DE69911698T2

DE69911698T2 - Gerät zur Unterstützung der Atmung

Info

Publication number: DE69911698T2
Application number: DE69911698T
Authority: DE
Inventors: Andreas Hofstetter; Emil Arms
Original assignee: Hamilton Medical Inc
Current assignee: Hamilton Medical Inc
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2019-07-13
Also published as: EP0976416A2; DE69911698D1; EP0976416B1; US5975077A; EP0976416A3

Description

Die nachfolgende Erfindung bezieht im allgemeinen auf Geräte, die die Lungenfunktion unterstützen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung, die vor allem bei frühgeborenen Babys und anderen die Lungenfunktion unterstützt, insbesondere wenn der Patient nicht in der Lage ist, ohne Unterstützung zu atmen.
Zu früh geborene Babys sind häufig nicht in der Lage, ihre Lungen vor einem Kollaps zu bewahren. Unter normalen Umständen erweitern sich die Lungen eines Babys während der Einatmung und ziehen sich beim Ausatmen nur teilweise wieder zusammen. Zu früh oder neugeborene Babys haben häufig zu schwache Atembewegungen, die nach dem Ausatmen einen Kollaps der Lunge verursachen. Ein solcher Kollaps kann bei Neugeborenen auch aufgrund einer Blockade der Bronchiolen durch Schleim oder einer Störung der Lungendehnung resultieren.
Für Erwachsene ist der Kollaps der Lunge ein Zustand, der aus einem Absinken des intrapulmonalen Druckes oder der Zunahme des intrathorakalen Druckes resultieren kann. Er kann fokal sein, indem nur einige Lappenteile betroffen sind, oder aber massiv, wobei ein gesamter Lappen oder die komplette Lunge betroffen ist. Er kann aus einem Hindernis in den Bronchien (obstruktive Atelectasis) oder aus einem Druck auf die. Lunge aufgrund von Luft oder Flüssigkeit im pleuralen Raum, aus einem intrathorakalen Tumor oder aus einem stark vergrößerten Herzen (kompressive Atelectasis) resultieren. Luft kann entweder künstlich in den pleuralen Raum gelangen (künstlicher Pneumothorax) oder aber sie kann von emphysematischen Verletzungen stammen.
Die folgenden Patente geben den Stand der Technik wieder, der dem Anmelder bekannt ist und der hiermit berücksichtigt werden soll, um der Verpflichtung des Anmelders zu genügen, den ihm bekannten Stand der Technik anzugeben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß keines der Patente, sei es für sich genommen oder in jeder denkbaren Kombination, die Lehre der vorliegenden Erfindung zu vermitteln oder nahe zu legen vermag, wie sie detaillierter im folgenden beschrieben und wie sie insbesondere beansprucht wird.
Zum Beispiel beschreibt das Patent von Glazener die Anwendung einer Beatmungsvorrichtung mit konstantem positiven Druck, bei der ein zylinderförmiger Kanal vorgesehen ist, der als ein Rohr für entweder spontan oder mechanisch von einem Patienten angesogene Gase dient, und bei der dieser besagte kanal eine Düse mit geringem Durchmesser aufweist, die komprimiertes Gas in Richtung des angesogenen Atemstromes abgibt.
Moa et al. beschreiben den Gebrauch einer Vorrichtung zum Erzeugen eines ununterbrochenen positiven Atemwegdruckes, wobei ein Einlaßkanal für. frisches Gas dieses Gas derart in einen Atemkanal einläßt, daß der Einlaßkanal für frisches Gas im wesentlichen bündig mit dem Atemkanal abschließt.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Unterstützung der Einatmung bereit, die in Kombination enthält: einen Durchlaß mit einem Portal, einen Gasinjektor, der sich in den besagten Durchlaß erstreckt und der ein freies Ende aufweist, das das besagte Portal des besagten Durchlasses beaufschlagt, indem unmittelbar stromaufwärts vom Gasinjektorauslaß eine im wesentlichen laminare Strömung herrscht, Mittel zum Verbinden der besagten Vorrichtung im Anschluß an das besagte Durchlaßportal mit dem Atemweg eines Patienten und Mittel für die Überwachung des Fluidstromes im Bereich des besagten Durchlaßportals, wobei das freie Ende des Injektors an das besagte Portal angrenzt und über einen Auslaß und unter Druck Gas in einen Bereich des Durchlasses abgibt, in dem der Durchlaß sich verengt, um im Querschnitt eine Abschlußwand mit konstantem Radius zu bilden, derart, daß sich Gas und Luft miteinander vermischen und während der Einatmungphase des Atemprozesses des Patienten beschleunigt werden. Andere Merkmale der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich auf vielfache Weise vom bekannten Stand der Technik. Zum Beispiel wird ein Luftdurchlaß vorgesehen, der einen im wesentlichen konstanten Querschnitt entlang seiner gesamten Länge aufweist und der einen konstanten Biegeradius in einem stromaufwärts des Ortes der Beimischung durch einen Gasinjektor angeordneten Bereich aufweist. Der Gasinjektor erstreckt sich innerhalb des Luftdurchlasses mit einem Teil, der parallel zu einem zylinderförmigen Abschnitt des. Durchlasses stromabwärts vom gebogenen Bereich verläuft. vorzugsweise sind zwei Injektoren mit einem gemeinsamen Gasverteilerrohr vorgesehen. Die Injektoren liefern Gas über einen Anschluß und unter Druck an einem Bereich des Durchlasses, in dem sich der Durchlaß verengt um (im Querschnitt) eine Abschlußwand mit konstantem Radius zu bilden, die vorzugsweise zwei Einlaßportale aufweist. Jeder der Auslässe des Gasinjektors ist axial mit einem zugeordneten Portal ausgerichtet, die vorzugsweise beide so angeordnet sind, daß sie in Richtung auf die Nasenlöcher des Patienten orientiert sind. Unmittelbar stromaufwärts von den Gasinjektorauslässen stellt sich eine im wesentlichen laminare Strömung ein, aber am Ort der Gasinjektion werden das Gas und die Luft miteinander vermischt und werden während der Einatmungphase des Atemprozesses des Patienten aufgrund der Querschnittsverringerung der Abschlußwand beschleunigt. Andererseits tritt nach der Ausatmung der Strom hinter den Portalen (in den Durchlaß) in einen Niederdruckbereich mit minimalem Rückstau ein, so daß sich eine Abnahme der Geschwindigkeit ergibt. Jedoch verbleibt ständig ein vom Injektor erzeugter Restgasdruck, der sicherstellt, daß die Lunge des Patienten nicht kollabiert. So liefert ein Grundgasdruck immer einen ausreichenden Strom, um einen Kollaps der Lungenflügel zu verhindern. Eine Durchflußmeßvorrichtung ist vorgesehen, um die Vorrichtung mit einer Durchflußüberwachungsvorrichtung derart zusammenwirken zu lassen, daß Parameter in Abhängigkeit von der Atemdynamik des Patienten verändert werden können.
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Figuren die gleichen Teile bezeichnen, kennzeichnet die Bezugsziffer 10 die. Vorrichtung zur Unterstützung der Atmung eines Patienten, insbesondere von frühgeborenen Babys, gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bezugsziffer 100 (8 und 9) kennzeichnet das austauschbare Nasenlochstück, das bei der Vorrichtung 10 benutzt werden kann.
Im Wesentlichen und unter Bezug auf die 5, 8 und 9 umfaßt die Vorrichtung zwei Schalen 20, 20', die spiegelbildlich zueinander ausgebildet sind mit der Ausnahme, daß die Paßstifte 2 der Schale 20 in entsprechend geformte Aussparungen 2' in der anderen Schale 20' hineinpassen. Ein Injektor 80 ist derart lösbar an der Innenseite jeder der Schalen angebracht, daß, sobald er darin eingesetzt ist, jeder Injektor mit einem Portal 90 verbunden ist, das angrenzend an einen Bereich angeordnet ist, in dem die Sitze des Nasenlochstückes 100 mit einer Reibpassung gehaltert sind. Die beiden Schalen 20 bilden einen Durchlaß 30, der es ermöglicht, daß drucklose Luft durch die Portale 90 strömt. Unter Druck stehendes Gas strömt durch den Injektor 80 und, wie noch erklärt werden wird, über die Portale 90 hinaus.
Insbesondere und mit Bezug auf 7 ist jede Schale 20, 20' durch Spritzformgießen aus Kunststoff hergestellt. Der Kunststoff ist derart geformt worden, er eine Innenstruktur aufweist, die die folgende geometrische Form besitzt mit der Maßgabe, daß die Schale eine im wesentlichen konstante Dicke aufweist, um eine schnelle Teileherstellung während des Spritzformgießens zu ermöglichen. Der Durchlaß 30, der umgeben ist und gebildet wird vom Kunststoffteil 4, schließt einen Einlaß 6 mit im wesentlichen kreisförmiger Kontur mit ein, der eine Einlaßöffnung 8 mit im wesentlichen zylinderförmiger Abmessung bildet. Ein gebogener Teil 12 leitet den Luftstrom über den. gebogenen Durchlaß in einen zweiten linearen, kastenförmigen Durchlaß 14, der sich etwas stromaufwärts der Stelle befindet, an der der Injektor 80 das Gas austreten läßt. Der eingeschlossene Winkel, der durch den gebogenen Teil 12 begrenzt wird, führt zu einem verhältnismäßig niedrigen Profil, wenn die Vorrichtung an den Nasenlöchern des Patienten angebracht wird, wobei noch. genügend Abstand verbleibt für andere medizinische Instrumente, wie eine Intubationsvorrichtung für den Mund des Patienten. Zusätzlich liegt durch den gebogenen Teil 12 der Schwerpunkt näher am dem Patienten, wodurch eine größere Stabilität erzielt wird. Vorzugsweise kann der Winkel α, der von den zwei geraden Abschnitten 8, 14 des Durchlasses 30 eingeschlossen wird, zwischen 30° und 60°, betragen, vorzugsweise aber 45°. Vorzugsweise erweitert sich durch den gebogenen Teil 12 der Querschnittsbereich des Durchlasses vom zylinderförmigen Durchlaß 8 nach außen hin zum Durchlaß 14, dessen Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist. wie in 5 bis 7 gezeigt, endet ein Ende des Durchlasses 30, das der Öffnung 6 abgewandt und an einem Ende des Durchlasses 14 liegt, in einer Abschlußwand 16, vorzugsweise mit konstantem Radius, und nur unterbrochen durch die Einbringung eines ersten und zweiten Portals 90, die jeweils axial mit einer Injektordüse 70 des Injektors 80 ausgerichtet sind. Jede Düse weist einen Abstand von der geometrischen Mitte auf und ist mit den beiden Portalen 90 ausgerichtet, die so angeordnet sind, daß sie im wesentlichen dem Abstand der Nasenlöcher eines Patienten angepaßt sind.
Der Injektor 80 fixiert die Injektordüsen 70 im. Abstand voneinander mittels einer ersten und zweiten Injektorröhre 72, jede mit im wesentlichen zylinderförmiger Konfiguration und wobei bei beiden jeweils die von der Düse 70 entfernt liegenden Enden mit einem Verteilerrohr 74 verbunden sind. Das Verteilerrohres 74 bildet die obere Hälfte eines Kreuz-Durchlasses 76 (7), der es ermöglicht, daß unter Druck stehendes Gas gleichmäßig auf die beiden Röhren 72 verteilt wird und aus der Injektordüse 70 austritt. Eine untere Hälfte des Kreuz-Durchlasses wird auf einer Wand 42 der Aussparung 40 gebildet. Der Kreuz-Durchlaß 76 mündet in jeder der Röhren 72. Ein Stütznetz 77 erstreckt sich zwischen den beiden Röhren 72, um Festigkeit zu gewährleisten. 6 zeigt, daß die Düsengeometrie einen im wesentlichen zylinderförmigen Innenteil umfaßt 68, der einen abgesetzten Teil 66 von im wesentlichen abgeschnittener, konischer Konfiguration besitzt, die angrenzend an die Düse 70 endet, die von einem abgesetzten zylinderförmigen Abschnitt 64 geringeren Durchmessers gebildet wird. Der Kreuz-Durchlaß 76 weist ungefähr den gleichen Durchmesser wie der Luftkanal 82 auf (7).
Der Injektor 80 ist gleitend verschieblich in einer Aussparung 40 angeordnet, die komplementär in jeder der Schalen 20, 20' gebildet wird. Beim Zusammenbau wird der Injektor 80 in die Richtung des Pfeiles ' A ' (5) in einer Hälfte einer Schale verschoben und dann wird die andere Hälfte der Schale darüber plaziert, wobei sie mittels der Paßstifte 2 und ihrer dazugehörigen Aussparungen 2' genau positioniert wird. Der Injektor 80 wird mit Druckgas aus einem der Injektorluftkanal 82 beaufschlagt (7), wie er in jeder der Hälften der Schale vorgesehen ist. Der Luftkanal 82 parallelisiert die linearen und gebogenen Abschnitte des Durchlasses 30. Er umfaßt eine Öffnung 86 mit im wesentlichen kreisförmiger Konfiguration, gefolgt von einem linearen Abschnitt 88 mit konstantem Querschnitt, der darauf in einen Mittelteil 92 mit konstantem Krümmungsradius übergeht, der im Kreuzrohr 76 endet. Der Mittelteil 92 weist vorzugsweise einen konstanten Querschnitt auf, der gleich dem des linearen Abschnitts 88 ist. Wie erwähnt, ist jede Injektorröhre 72 mit den Kreuzschlauch 76 verbunden und erstreckt sich über den linearen Teil 14 des Durchlasses 30 hinaus, der an der gewölbten kreisbogenförmigen Stirnwand 16 des Durchlasses 30 nahe dem Portal 90 endet. Der zylinderförmige Teil 64 des Injektors besitzt einen zentralen Punkt 65 (6), der ungefähr mit dem Mittelpunkt des Krümmungsradius des gewölbten Teiles zusammenfällt. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Durchlasses 30 viermal größer als der Durchmesser des Luftkanals 82. Vorzugsweise ist der Querschnitt jedes zylinderförmigen Injektorteiles 68 halb so groß wie der kreisförmige Querschnitt im Luftkanal 82. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Düsen 64 ein Viertel des kreisförmigen Querschnitts des Luftkanals 82. Dieses stellt einen guten Strömungsdruck sicher.
Auf die 8 und 9 bezugnehmend sind perspektivische Ansichten des abnehmbaren Nasenlochstückes 100 in Bezug auf deren Lage zu den Portalen 90 erkennbar. Das Nasenlochstück 100 paßt reibschlüssig in einen Schacht 102, der in jeder der Hälften der Schale 20, 20' angeordnet ist. Zusammen bildet der Schacht 102 einen nach oben offenen Kasten, von dem aus sich die Portale 90 erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich die Portale 90 über den Schacht hinaus, dessen Außenwand 104 horizontal verläuft. Seitliche Ansätze an der Außenwand gehen in Ohren 106 über, die jeweils Öffnungen 108 aufweisen, die es erlauben, daß ein Riemen hindurchgezogen wird um eine Möglichkeit zur Befestigung der Vorrichtung am Kopf des Patienten zur Verfügung zu stellen. Jedes Portal 90 umfaßt außerdem einen Luftschacht 110, der sich von einer seitlichen Wand des zylinderförmigen Portals 90 erstreckt, wobei der Luftschacht 110 wenigstens eine geringe Menge an Luft durch eine Öffnung 112 hindurchtreten läßt, die sich zwischen dem Portal 90 und dem Luftschacht 110 und zu einem Durchlaß 114 erstreckt, der in Verbindung mit einem Durchflußüberwachungsrohr 120 steht.
Der Schacht 102 nimmt reibschlüssig innerhalb seiner seitlichen Wände ein Blockelement 122 auf, dessen äußere Abmessungen zu denen des Schachtes 102 komplementär sind, um reibschlüssig, fest und dicht darin das Nasenlochstück 100 aufzunehmen. Der Block 122 weist auf seiner Unterseite Öffnungen 124 auf, um in dichter Verbindung reibschlüssig über die äußere Peripherie der Portale 90 zu gleiten. Eine Aussparung 126 erstreckt sich zwischen den Öffnungen 124 und dient als Auflage für einen oberen Luftschacht 110.
Eine Seite des Nasenlochstückes 100 gegenüber dem Kasten 122 umfaßt ein Paar flexibler hohler Stäbe 130, die in die Nasenlöcher greifen und die in fluidleitender Verbindung mit den Öffnungen 124 und damit mit den Portalen 90 stehen. Die Außenwand 104 des Schachtes 102 nimmt eine Leiste 134 des Nasenlochstückes 100 auf, um einen Luftverlust zu verhindern.
Im Gebrauch und im Betrieb können die Strömungseigenschaften an den Portalen 90 über das Rohr 120 an seinem Anschluß überwacht werden. während der Einatmungsphase bewegt sich umgebende Luft 30 einwärts entlang des Durchlasses. Während des Ausatmens bewegt sie sich nach außerhalb, aber es wird durch den Injektor 80 ständig eine konstante Druckquelle zur Verfügung gestellt. So wird stets ein niedriger Druck zum Patienten aufrechterhalten, um zu verhindern, daß die Lunge kollabiert. Zusätzlich stellt das Verhältnis zwischen den Querschnittsbereichen des Durchlasses 30, des Luftkanals 82, des Injektorauslasses 64 und des Injektorrohres 68 sicher, daß der Druck, der vom Injektor erzeugt wird, richtig bereitgestellt wird. Die gewölbte bogenförmige Stirnwand 16 stellt, wie vorstehend erklärt, weiterhin die Beschleunigung des Atemstromes beim Einatmen und einen Bereich niedrigen Druckes bei der Ausatmung sicher.
Außerdem sollte es, nachdem die Erfindung solchermaßen beschrieben wurde, offensichtlich sein, daß zahlreiche strukturelle Änderungen und Anpassungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang und den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschriebenen worden ist und durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, zu verlassen.

Claims

Vorrichtung (10) zur Unterstützung der Atmung, die, in Kombination, folgendes umfaßt: einen Durchlaß (30) mit einem Portal (90), einen Gasinjektor (80), der sich in den besagten Durchlaß (30) erstreckt und der ein freies Ende (70) aufweist, das das besagte Portal des besagten Durchlasses beaufschlagt, in dem unmittelbar stromaufwärts vom Gasinjektorauslaß eine im wesentlichen laminare Strömung herrscht, Mittel (106, 108) zum verbinden der besagten Vorrichtung im Bereich des besagten Durchlaßportals (90) mit dem Atemweg eines Patienten und Mittel (120) für die Überwachung des Fluidstromes im Bereich des besagten Durchlaßportals, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Injektors an das besagte Portal angrenzt und über einen Auslaß und unter Druck Gas in einen Bereich des Durchlasses abgibt, in dem sich der Durchlaß verengt, um im Querschnitt eine Abschlußwand (16) mit einem konstanten Radius zu bilden, derart, daß sich Gas und Luft vermischen und während der Einatmungphase des Atemvorgangs des Patienten beschleunigt werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Paar von Injektoren vorgesehen ist und wobei das freie Ende jedes Gasinjektors (80) in axialer Richtung mit einem zugeordneten Portal (90) aüsgerichtet ist, wobei die beiden besagten Portale derart angeordnet sind, daß sie auf die Nasenlöcher eines Patienten gerichtet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die besagten Mittel für die Überwachung des Fluidstromes einen Durchlaß (114) umfassen, der sich von einer auf einer Seitenwand des besagten Portal angeordneten Öffnung (112) aus zu einem den Durchfluß überwachenden Rohr (120) erstreckt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1, wobei die besagte Vorrichtung aus einer ersten und einer zweiten Schale (20, 20') besteht, wobei die besagten Schalen spiegelbildlich zueinander ausgebildet und miteinander verbunden sind, um den besagten Durchlaß (30) zu bilden, wobei die besagten Schalen Paßstifte (2) und zugeordnete Aussparungen (2') zur Erleichterung des Zusammenbaus umfassen.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der besagte Gasinjektor (80) Mittel zur Beschleunigung des Durchflusses durch diesen umfaßt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die besagten Mittel zur Beschleunigung des Durchflusses eine konvergierende Düse (70) umfassen die an ein mit den Nasenlöchern des Patienten in Verbindung stehendes Portal angrenzt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Nasenstück (100), das lösbar an der besagten Vorrichtung angebracht ist, wodurch das Nasenstück ausgetauscht werden kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4 bis 7, wobei der den Durchfluß überwachende Auslaß integral an die besagten Schalen angeformt ist und sich in fluidleitender Verbindung mit den besagten Portalen befindet.