100.
Während der Inhalation saugt der Patient durch den Zerstäuber-Luftansauganschluss 106 Luft an, wobei der Anschluss eintretende Luft durch die Zerstäubereinheit 98 leitet, wobei die von dem Patienten inhalierte Aerosolmenge drastisch erhöht wird. Kennzeichnenderweise weist der Modulator während der Inhalation keinen Zyklus auf, da der Druck der Inhalation des Patienten auf die vollständige Fläche des Kolbens in Kombination mit der Wiederherstellungskraft größer ist als die Druckkraft der pneumatischen Kapazität. Es ist ein eindeutiger Vorteil der PTD 130, dass sie primär während der Exhalation zyklisch verläuft, da sie sicherstellt, dass während der Zeit, in der Schleim mobilisiert wird, die durchschnittliche Geschwindigkeit von Gas in der Lunge aus der Lunge und nicht in die Lunge geleitet wird. Für den Fall, dass ein zyklischer Verlauf in anderen Phasen des Atemzyklus vorteilhaft wäre, könnte die PTD 130 auch auf diese Art und Weise konfiguriert werden. Ferner ist es wichtig, hiermit festzustellen, dass die PTD 130 ein vielseitiges Beatmungsgerät mit hoher Frequenz darstellt, und dass eine Art von Volumenbeatmungsgerät einfach erzeugt werden kann, indem die unmittelbar vorstehend beschriebene PTD 130 verwendet und das Volumen des pneumatischen Kondensators erheblich erhöht wird. Eine derartige Vorrichtung wäre zwar deutlich sperriger und würde nicht unbedingt einen Zerstäuber benötigen, wobei jedoch nicht bekannt ist, wie gut eine derartige Modifikation bei Patienten mit spontaner Atmung funktionieren würde.
Die Abbildung aus 8 veranschaulicht eine dicht verschlossene Membran- und Ventileinheit 156 als eine alternative Einrichtung, um einen dichten Verschluss des inneren Endes 160 des primären Anschlusses 162 ebenso vorzusehen wie die erforderliche Wiederherstellungskraft für das Ventil zur Überwindung des Drucks des pneumatischen Kondensators während der Exhalation, wodurch das innere Ende 160 des primären Anschlusses 162 dicht verschlossen wird. Eine Scheibe 166 ist oben auf der dicht verschlossenen Membran 168 angeordnet. Die Scheibe 166 weist Außengewinde 170 auf, die mit den Innengewinden 172 an dem Gehäuse 174 verschraubt werden, so dass eine Rotation der Scheibe 166 deren longitudinale Bewegung im Verhältnis zu dem Gehäuse 174 bewirkt. Die Scheibe 166 greift mit dem Gehäuse 174 in dem Ausmaß ein, dass sie an die Oberseite 176 der dicht verschlossenen Membran 168 stößt, wodurch eine Rotation der Scheibe 166 in eine Richtung eine Komprimierung der Membran 168 bewirkt, und wobei eine Rotation in eine andere Richtung eine Dekomprimierung der Membran 168 bewirkt. Somit ermöglicht die Scheibe 166 die Regelung des Innendrucks der dicht verschlossenen Membran 168. Diese Konfiguration veranschaulicht zwar, dass das innere Ende 160 des primären Anschlusses 162 einen konischen Sitz 178 aufweist, der mit dem Ventil 164 zusammenpasst, um das innere Ende 160 des primären Anschlusses 162 dicht zu verschließen, wobei auch jede andere Einrichtung bzw. jedes andere Mittel verwendet werden kann, die bzw. das das innere Ende 160 des Einlassanschlusses 162 dicht verschließt. Das Ventil 164 ist von einer Rille 180 umgeben, in der ein O-Ring 182 sitzt. Wenn sich die Membran 168 an der abgebildeten geschlossenen Stellung befindet, ruht der O-Ring 182 an dem konischen Sitz.
Die vorstehende Beschreibung enthält zwar zahlreiche Besonderheiten, allerdings schränken diese den Umfang der Erfindung nicht ein, sondern veranschaulichen lediglich bestimmte zurzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Der Umfang der vorliegenden Erfindung kann somit nur durch die Definitionen der anhängigen Ansprüche definiert werden, gemäß Artikel 69 EPÜ und dem Protokoll zur Auslegung von Artikel 69 EPÜ.

Claims

Überdruck-Lungenvorrichtung, die folgendes umfasst: (a) ein Ventil (12) zum Sperren der Durchflusskommunikation eines Einlassanschlusses (14) mit einem Patientenluftweg, wobei das genannte Ventil geöffnet und geschlossen werden kann, wobei das genannte Ventil eine Betätigungsfläche (26) aufweist, die eine Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten Patientenluftweg vorsehen kann, wobei das genannte Ventil geöffnet und geschlossen werden kann, wodurch die genannte Betätigungsfläche, die eine Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten Patientenluftweg vorsehen kann, eine kleinere Fläche aufweist als die genannte Betätigungsfläche, die eine Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten Patientenluftweg vorsehen kann, wenn das genannte Ventil offen ist; (b) einen Auslassanschluss (16), der sich in Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten Einlassanschluss befindet, wenn das genannte Ventil offen ist, und wobei er sich nicht in Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten Einlassanschluss befindet, wenn das genannte Ventil geschlossen ist; (c) ein Vorbelastungselement (30), das eine wiederherstellende Kraft vorsieht, die auf das genannte Ventil einwirkt, um das genannte Ventil in Richtung eines Verschlusses vorzubelasten, wenn eine Kraft fehlt, die ausreicht, um das genannte Ventil offen zu halten, wobei das genannte Vorbelastungselement so konfiguriert ist, das ein Patientenluftwegdruck, der auf den genannten Einlassanschluss ausgeübt wird, der genannten wiederherstellenden Kraft entgegenwirkt, und wobei das genannte Ventil so konfiguriert ist, dass es sich durch Veränderungen der auf das genannte Ventil durch den genannten Patientenluftwegdruck ausgeübten Kraft, die auf den genannten Einlassanschluss ausgeübt wird, öffnet und schließt; (d) wobei sich bei einem Druck das genannte Ventil schließt und die Inhalation beginnt, wodurch sich die Patientenlungen füllen, während gleichzeitig ein Anstieg des Luftwegdrucks und ein Öffnen des genannten Ventils bewirkt wird, und wobei die Exhalation bei einem zweiten Druck beginnt; und (e) wobei exhalierte Gase durch den genannten Auslassanschluss austreten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei diese ferner eine Lungenverbindungseinrichtung (76) zur Anbringung einer Atemmaske oder eines endotrachealen Schlauchs umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ferner eine Gaseinlasseinrichtung (74) zur Anbringung einer Gasquelle und für die Gaszufuhr an die genannte Vorrichtung umfasst.
Perkussionsbehandlungsvorrichtung mit konstantem Durchfluss, wobei diese folgendes umfasst: (a) ein Ventil (12) zum Sperren der Durchflusskommunikation mit einem pneumatischen Kondensator (132), wobei das genannte Ventil eine Betätigungsfläche aufweist, wobei das genannte Ventil geöffnet und geschlossen werden kann; (b) wobei der genannte pneumatische Kondensator einen Druck vorsieht, der so wirkt, dass er das genannte Ventil öffnet, wobei sich der genannte pneumatische Kondensator in Fluidübertragungsverbindung mit der genannten Ventilbetätigungsfläche befindet, wobei die genannte Ventilbetätigungsfläche, die sich in Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten pneumatischen Kondensator befindet, kleiner ist, wenn das genannte Ventil geschlossen ist als wenn das genannte Ventil offen ist, wobei das genannte Ventil so konfiguriert ist, dass es sich durch Veränderungen der durch den genannten pneumatischen Kondensator auf das genannte Ventil ausgeübten Kräfte öffnet und schließt; (c) ein Vorbelastungselement (30), das eine Vorbelastungskraft vorsieht, die derart entgegengesetzt zu dem genannten Öffnungsdruck wirkt, dass ein Schließen des genannten Ventils bewirkt wird, wenn der genannte Öffnungsdruck nicht existiert; (d) eine Kammer (154), wobei die genannte Kammer in dem genannten pneumatischen Kondensator angeordnet ist; (e) einen Gaseinlass (136) zur Anbringung einer Gasquelle sowie zur Zufuhr von Gas an die genannte Vorrichtung, wobei sich der genannte Gaseinlass in Fluidübertragungsverbindung mit der genannten pneumatischen Kondensatorkammer befindet, wobei das Volumen der genannte Kammer mit zunehmenden Druck zunehmen kann; (f) eine Strömungsbegrenzungseinrichtung (16), wobei sich die genannte Strömungsbegrenzungseinrichtung in Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten pneumatischen Kondensator befindet, wenn das genannte Ventil offen ist, und wobei sie sich nicht in Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten pneumatischen Kondensator verbindet, wenn das genannte Ventil geschlossen ist; und (g) einen Patientenatmungsanschluss (104), wobei sich der genannte Anschluss in Fluidübertragungsverbindung mit der genannten Strömungsbegrenzungseinrichtung befindet, wobei sich der genannte Anschluss in Fluidübertragungsverbindung mit der genannten Kammer befindet, wenn das genannte Ventil offen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei diese ferner eine ein Aerosol erzeugende Vorrichtung (100) umfasst, wobei sich die genannte ein Aerosol erzeugende Vorrichtung in Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten Patientenatmungsanschluss befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei diese ferner ein Luftporenventil (108) umfasst, wobei sich das genannte Ventil in Fluidübertragungsverbindung mit dem genannten Patientenatmungsanschluss (104) befindet, wobei das genannte Ventil eine Einrichtung (126) aufweist, die es ermöglicht, dass Gas in die genannte Vorrichtung eintritt, wenn ein dritter Druck in der genannten Perkussionsbehandlungsvorrichtung mit konstantem Durchfluss geringer ist als der atmosphärische Druck, wobei das genannte Ventil eine Einrichtung aufweist, die es verhindert, dass Gas aus der genannten Vorrichtung austritt, wenn ein vierter Druck in der genannten Vorrichtung höher ist als der atmosphärische Druck.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das genannte Vorbelastungselement (30) einen Ring umfasst.