DE2927839A1 - Beatmungsgeraet - Google Patents

Description

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W.1011

Augsburg, den 10. Juli 1979

The Medishield Corporation Limited, Hammersmith House, London W6 9DX, England

Beatmungsgerät

Die Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät zur Atmungsunterstützung und Zwangsbeatmung.

Ein solches Beatmungsgerät findet insbesondere bei der Intensivpflege Anwendung, wo der Patient oftmals nicht in der Lage ist, selbständig zu atmen.

Wenn sich der Zustand eines Patienten bessert, ist es wichtig, ihn von der völligen Abhängigkeit vom Beatmungs-

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gerät zu "entwöhnen". Zu diesen Zweck muß das Beatmungsgerät eine Betriebsart gestatten, die eine einsetzende Spontanatmung des Patienten nicht nur zuläßt, sondern sie auch unterstützt bzw. fördert, wobei die Eigenatmungsfähigkeit des Patienten dann kontinuierlich anhand gegebener Standardwerte überwacht wird, so daß das Beatmungsgerät automatisch- zur Zwängsbeatmung zurückkehrt, falls die Eigenatmung des Patienten sich_wieder auf einen unzureichenden Pegel verschlechtern sollte.

Die bisher zu diesem Zweck herangezogenen Maßnahmen können diese Forderung nicht erfüllen, da die Überwachungsfunktion gleichzeitig mit manuellen Einstellungen an den Steuerorganen des Beatmungsgeräts erfolgen muß. Bei bisher angewandten Verfahren wird der Kohlendioxidpegel jeweils am Ausatmungsende des Patienten überwacht und zur automatischen Einstellung des Einatmungsvolumens herangezogen, jedoch sind diese Verfahren kompliziert und sehr kostspielig. Außerdem sind diese bekannten Verfahren im Hinblick auf Zuverlässigkeit und im Hinblick auf die klinischen Erfordernisse zur Entwöhnung der Patienten vom Beatmungsgerät noch nicht völlig ausgereift.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beatmungsgerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern,

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daß es zuverlässig eine Zwangsbeatmung einleitet, wenn der Patient selbst nicht mehr ausreichend atmet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Atmungsgerät wird also das Volumen der ausgeatmeten Gase pro Zeiteinheit kontinuierlich überwacht, so daß, falls der Patient keine ausreichende Gasmenge pro Zeiteinheit mehr ausatmet, das Beatmungsgerät automatisch die Zwangsbeatmung des Patienten übernimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung, die ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beatmungsgeräts zeigt, näher beschrieben.

Das Beatmungsgerät wird aus einer Gasflasche 2 oder einer anderen Quelle mit Atemgas gespeist. Das Atemgas bzw. Atemgasgemisch wird mit hohem Druck zugeführt, der mittels eines Druckreglers 4 auf einen Speisedruckwert reduziert wird. Stromab des Druckreglers verzweigt sich der Einatmungspfad des Beatmungsgeräts in zwei parallele Strömungswege 5 und 7, von denen der Strömungsweg 5 mittels eines Bedarfsventils 6 und der Strömungsweg 7 mittels eines Schieberventils 8 gesteuert

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wird. Das Schieberventil 8 ist ein gesteuertes Ein-Aus-Schaltventil, und der bei geöffnetem Schaltventil hindurchströmende Gasstrom wird hinsichtlich seines Durchsatzes mittels eines Regulierventils 16 gesteuert. Nach dem Regulierventil gelangt der Gasstrom zu-einem Strömungsmonitor 18, der pro Volumeneinheit hindurchgestromten Gases jeweils einen elektrischen Impuls erzeugt. Diese Impulse werden aufsummiert und speisen ein Atemvolumenmeßgerät 20.

Stromab des Strömungsmonitors 18 vereinigen sich die beiden Strömungswege 7 und 5 wieder zu einer Auslaßleitung 10, die normalerweise über einen flexiblen Schlauch 14 mit der Atemmaske 12 des Patienten verbunden ist. Die Atemmaske 12 ist so konstruiert, daß sie während der Einatmungsphase jedes Atemzyklus unter Druck stehendes Atemgas in die Lungen des -Patienten gelangen läßt und das während der Ausatmungsphase ausgeatmete Gas durch einen weiteren flexiblen Schaluch 15 zum Beatmungsgerät zurückführt. Der Schlauch 15 führt zur Einlaßseite eines weiteren Strömungsmonitors 24, aus welchem das Ausatmungsgas zu einem Ausatmungsvehtil 26 gelangt, dessen Auslaß in die Außenluft führt.

Ebenso wie der Monitor 18 erzeugt auch der Monitor 24 eine Reihe von Impulsen, die jeweils eine Volumeneinheit

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ausgeatmeten Gases darstellen. Diese Impulse des Monitors 24 werden sowohl einer Sperreinrichtung 30, deren Punktion nachstehend noch beschrieben wird, als auch einem Integrator 28 zugeführt. In dem Integrator 28 werden die Impulse kontinuierlich integriert und der integrierte Wert wird von einem Meßgerät 29 als Volumen pro Minute angezeigt. Außerdem wird das integrierte Signal einem Schwellenwertschalter 32 zugeführt. Ähnlich wie das Schieberventil 8 ist auch das Ausatmungsventil 26 ein gesteuertes Ein-Aus-Schaltventil, und normalerweise werden die beiden Schaltventile 8 und 26 wechselweise so gesteuert, daß, wenn das eine geöffnet ist, das andere geschlossen ist, und umgekehrt.

Der Schwellenwertschalter 32 ist über eine Frequenzübersteuereinrichtung 3*t an einen Atemfrequenz zeitgeber 36 angeschlossen, der einen zweiten, mit der Sperreinrichtung 30 verbundenen Eingang aufweist. Ein Ausgang des Zeitgebers 36 ist an ein Frequenzmeßgerät 38 und ein weiterer Ausgang an einen Einatmungs/Ausatmungs-Zeitgeber kO angeschlossen, der die relativen Längen der Einatmungsphase (E) und der Ausatmungsphase (A) jedes Atemzyklus steuert. An den Zeitgeber 40 ist ein Meßgerät k2 angeschlossen, welches das jeweilige E/AVerhältnis anzeigt.

Wenn ein Patient von der Beatmung durch das Beatmungsgerät entwöhnt werden soll, wird der Schwellenwertschalter 32

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manuell auf einen Wert eingestellt, der_dem gewünschten minimalen zeitlichen Atemvolumen des jeweils an das Beatmungsgerät angeschlossenen Patienten entspricht.

Wenn ein Patient selbständig atmet, reagiert das Bedarfsventil 6 auf seinen Einatmungsversuch, indem es öffnet und frisches Atemgas unter Umgehung des Strömungsweges 7 über den Strömungsweg 5 direkt zum Patienten gelangen läßt. Bei jeder Ausatmung des Patienten strömt das Ausatmungsgas durch den Schlauch 15, ^den Monitor 24 und das Ausatmungsventil 26, bevor es in die Außenluft- austritt, Das Beatmungsgerät integriert kontinuierlich das während der Ausatmungsphase ausgeatmete Gasvolumen und vergleicht dieses im Schwellenwertschalter mit dem jeweils gewählten gewünschten Minimalwert, Solange das gemessene zeitliche Ausatmungsvolumen das gewählte Minimalvolumen übersteigt, wird der Atemfrequenzzeitgeber 36 gesperrt, so daß das Beatmungsgerät keine Zwangsbeatmung durchführt, jedoch die Spontanatmung des Patienten zuläßt. Sollte der Patient jedoch aufhören, selbständig in ausreichendem Maße zu atmen, wird dies anhand des integrierten Signals des Monitors 24 festgestellt, indem dieses anzeigt, daß das gemessene zeitliche Volumen unterhalb des im Schwellenwertschalter 32 eingestellten Minimalvolumens liegt. Sobald dies geschieht, wird die Frequenzübersteuereinrichtung 34 angesteuert und schaltet den Atemfrequenzzeitgeber 36 ein.

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Dadurch wird der E/A-Zeitgeber 40 angesteuert, der sofort die Öffnung des Schieberventils 8 und die Schließung des Ausatmungsventils 26 bewirkt und damit automatisch eine Einatmungsphase einleitet. Am Ende der vom Zeitgeber 40 vorgegebenen Einatmungsdauer wird das Schieberventil 8 geschlossen und das Ausatmungsventil 26 geöffnet, so daß der Patient ausatmen kann. Die Ausatmungsdauer wird ebenfalls vom Zeitgeber 40 vorgegeben, so daß das jeweils gewählte E/A-Verhältnis eingehalten wird. Am Ende der Ausatmungsphase löst ein neuer Auslöseimpuls des Zeitgebers 36 einen weiteren Zwangsbeatmungszyklus aus (vorausgesetzt, daß die Prequenzübersteuereinrichtung 3^ zwischenzeitlich nicht im Sinne einer Sperrung des Zeitgebers betätigt worden ist). Der Zeitgeber 36 steuert also die Atemfrequenz, d.h. die Frequenz, mit welcher das Schieberventil 8 geöffnet wird, während der Zeitgeber 40 die Länge der Öffnungsdauer des Schieberventils 8 während des jeweiligen Zwangsbeatmungszyklus steuert.

Am Ende des durch die Einstellung den Zeitgebers 36 festgelegten ZeitIntervalls, wenn das Beatmungsgerät normalerweise wieder auf die Einatmungsphase umschaltet, kann der Patient möglicherweise immer noch ausatmen. Dies kann seine Ursache beispielsweise darin haben, daß der Patient an einer Verstopfung der Lunge leidet, oder weil das E/A-Verhältnis zu ungünstig eingestellt ist, um dem Patienten ausreichend Zeit

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ORIGINAL INSPECTED

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zur vollständigen Ausatmung zu geben. In diesem Falle stellt der Monitor 24 fest, daß immer noch Gas ausgeatmet wird, und die Sperreinrichtung 30 sperrt den Zeitgeber 36 und verhindert so, daß er das Beatmungsgerät auf den Einatmungsbetrieb umschaltet. Wenn die Ausatmungsströmung auf einen sehr geringen Wert abgesunken ist, hört das Sperrsignal der Sperreinrichtung auf und der Zeitgeber 36 kann wieder einschalten.

Nach einem übergang von der Spontanatmung auf automatische Zwangsbeatmung stellt sich natürlich das gewünschte zeitliche Atemvolumen wieder ein, und wenn dies durch den Schwellenwertschalter 32 festgestellt wird, wird die Frequenzübersteuereinrichtung 34 nochmals angesteuert, um den Zeitgeber 36 zu sperren und die Zwangsbeatmung am Ende des jeweils laufenden Zwangsbeatmungszyklus abzubrechen. Hat der Patient in der Zwischenzeit seine Spontanatmungsfähigkeit noch nicht wiedergewonnen, wiederholt sich der Vorgang. Da der Schwellenwertschalter 32 auf ein Signal anspricht, das von der kontinuierlichen Integration der Ausatmungsströmung des Patienten herrührt, liegt unvermeidlicherweise eine Verzögerung von einigen Sekunden zwischen dem Abfall des tatsächlichen zeitlichen Atemvolumens unter den Schwellenwert und der Einleitung der automatischen Zwangsbeatmung und ebenso auch zwischen dem Anstieg des zeitlichen Atemvolumens über den Schwellenwert und

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der Eeendiguns der Zwangsbeatmung. Dieser durch den Integrator bewirkte Hystereseeffekt des Beatmungsgeräts verhindert eine Instabilität im Bereich des Schaltpunktes zwischen Spontanatmungsbetrieb und Zwangsbeatmun-sbetrieb, wobei natürlich die genannte Ansprechverzögerung zu gering ist, um eine Gefährdung des Patienten zu ermöglichen.

In der praktischen Ausführung des Beatmungsgeräts kann der Schwellenwertschalter 32 in das Zeitvolumemießgerät 29 integriert sein. Dabei kann dieses Keßgerät ein in Volumeneinheiten geeichtes herkömmliches Analog-Mikroamperemeter mit beweglichem Zeiger sein. Der Schwellenwertschalter weist dann einen einstellbaren Festzeiger auf, der auf jede gewünschte Stellung auf der Anzeigeskala eingestellt werden kann. Dieser einstellbare Festzeiger ist mit einem Fotoelement als Fühler versehen, der die Frequenzübersteuereinrichtung 34 zur Auslösung des Zeitgebers 36 ansteuert und außerdem einen akustischen und/oder optischen Alarm auslösen kann, falls der das jeweilige tatsächliche zeitliche Volumen anzeigende Meßzeiger unter den Wert abfällt, auf welchen der einstellbare Festzeiger eingestellt ist. Wenn das gemessene zeitliche Volumen danach wieder ansteigt und der Meßzeiger sich auf der Skala wieder nach oben bewegt, stellt der einstellbare Festzeiger den erneuten Durchgang des Meßzeigers wiederum mittels des Fotoelements fest und der Zeitgeber 36 wird

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dann-gesperrt und der Alarm beendet. Darüberhinaus kann ein zweiter- einstellbarer Festzeiger vorgesehen sein, der zum Auslösen eines Alarms dient, falls das Meßgerät 29 ein abnorm hohes zeitliches Volumen anzeigt.

Es sind bereits Beatmungsgeräte bekannt, die eine Betriebsart mit intermittierender Zwangsbeatmung (IZB) aufweisen. Damit 1st gemeint, daß das Beatmungsgerät so eingestellt werden kann, daß-es in von der Bedienungsperson gewählten Intervallen unabhängig von der Zulänglichkeit der Spontanatmungsversuche des Patienten Zwangsbeatmungszyklen durchführt. Diese intermittierenden Zwangsbeatmungszyklen versichern dem Patienten, daß das Beatmungsgerät in der Lage ist, die Verantwortlichkeit_für die Atmung zu übernehmen, falls die Eigenatmungsversuche des Patienten zu irgendeiner Zeit unzureichend werden sollten. Das erfindungsgemäße Beatmungsgerät kann auch mit einer solchen intermittierenden Zwangsbeatmungsbetriebsart ausgestattet sein, womit die ausatmungsyolumengesteuerte Betriebsweise nach der Erfindung ergänzt werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu eine Steuereinrichtung 44 vorgesehen, die in den gewählten Intervallen die FrequenzüberSteuereinrichtung 34- ansteuert und den Zeitgeber 36 auslöst.

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Leerseite

Claims (5)

1. Patentansprüche

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   ' 1,/Beatmungsgerät zur Atmungsunterstützung und Zwangsbeatmung, gekennzeichnet durch einen in der Ausatmungsleitung des Geräts angeordneten Strömungsmesser mit einer Einrichtung (24) zur Erzeugung eines die Strömungsgeschwindigkeit der Atemgase während jeder Ausatmung darstellenden Signals (Strömungsgeschwindigkeitssignal) und mit einer Einrichtung (28) zur Erzeugung eines das mittlere Strömungsvolumen der Atemgase pro Zeiteinheit während jeder Ausatmung darstellenden Signals (Volumensignal), und durch eine in Abhängigkeit von diesen beiden Signalen arbeitende Steuereinrichtung (30, 32, 34, 36, 40), welche, wenn bei dem jex^eils vorhergehenden Atemzyklus das mittlere Strömungsvolumen pro Zeiteinheit unter einem bestimmten Schwellenwert liegt und die Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen auf den Wert Null abgesunken ist, einen Zwangsbeatmungszyklus einleitet.
2. 2. Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Strömungsgeschwindigkeitssignals ein Strömungsmonitor (24) und die . Einrichtung zur Erzeugung des Volumensignals ein das Strömungsgeschwindigkeitssignal integrierender Integrator (28) ist.

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   ORlGSMAL INSPECTED
3. 3. Beatmungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber (36, 40) zum Einleiten und Steuern der Atemfrequenz bei automatischer Zwangsbeatmung, weiter durch eine in Abhängigkeit von dem Volumensignal arbeitende Sperreinrichtung (32) zum Sperren des Zeitgebers, wenn das mittlere Strömungsvolumen pro Zeiteinheit über dem genannten Schwellenwert liegt, und durch eine in Abhängigkeit von dem Strömungsgeschwindigkeitssignal arbeitende weitere Sperreinrichtung (30) zum Sperren des Zeitgebers gegen die Einleitung eines Zwangsbeatmungszyklus, solange die Strömungsgeschwindigkeit der Atemgase bei der jeweils vorhergehenden Ausatmung nicht im wesentlichen auf den Wert Null abgesunken ist.
4. 4. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Atemgaseinlaß und einem zum Patienten führenden Atemgasauslaß, gekennzeichnet durch zwei parallel zueinander zwischen dem Atemgaseinlaß und dem Atemgasauslaß (10) verlaufende Strömungswege (5, 7), weiter durch ein in dem einen Strömungsweg (5) angeordnetes Bedarfsventil (6), das eine Spontanatmung des Patienten ermöglicht, und durch ein im anderen Strömungsweg (7) angeordnetes Ein-Aus-Schaltungsventil (8), dessen öffnung die Einatmungsphase eines automatischen Zwangsbeatmungszyklus einleitet, weiter durch ein weiteres, in der Ausatmungsleitung (15) angeordnetes

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   Ein-Aus-Schaltventil, und schließlich durch Steuermittel (40) zur Steuerung des Schaltzustands der beiden Ein-Aus-Schaltventile derart, daß jeweils das eine geöffnet und das andere geschlossen ist und umgekehrt, wobei das Schaltventil in der Ausatmungsleitung nur bei automatischer Zwangsbeatmung während der Einatmungsphase geschlossen ist.
5. 5. Beatmungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung ("4¹I") zur intermittierenden Zwangsbeatmung.

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