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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Bereitstellung
einer Rückmeldung
eines Beatmungsgerätes
für einen
Patienten und ebenso zur Verfügungsstellung
eines taktilen Ausdrucks eines Parameters in Bezug auf einen Patienten
oder ein Beatmungsgerät
für einen
Bediener des Beatmungsgerätes.
Beispielsweise kann das System eine taktile Anzeige der Atmungscharakteristik
eines Patienten, welcher an ein Beatmungsgerät angeschlossen ist, für einen
Krankenhausarzt zur Verfügung
stellen, welcher das System benutzt.
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Bei
einem Aspekt des Systems der vorliegenden Erfindung umfasst ein
manuelles Element einen Griff mit einem beweglichen, Auslöser-ähnlichen Element.
Der Griff und der Auslöser
werden durch den Bediener gegriffen. Wird der Auslöser durch
den Bediener gedrückt,
wird der Signalerzeuger betrieben, um ein Steuerungssignal über ein
Kabel oder andere geeignete Mittel zu dem Beatmungsgerät zur Verfügung zu
stellen zur Verwendung bei der Steuerung des Gerätes. Beispielsweise kann das
Steuerungssignal benutzt werden, um die Menge an Atemgasen für einen
Patienten zu steuern.
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Medizinische
Ausrüstung,
wie beispielsweise ein Beatmungsgerät, umfasst Sensoren, welche Signale
zur Verfügung
stellen, die verschiedenen Parametern entsprechen in Bezug auf einen
Patienten oder das Gerät.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Signal entsprechend
einem Parameter, beispielsweise der Atemwegsdruck des Patienten, zurückgeliefert
oder zurück gemeldet
von dem Beatmungsgerät
zu einem manuellen Element mit einem Auslöser. Das Rückmeldesignal betätigt ein
Stellglied für
den Auslöser,
um zu bewirken, dass der Auslöser eine
Kraft auf die Finger des Bedieners ausübt, die dem Bediener die Atemcharakteristik
des Patienten anzeigt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Systems wird ein einzelnes manuelles Element sowohl zum Zwecke
der Steuerung als auch zum Zwecke der Rückmeldung benutzt.
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Beatmungsgeräte stellen
Atemgase einem Patienten durch einen Beatmungskreislauf zur Verfügung. Der
Beatmungskreislauf besitzt typischerweise einen Einatmungsast und
einen Ausatmungsast. Ein Ende von jedem Einatmungs- und Ausatmungsast
ist mit dem Beatmungsgerät
verbunden. Die anderen Enden sind an eine Y-Verbindung angeschlossen und über einen
Patientenast mit dem Patienten verbunden. Pneumatische Elemente
in dem Beatmungsgerät
stellen periodisch Atemgase dem Patienten über den Einatmungsast während Einatmungen
zur Verfügung.
Bei Ausatmungen werden die Atemgase von den Lungen des Patienten
in den Ausatmungsast abgegeben. Steuerungen in dem Beatmungsgerät legen
Parameter fest, beispielsweise Atemzüge pro Minute, Atemvolumen,
Maximumdrücke,
etc., die die Beatmung, welche dem Patienten durch das Beatmungsgerät zur Verfügung gestellt wird,
beschreiben.
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Ein
Patient kann ebenfalls manuell mit Hilfe eines flexiblen Behälters oder „Beutels", welcher an dem
Beatmungsgerät
angeordnet ist, beatmet werden. Der Beutel wird mit Atemgasen gefüllt und
manuell durch einen Klinikarzt zusammengedrückt, um Atemgase einem Patienten
zur Verfügung
zu stellen. Die Benutzung dieses Beutels oder die „Bebeutelung des
Patienten" wird
oft gefordert oder durch Klinikärzte
bevorzugt, da es dem Klinikarzt ermöglicht, auf physische Weise
die Zufuhr von Atemgasen zu dem Patienten zu steuern. Genau so wichtig
ist das Gefühl des
Beutels, wenn er durch den Klinikarzt betätigt wird, da dieses dem Klinikarzt
ermöglicht,
den Zustand in der Lunge und die Atmung des Patienten zu erkennen.
In den Händen
eines sachkundigen Klinikarztes können feine Eigenschaften und/oder
Veränderungen
in den Lungen und bei der Atmung erkannt werden. Es ist schwierig
oder unmöglich
diese Art der Rückmeldungsinformation
zu erhalten, wenn mechanische Beatmungsgeräte die Atemgase zur Verfügung stellen.
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Aus
den vorgenannten Gründen
werden Patienten während
chirurgischen Operationen oft bebeutelt, wenn der Patient narkotisiert
wird durch Beimischung eines Betäubungsmittels
in die Atemgase. Eine weitere Umgebung, in welcher Patienten oft
bebeutelt werden, ist eine Intensivstation.
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Jedoch
ist dieses, falls das Bebeuteln eine lange Zeit ausgeführt wird,
für den
Klinikarzt ermüdend
und vermindert die Feinheit der Steuerung des Atemgasvorrates und
das Gefühl
für die
Lungen oder andere Atembedingungen, welche das Subjekt beeinflussen.
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Ebenso
wird der Beutel üblicherweise
an einer festgelegten Position an dem Beatmungsgerät positioniert.
Dies schränkt
den Umfang der Bewegungsfreiheit des Klinikarztes während des
Bebeutelns eines Patienten bezüglich
diesem ein, beispielsweise um einen für einen chirurgischen Eingriff vorgesehenen
Patienten zu beobachten, welcher in eine Weise positioniert ist,
die geeignet ist, um die Operation durchzuführen. Das gleiche trifft ebenfalls zu,
wenn pneumatische Elemente des Beatmungsgerätes anstelle des Beutel die
Atemgase dem Patienten zur Verfügung
stellen, da die Steuerung, welche zur Betätigung der pneumatischen Elemente
notwendig ist, an einer festgelegten Position an dem Beatmungsgerät angeordnet
sind.
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Die
US 5,711,295 beschreibt
ein Reanimationsgerät,
welches einen Beutel benutzt, um Luft in die Lungen eines Patienten
zu pressen. Der Beutel wird zwischen zwei Platten gehalten und kann
zusammengepresst und entleert werden durch Bewegung der Platten
aufeinander zu oder voneinander weg unter Benutzung eines Hebelmechanismus,
welcher eine Ermüdung
des Bedieners verhindert. Der Hebel stellt eine taktile Rückmeldung
zur Verfügung betreffend
die Wirksamkeit der zur Verfügung
gestellten Atmungsunterstützung.
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Zusammenfassung der vorliegenden
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird in den beigefügten Ansprüchen definiert.
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Die
Erfindung stellt ferngesteuert eine taktile sensorische Anzeige
eines Parameters zur Verfügung,
beispielsweise eines Atmungsparameters eines Patienten, der mit
einem Beatmungsgerät
verbunden ist.
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Die
Tatsache, dass das Mittel zur Rückmeldung
ferngesteuert ist, erlaubt es dem Klinikarzt oder einem anderen
Bediener das System bezüglich
des Beatmungsapparates und bezüglich
eines Patienten, der durch den Beatmungsapparat behandelt wird,
zu bewegen, und dadurch wird die Effektivität der Pflege, die der Patienten
erhält,
verbessert.
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Bei
Verwendungen, die einen Atmungsparameter umfassen, kann das System
der vorliegenden Erfindung einen Steuerungsvorgang und Rückmeldungsempfindung
zur Verfügung
stellen, die denjenigen ähnelt,
die ein Klinikarzt bei manueller Empfindung des Beutels erfährt. Dies
ermöglicht
dem Klinikarzt Zustände
des Patienten zu erkennen und zu steuern in einer hocheffektiven
Weise. Jedoch verhindert das System der vorliegenden Erfindung Müdigkeit,
die bei der manuellen Bebeutelung des Patienten auftritt. Die Wahrnehmung
und die Steuerung, die durch die vorliegende Erfindung zur Verfügung gestellt
wird, können
verbessert werden durch die Einstellung der Empfindlichkeit und
der Linearität zwischen
den Steuerungs- und Rückmeldungssignalen
und dem resultierendem Steuerungsvorgang und der Erzeugung der taktilen
Empfindung. Dies ermöglicht
die Bildung eines optimalen Verhältnisses
zwischen der Bedienereingabe und der Beatmungszufuhr für einen
bestimmten Patienten.
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Während das
Vorgenannte die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der Wahrnehmung
von Beatmungsparametern beschrieben hat, kann diese ebenfalls dazu
benutzt werden, um eine taktile Rückmeldung von anderen Parametern
bereit zu stellen. Beispielsweise kann das System dazu benutzt werden,
eine taktile Anzeige von Eigenschaften des Herzens, beispielsweise
Blutdruck oder Pulsrate, bereit zu stellen.
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Kurz
gesagt stellt die vorliegende Erfindung ein Fernrückmeldungssystem
bereit, um einen taktilen Ausdruck einer Eigenschaft eines Parameters
eines Beatmungsgerätes
zur Verfügung
zu stellen. Das Beatmungsgerät
stellt ein Rück meldungssignal
zur Anzeige des Parameters zur Verfügung. Das System umfasst typischerweise
ein Element mit einem beweglichen Auslöser. Ein elektromechanisches
Stellglied oder ein Strömungskraft
einsetzendes Stellglied, beispielsweise ein Linearmotor, ist mit
dem Auslöser
verbunden. Das Rückmeldungssignal
wird dem Stellglied durch ein Mittel zur Kommunikation zur Verfügung gestellt,
beispielsweise durch ein Kabel oder eine Telemetrieverbindung. Werden
das Element und der Auslöser
durch den Bediener gegriffen, stellen die Kräfte, die auf die Finger des
Bedieners durch den Auslöser
ausgeübt
werden, weil das Auslöseelement
durch das Stellglied betätigt
wird, eine Anzeige einer Eigenschaft des Parameters der Vorrichtung
dar.
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Durch
Ausstattung des Systems mit einem Potentiometer oder mit einem anderen
Signalerzeuger, welcher durch den Auslöser bedient wird, kann das
System ebenfalls ein Signal zur Steuerung des Betriebs des Beatmungsgerätes mit
Hilfe des Mittels zur Kommunikation bereitstellen.
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Verschiedene
andere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung werden anhand
der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen aufgezeigt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die
Erfindung wird weiter anhand der folgenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit der Zeichnung verstanden. In der Zeichnung zeigt
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1 eine
Grundausführungsform
des Fernbedienungs- und taktilen Rückkopplungssystems der vorliegenden
Erfindung bei Verwendung mit einer medizinischen Vorrichtung, welche
ein Beatmungsgerät
umfasst;
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2 eine
schematische Darstellung des Systems der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Ausführungsform
eines manuellen Elementes des Systems, welches Teile umfasst, die
eine mechanisch erzeugte taktile Rückmeldungsempfindung einem
Bediener bereitstellen;
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3A eine
Abänderung
des manuellen Elementes, welches Teile aufweist zur Fernsteuerung
des Gerätes
mit welchem das manuelle Element verbunden ist;
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3B eine
weitere Ausführungsform
eines manuellen Elementes;
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4 ein
manuelles Element mit einem flüssig
betriebenen Mittel zur Erzeugung einer taktilen Anzeige eines Parameters;
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5 eine
Abänderung
des manuellen Elementes des Systems der vorliegenden Erfindung,
um eine Anzeige und einen Fuß zu
umfassen;
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6 eine
weitere Ausführungsform
von Teilen zur Bereitstellung einer taktilen Rückmeldungsempfindung;
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7 eine
weitere Abänderung
des manuellen Elementes, um ein druckbetriebenes Teil zu umfassen;
und
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8 eine
Ausführungsform
des Systems mit einer Mehrzahl von manuellen Elementen.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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In 1 ist
ein Beatmungsgerät 20 gezeigt, welches
in einem Narkosegerät
angeordnet ist. Das Beatmungsgerät 20 hat
Anschlüsse 22 und 24,
die geeignet sind zur Verbindung der Einatmungs- und Ausatmungsäste eines
Beatmungskreislaufs, welche zu einem Patienten führen, wie diagrammatisch in 1 gezeigt.
Das Beatmungsgerät 20 stellt
Atemgase einem Patienten in dem Einatmungsast des Beatmungskreislaufs
zur Verfügung
und erhält
Gase, die durch den Patienten in den Ausatmungsast abgegeben werden.
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Das
Beatmungsgerät 20 umfasst
einen Beutel 26 zur manuellen Bebeutelung des Patienten.
Der Schalter 28 wird betätigt, um dem Beutel 26 zu
ermöglichen,
Atemgase dem Patienten bereit zu stellen.
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Das
Beatmungsgerät 20 empfängt Eingaben von
Sensoren, die mit dem Patienten- und/oder dem Beatmungsgerät 20 in
Verbindung gebracht werden. Die Daten, die in diesen Eingaben enthalten
sind, können
auf dem Patientenbildschirm 30 dargestellt werden. Daten,
welche sich auf die wahrgenommenen Parameter beziehen, werden ebenfalls
dem Anschlusselement 32 zur Verfügung gestellt. Typische Datenausgaben
werden angezeigt als Atemwegsdruck des Patienten Paw,
Atemvolumen Vt, Atemgasflussrate Q, Pulsrate,
Blutdruck, und SaO2-Parameter der arteriellen
Sauerstoffsättigung.
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1 zeigt
ebenfalls ein Element 50 des Fernbedienungs- und taktilen
Rückmeldungsmittels der
vorliegenden Erfindung. Wie in 1 allgemein gezeigt,
umfasst das Element 50 einen Griff oder Handgriff 52,
der geeignet ist, um in die Hand eines Klinikarztes oder eines anderen
Bedieners aufgenommen zu werden. Auslöser 54 ist in dem
Handgriff 52 befestigt, so dass die Finger des Bedieners
sich um den ausgestellten Teil des Auslösers erstrecken können. Auslöser 54 ist
drehbar bezüglich
des Handgriffs 52. Element 50 kann an ein Gerät angeschlossen
sein, beispielsweise an ein Beatmungsgerät 20 durch ein Kabel 56.
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Element 50 kann
mit einem Schalter 60 versehen sein, welcher über Leiter
im Kabel 56 mit dem Gerät 20 verbunden
ist, um das Gerät 20 fernzusteuern,
wie diagrammatisch bei 58 in 1 gezeigt.
Die Betätigung
des Schalters 60 kann einen gewünschten Arbeitsvorgang des
Beatmungsgerätes
ausführen.
Beispielsweise bewirkt eine wiederholte Betätigung des Schalters 60,
dass das Beatmungsgerät eine
bestimmte Menge an Atemgasen dem Patienten zur Verfügung stellt,
jedes Mal, wenn der Schalter betätigt
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, untenstehend im Detail beschrieben, ist ein Signalerzeuger
mit dem Auslöser 54 verbunden und
eine Bewegung des Auslösers
durch die Finger des Bedieners stellt ein Steuerungssignal zur Fernsteuerung
des Beatmungsgerätes
zur Verfügung. Der
Signalerzeuger kann beispielsweise einen Schalter, ein Potentiometer
oder einen Regelwiderstand umfassen. Der Schalter 60 kann
dann einen An-/Aus-Schalter umfassen, um zu bewirken, dass das Beatmungsgerät in der üblichen
Weise oder mittels Steuerung durch das Element 50 betrieben
wird.
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Das
Kabel 56 umfasst ebenfalls einen Leiter, welcher ein Signal
zur Verfügung
stellt oder rückkoppelt,
entsprechend einem der Parameter, welche durch das Gerät 20 ausgegeben
werden. In dem Beispiel, welches in 1 gezeigt
ist, wird der Atemwegsdruck Paw zurückgemeldet
wie diagrammatisch bei 62 gezeigt. Das Signal, welches
zu dem Parameter 62 korrespondiert, wird einem taktilen
Rückmeldungserzeuger
oder -stellglied in Element 50 für den Auslöser 54 zur Verfügung gestellt,
das eine entsprechende Kraft auf die Finger des Bedieners, welcher das
Element 50 hält,
ausübt.
Dies sorgt für
eine taktile Anzeige oder für
einen Eindruck für
den Bediener des Parameters, welcher von dem medizinischen Gerät zurückgemeldet
wird.
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Vorteilhafterweise
kann bei Anschluss des Elementes 50 an das Gerät 20 via
Kabel 56, der Klinikarzt oder ein anderer Bediener das
Gerät und
den Patienten zu einer gewünschten
Position verfahren, während
zur gleichen Zeit die Steuerung bezüglich der Bedienung des Beatmungsgerätes 20 aufrechterhalten
und die taktile Rückmeldung
entsprechend einem gewünschten
Parameter empfangen wird.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht eines Elementes 50 in Verbindung
mit einem Gerät 20,
welches ein Beatmungsgerät
für einen
Patienten umfasst. Das Beatmungsgerät 20 umfasst einen
elektronischen Steuerschaltkreis 70, der den pneumatischen
Schaltkreis 72 betätigt.
Der pneumatische Schaltkreis 72 umfasst eine Quelle von
unter Druck stehendem Gas, das Atemgase in dem Einatmungsast 74 eines
Patientenatmungskreislaufs 76 zur Verfügung stellt. Der pneumatische
Schaltkreis 72 kann Atemgase direkt den Lungen des Patienten
zur Verfügung
stellen, wie bei einer typischen Intensivbehandlung. Oder ein Antriebsgas,
welches durch den pneumatischen Schaltkreis 72 bereit gestellt
wird, kann einen Beutel, welcher die Atemgase enthält, komprimieren,
welcher abwechselnd die Gase dem Patienten bereitstellt, wie in
einer typischen Narkoseanwendung. Die Atemgase strömen durch
die Y-Verbindung 78 zu dem Patientenast 80 zur
Bereitstellung für
den Patienten. Die Atemgase strömen
zu dem Beatmungsgerät 20 in
dem Ausatmungsast 82 zurück. In der Ausführungsform,
welche in 2 gezeigt ist, stellt der Drucksensor 84 ein
Signal des Atemwegsdrucks Paw in dem Leiter 86 dem
elektronischen Schaltkreis 52 der Beatmungsgerätssteuerung
zur Verfügung.
Das Signal in dem Leiter 86 ist proportional zu dem Druck
in dem Patientenast 80, welcher zu den Lungen des Patienten
führt.
Der elektronische Steuerschaltkreis 70 für das Beatmungsgerät kann einen
Bildschirm 30 umfassen, der numerisch oder grafisch den
Atemwegsdruck des Patienten Paw darstellt,
ebenso wie andere Patienten- oder Geräteparameter. Das Signal von
dem Atemwegsdrucksensor 84 wird ebenfalls in dem Leiter 88 des
Kabels 56 für das
Element 50 zur Verfügung
gestellt. Das Signal in dem Leiter 88 wird dem taktilen
Rückmeldungserzeuger 90 bereitgestellt,
um den Auslöser 54 in
der Weise zu betätigen,
so dass ein taktiler Ausdruck von der Größe des Atemwegsdrucks Paw des Patienten für die Finger des Bedieners,
welcher den Auslöser 54 bedient,
zur Verfügung
gestellt wird.
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Das
Kabel 56 umfasst ebenfalls einen Leiter 92, welcher
mit dem Steuerungssignalerzeuger 94 verbunden ist, zur
Verwendung für
die Steuerung des Beatmungsgerätes 20.
Wie oben erwähnt,
kann der Steuerungssignalerzeuger einen Schalter 60 oder
einen Signalerzeuger umfassen, beispielsweise ein Potentiometer,
welcher durch den Auslöser 54 bedienbar
ist.
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3 zeigt
einen Aufbau für
ein Element 50. Das Element 50 umfasst einen Schalter 60,
welcher mit einem Leiter 92 zur Steuerung des Beatmungsgerätes 20 verbunden
ist oder zum An- oder Ausschalten des Systems. Der Auslöser 54 ist
an einer Achse 100 befestigt, die mittels eines Zapfens
in dem Handgriff 52 angeordnet ist. Ein Hebel 102 erstreckt
sich von der Achse 100. Ein elektromagnetisches Stellglied 104 umfasst
einen Anker 106, welcher sich von einer Drahtspule in dem
Stellglied erstreckt. Die Drahtspule umgibt den Anker 106 und
ist mit dem Leiter 88 verbunden. Das freiliegende Ende
des Ankers 106 ist über
eine Feder 108 mit dem Hebel 102 verbunden, um
den taktilen Rückmeldungserzeuger 90,
der in 2 gezeigt ist, zu bilden.
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Wird
das Stellglied 104 durch das Rückmeldungssignal des Gerätes 20 in
dem Leiter 88 betätigt, wird
der Anker 106 in die Drahtspule in dem Stellglied 104 auf
die bekannte Weise eines Elektromagneten gezogen, wie dies durch
den Pfeil in 3 gezeigt ist. Diese Bewegung übt eine
Kraft auf das Ende des Hebels 102 aus, welcher dazu neigt,
das Rotieren des Auslösers 54 im
Uhrzeigersinn zu bewirken, wie dies auch in 3 gezeigt
ist. Wird das Element 50 in der Hand eines Bedieners gehalten,
wobei der Handgriff 52 in der Handfläche der Hand des Bedieners
liegt und wobei sich die Finger des Bedieners, wie in 1 gezeigt,
um den Auslöser 54 herum
erstrecken, wird die Kraft, welche die Rotation des Auslösers 54 im
Uhrzeigersinn erzwingt, als taktile Empfindung auf den inneren Oberflächen der
Finger des Bedieners wahrgenommen. Die Stärke dieser Empfindung wird
proportional zu dem Umfang der Stellbewegung des Kerns des Stellgliedes 104 sein
und demzufolge zu der Größe des Signals
in dem Leiter 88 und dem empfundenen Parameter. Die Wahrnehmung
für den
Klinikarzt oder für
den anderen Bediener wird deshalb ähnlich sein wie die beim Betätigen eines
Beatmungsbeutels, so dass der Bediener ein „Gefühl" für
die Beatmung, welche dem Patienten zur Verfügung gestellt wird, hat.
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Wie
oben erwähnt,
kann der Schalter 60 im Element 50 dazu benutzt
werden, um das Element 50 funktionsfähig zu machen oder außer Betrieb
zu setzen. Oder der Schalter 60 kann zum Betätigen des Gerätes 20 benutzt
werden, beispielsweise um ein vorherbestimmtes Volumen von Atemgas
zu dem Patienten zu liefern, welcher an das Beatmungsgerät angeschlossen
ist, über
eine bestimmte Zeitdauer. Oder der Schalter 60 kann dazu
benutzt werden, den Parameter auszuwählen, welcher auf taktile Weise angezeigt
werden soll. Beispielsweise kann der Schalter dazu benutzt werden,
um den Schaltkreis zu betätigen,
welcher sich im Element 50 oder im Gerät 20 befindet, um
das Atemvolumen VT als den zu überwachenden
Parameter auszuwählen,
für welchen
ein taktiler Ausdruck zur Verfügung
gestellt wird. Der Schalter 60 kann jeglichen Typs sein,
geeignet für
den gewünschten
Zweck, beispielsweise ein Dekadenschalter, ein Schiebeschalter oder
ein Drehschalter.
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In
einer weiteren Ausführungsform
des Elements 50 kann das Steuerungselement im Element 50 festgelegt
sein in so einer Weise, dass es betätigt werden kann, wenn der
Auslöser 54 in
das Element 52 eingeführt
wird, wenn der Bediener den Auslöser 54 drückt. Zu
diesem Zweck kann ein Drehschalter, beispielsweise wie Schalter 60a,
auf der Achse 100 angeordnet sein, wie in 3A gezeigt.
Wird der Auslöser 54 gedrückt durch
die Hand des Bedieners, bewegt sich der Auslöser gegen den Uhrzeigersinn, wie
in 3A gezeigt, zur Betätigung des Schalters.
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3B zeigt
eine weitere Abänderung
des Elements 50, in welcher der Schleifer des Potentiometers 110 mit
der Achse 100 verbunden ist. Das Potentiometer 110 stellt
ein Signal mit variabler Größe in den
Leitern 92 zur Verfügung,
welches proportional zu der Bewegung des Auslösers 54 ist. Dies
ermög licht
dem Element 50 einen veränderlichen Steuerungsvorgang
in dem Gerät 20 bereit
zu stellen.
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Bei
der Betätigung
des Elements 50, welches in 3B gezeigt
ist, wird das Element 50, wie oben beschrieben, in der
Hand des Benutzers angeordnet, wobei der Handgriff 52 in
der Handfläche
ruht und die Finger sich um den Auslöser 54 erstrecken. Der
Bediener drückt
den Auslöser 54.
Dies dreht den Auslöser 54 entgegen
dem Uhrzeigersinn, wenn der Auslöser
wie in 3B betrachtet wird. Dies dreht ebenfalls
die Achse 100 und den Schleifer des Potentiometers 110,
um ein Signal in den Leitern 92 dem Steuerungsschaltkreis
des Beatmungsgerätes 70 via Kabel 56 zur
Verfügung
zu stellen. Die Größe des Signals,
welches dem Schaltkreis 70 zur Verfügung gestellt wird, ist proportional
zu der Drehbewegung oder der Schwenkbewegung des Auslösers 54.
Der Steuerungsschaltkreis 70 betätigt den pneumatischen Schaltkreis 72 des
Beatmungsgerätes,
um einen Fluss von Atemgasen von dem Beatmungsgerät 20 in
den Einatmungsast 74 für
den Patienten bereit zu stellen.
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Der
Drucksensor 84 stellt ein Signal in dem Leiter 86 zur
Verfügung,
entsprechend dem Atemwegsdruck Paw in dem
Patientenast 80, welcher sich aus dem Atemgasfluss ergibt.
Dieses Signal wird über
das Kabel 56 und den Leiter 88 dem taktilen Rückmeldungserzeuger 90 bereitgestellt,
beispielsweise einem elektro-magnetischen Stellglied 104,
in dem Element 50. In der oben beschriebenen Weise betätigt dies
Stellglied 104, das den Auslöser 54 zwingt im Uhrzeigersinn
zu rotieren, entsprechend der Ansicht in 1. Eine
Kraft wird durch die Finger des Bedieners gefühlt, welche mit dem Auslöser 54 in Kontakt
stehen. Je größer der
Atemwegsdruck des Patienten Paw, desto größer wird
die Kraft durch den Bediener empfunden. Die Größe der taktilen Empfindung,
die der Bediener erfährt,
stellt somit eine Rückmeldungsanzeige
der Größe des Atemwegsdrucks des
Patienten Paw in der Weise eines Beatmungsbeutels
zur Verfügung.
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Um
die Einatmungsphase des Atmungszyklus zu beenden, lässt der
Bediener den Auslöser 54 los
und ermöglicht
es ihm, gegen den Uhrzeigersinn zu rotieren entsprechend der Ansicht
von 1. Dies reduziert die Größe des Signals in den Leitern 92 zu dem
elektrischen Steuerungsschaltkreis 70 des Be atmungsgeräts und veranlasst
den pneumatischen Schaltkreis 72 des Beatmungsgerätes die
Bereitstellung von Atemgasen zu dem Patienten zu beenden oder zu
reduzieren. Dieses ermöglicht
den Beginn der Ausatmungsphase des Atemzyklus. Während der Ausatmungsphase fallen
die Atemwegsdrücke des
Patienten. Dies wird die Größe des Signals
im Leiter 88 zum taktilen Rückmeldungserzeuger 90 reduzieren.
Dies wird entsprechend die Kraft, die das Stellglied 104 auf
den Auslöser 54 bewirkt,
reduzieren, so dass der Bediener ein taktiles Gefühl hat, dass
der Atemwegsdruck des Patienten sich vermindert hat. Falls gewünscht, kann
der Auslöser 54 nur teilweise
losgelassen werden, um einen positiven Abschlussausatmungsdruck
(PEEP) oder ein anderes gewünschtes
Beatmungsprotokoll in der Lunge des Patienten zur Verfügung zu
stellen.
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Anhand
der vorangegangenen Erklärung
ist hervorzuheben, dass das Element 50, welches in 3B gezeigt
ist, folglich in analoger Weise zu einem konventionellen Beutel,
welcher an einem Beatmungsgerät
bereitgestellt ist, funktioniert. Das heißt, durch Drücken des
Auslösers 54 kann
ein Klinikarzt Atemgase dem Patienten zuführen. Dies ähnelt dem manuellen Drücken des
Beatmungsbeutels. Der taktile Rückmeldungserzeuger 90 stellt
einen Widerstand oder eine Gegenkraft in dem Auslöser 54 zur Verfügung, welche
dem Widerstand und den Eigenschaften des Beatmungsbeutels entspricht,
die der Klinikarzt fühlt,
wenn er den Beutel betätigt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann das System der vorliegenden Erfindung so angeordnet
sein, durch geeignete Teile im Element 50 oder Gerät 20,
dass eine Flussrate von Atemgasen zu dem Patienten gebildet wird,
welche proportional zur Größe der Rotation
oder der Winkelverstellung des Auslösers 54 ist. Dies
kann erreicht werden durch lineare Verstärkungskomponenten im Steuerungserzeuger 94,
im elektronischen Steuerungsschaltkreis 70 des Beatmungsgeräts und/oder der
Pneumatik 72 des Beatmungsgeräts. Diese Ausführung stellt
für den
Klinikarzt einen einfachen Weg zur Verfügung, um sowohl die Flussrate
als auch das Volumen von Atemgas, welches dem Patienten zugeführt wird,
festzulegen. Das zugeführte
Volumen ist die Größe der Verstellung,
das heißt,
Flussrate multipliziert mit der Zeit, während der die Flussrate auftritt.
Da der Atemwegsdruck des Patienten und die taktile Rückmeldung
während
der Einatmung ansteigen, muss der Klinikarzt immer mehr Kraft auf
den Auslöser 54 ausüben, um
einen gegebenen Atemgasfluss aufrechtzuerhalten.
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Alternativ
kann die Atemgasflussrate auch proportional zu der Änderungsrate
der Verstellung des Auslösers 54 eingestellt
werden. Bei dieser Ausführung
wird die Atemgasflussrate für
den Patienten umso größer, je
schneller der Auslöser 54 bewegt wird.
Um einen Atemgasfluss für
den Patienten aufrecht zu erhalten, muss der Auslöser andauernd
bewegt werden. Diese Ausführungsform
ist direkt analog zu dem konventionellen Beatmungsbeutel. Das heißt, um einen
kontinuierlichen Fluss an Atemgasen von dem Beutel zu dem Patienten
zu erhalten, muss der Klinikarzt fortgesetzt den Beutel drücken. Hört der Klinikarzt
auf den Beutel zu drücken,
stoppt der Fluss an Atemgasen. Und weiter wie beim Beutel muss der
Klinkarzt den Auslöser 54 stärker drücken, um
einen bestimmten Fluss an Atemgasen zum Patienten aufrecht zu erhalten,
da sich der Atemwegsdruck des Patienten und die taktile Rückmeldung
als Ergebnis des Atemgasflusses zu den Lungen des Patienten erhöhen. Dieser
Vorgang entspricht ebenfalls dem eines Beutels.
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Um
diese Funktion zu erhalten, kann ein Differenzierer oder eine zeitabhängige Komponente
in Verbindung mit dem Signal im Leiter 92 benutzt werden.
Eine funktionsbereite Verstärkung
mit einer Kapazität
bei dem Eingang für
den Leiter 92 kann eingesetzt werden.
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Obwohl
das System der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde mit einem
Steuerungssignalerzeuger 90, um den Fluss oder das Volumen
von Atemgasen, die dem Patienten zugeführt werden, zu steuern, muss
hervorgehoben werden, dass dieses auch zur Steuerung des Druckes
von Atemgasen benutzt werden kann, falls diese Betriebsart des Beatmungsgerätes gewünscht wird.
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Durch
geeignete Schaltkreise/Software im Element 50 oder im Steuerungsschaltkreis 70 für das Beatmungsgerät kann die
Empfindlichkeit des Steuerungsvorganges, welcher durch den Steuerungssignalerzeuger 94 zur
Verfügung
gestellt wird, beispielsweise ein Potentiometer 110, und
des Rückmeldevorgangs,
welcher durch den taktilen Rückmeldungserzeuger 90 bereit
gestellt wird, geregelt werden. Regelbare Verstärker können zu diesem Zweck benutzt werden.
Dies ermöglicht
die Beatmung von Patienten mit unterschiedlicher Physiologie oder
Anatomie, beispielsweise von einem Patienten mit steifen, unnachgiebigen
Lungen oder einem pädiatrischen
Patienten, welcher ein sehr kleines Lungenvolumen besitzt. Die Empfindlichkeit
des Steuerungsvorganges, welcher ansprechend auf das Signal in den
Leitern 92 von dem Steuerungssignalerzeuger 94 ausgeführt wird,
kann unterschiedlich zu der Empfindlichkeit der taktilen Rückmeldung
sein, welche durch den taktilen Rückmeldungserzeuger 90 dem
Auslöser 54 zur
Verfügung
gestellt wird. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, wenn der
Patient ein Kleinkind ist, eine niedrige Empfindlichkeit des Steuerungssignalerzeugers 94 zu
haben, so dass ein großes
Eingabesignal für
den Steuerungsschaltkreis 70 eine relativ kleine Menge
an Beatmung, entsprechend den kleinen Lungen des Kleinkindes, zur
Verfügung
gestellt wird. Zur gleichen Zeit wird eine hohe Empfindlichkeit
im taktilen Rückmeldungserzeuger 90 zur Verfügung gestellt,
so dass ein relativ niedriger Atemswegsdruck eine relativ große taktile
Rückmeldungsantwort
erzeugt. Für
einen erwachsenen Patienten kann das Steuerungssignal 90 eine
hohe Empfindlichkeit aufweisen, um die Anstrengung des Bedieners
zu reduzieren, um die relativ große Menge an Atemgasen, die
erwachsenen Patienten benötigen, zu
bewegen. Die Möglichkeit
die Empfindlichkeit des taktilen Rückmeldungserzeugers und des
Steuerungssignalerzeugers einzustellen, ermöglicht das Festlegen eines
optimalen Verhältnisses
von Bedienereingabe und zugeführter
Beatmung für
einen bestimmten Patienten.
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Ebenso
kann durch geeignete Schaltkreise/Software die Empfindlichkeit des
Steuerungs- und des Rückmeldungsvorganges,
entweder einzeln oder auch von beiden zusammen, linear oder nichtlinear
oder mit einer Kombination davon im Betriebsbereich des Systems
eingestellt sein. Deshalb kann es wünschenswert sein, dass die
taktile Rückmeldungsempfindung,
die dem Bediener zur Verfügung gestellt
wird, ansteigt als eine Funktion des Atemwegsdrucks des Patienten,
um eine größere Empfindlichkeit
bei höheren
Drücken
bereit zu stellen.
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Während 3 die
Verwendung eines linearen Stellgliedes für Stellglied 104 zeigt,
kann es vorteilhaft sein, auch ein Drehstellglied, beispielsweise ein
e lektrischen Motor mit einem unbeweglichen Arm an der Ausgabeachse
zu benutzen, um die gewünschte
taktile Empfindungsanzeige bereitzustellen.
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Auch
können
vorzugsweise, während
die 3, 3A und 3B die
Verwendung eines elektromagnetischen Stellgliedes 104, 106 als
taktilen Rückmeldungserzeuger 90 zeigen,
andere Geräte
benutzt werden, falls dies gewünscht
wird. 4 zeigt die Benutzung eines Stellgliedes, welches
ein Fluid, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit verwendet. Zu diesem
Zweck enthält
Kabel 56 einen Schlauch 120 zum Befördern des
Fluids zu einem flüssigkeitsbetriebenen
Stellglied 122, beispielsweise zu einem Zylinder 124 mit
einem Kolben 126, welcher mit einer Kolbenstange 128 verbunden
ist. Die Kolbenstange 128 ist mit einer Feder 108 verbunden
in der gleichen Weise wie das Stellglied 106, welches in 3 gezeigt
ist. Der Schlauch 120 erhält ein unter Druck stehendes
Fluid, beispielsweise ein Gas, von dem Beatmungsgerät 20,
um das Stellglied 122 zu betätigen. Der Druck des bereitgestellten
Fluids ist proportional zu der Größe des überwachten Parameters. Oder
eine dehnbare Blase, die an dem Auslöser 54 anliegt, kann
als taktiler Rückmeldungserzeuger benutzt
werden. Steuerungssignalerzeuger 94 kann ebenfalls ein
mit einem Fluid betriebenes Gerät
sein, falls dies gewünscht
wird.
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Die 1 bis 3 zeigen
die Benutzung des Kabels 56, um Signale von dem Gerät 20 zu empfangen
und diesem bereitzustellen. Die elektrischen Signale können analog
sein, wie allgemein oben beschrieben. Oder die Signale können digital sein,
wobei in dem Fall der taktile Rückmeldungserzeuger 90 ein
digitaler Schrittmotor und der Steuerungssignalerzeuger 94 ein
digitales Messgetriebe sein kann.
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Die
notwendigen Signale zu und von dem Element 50 können auch
optisch zur Verfügung
gestellt werden, wobei in diesem Fall das Kabel 56 eine oder
mehrere optische Fasern umfasst. Fotoelektrische Geräte im Element 50 und
im Steuerungsschaltkreis 70 für das Beatmungsgerät sorgen
für die
Umwandlung von elektrischen und optischen Signalen. Oder eine optische
Verbindung kann unsichtbares Licht, beispielsweise infrarotes, benutzen,
um die notwendige Datenkommunikation zur Verfügung zu stellen, wobei in diesem
Fall das Kabel 56 weggelassen werden kann. Infrarotsensoren
und -empfänger können dabei
in einer solchen Ausführungsform
verwendet werden.
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Weiterhin
kann Element 50 auch mit dem Gerät 20 über eine
Funkkommunikationsverbindung verbunden sein, beispielsweise über eine
Telemetrieverbindung.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung bei der das Element 50 eine Anzeige 130 aufweist.
Die Anzeige 130 stellt eine visuell wahrnehmbare Anzeige
eines Rückmeldungsparameters
oder eines Steuerungsvorganges dar, ausgeführt durch das Gerät 20,
zur Verfügung.
Beispielsweise kann der Anzeige 130 die Größe des Atemwegsdruckes Paw anzeigen, die dem Element 50 im
Leiter 88 zurückgemeldet
wird. Oder die Anzeige 130 kann mit einem Bildschirm 30 im
Gerät 20 verbunden
sein, um eine grafische oder alphanumerische Anzeige von anderen
Informationen zur Verfügung
zu stellen. Der Drehschalter 132 kann dazu benutzt werden,
um die Informationen, die bei der Anzeige 130 angezeigt werden
sollen, auszuwählen
und/oder um bestimmte Einstellungen beim Gerät 20 vorzunehmen.
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Während das
System der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurde in Verbindung
mit einem Atmungsparameter, beispielsweise dem Atemwegsdruck Paw des Patienten können andere physiologische
Parameter auf taktile Weise durch das System der vorliegenden Erfindung
angezeigt werden. Beispielsweise kann ein Signal, entsprechend der Herzfrequenz
oder dem Puls des Patienten im Leiter 88 für den taktilen
Rückmeldungserzeuger 90 zur Verfügung gestellt
werden. Ein solches Signal umfasst eine Abfolge von elektrischen
Pulsen. Das Signal veranlasst den taktilen Rückmeldungserzeuger 90 ein
entsprechend starkes Pulsieren des Auslösers 54 zu bewirken
und taktile Anzeigen für
den Bediener des Systems der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
Die Empfindung entspricht einigermaßen dem Fühlen eines Pulses eines Patienten
an seinem/ihrem Handgelenk.
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Es
ist ebenfalls möglich,
taktile Anzeigen einer Vielzahl von Parametern bereitzustellen.
Beispielsweise kann eine taktile Rückmeldung der Herzfrequenz, umfassend
eine zeitliche Abfolge von Pulsen auf das Signal einer taktilen
Rückmeldung
des Atemwegsdrucks des Patienten aufgesetzt werden.
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Element 50 kann
mit einem Fuß 150 ausgestattet
sein, wie in 5 gezeigt. Der Fuß ermöglicht ein
Stehen des Elementes 50, wenn dieses auf einer flachen
Oberfläche
abgestellt wird. Der Fuß erstreckt sich
vorzugsweise über
den Auslöser 54,
um ein versehentliches Auslösen
des Elementes 50 und des Gerätes 20 zu verhindern,
falls das Element 50 umfallen sollte. Die Verbindung für das Kabel 56 kann
in dem Fuß 150 angeordnet
werden. Der Fuß 150 kann ebenfalls
eine Batterie enthalten, falls dies notwendig oder wünschenswert
ist für
die Bedienung des Fernbedienungs- und Rückmeldungssystems. Der Fuß 150 kann
ebenfalls einen Kühlkörper 152 mit
Lamellen enthalten, wie in 5 gezeigt,
um jegliche Wärme,
die von dem Stellglied 104 oder ähnlichen Bauteilen im Element 50 stammt,
zu reduzieren.
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Alternativ
kann ebenfalls eine Tasche an dem medizinischen Gerät angeordnet
werden, beispielsweise an dem Beatmungsgerät, in der Element 50 angeordnet
wird, wenn es nicht verwendet wird.
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Während das
Ferntaktilrückmeldungssystem der
vorliegenden Erfindung in einer Ausführungsform gezeigt wurde, in
der Element 50 in der Hand des Bedieners angeordnet ist,
ist das System darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann das
Element 50 so ausgeführt
sein, dass es an dem Handgelenk eines Bedieners angeordnet werden
kann, wie in 6 bei 160 mit einem
Mittel zur Kraftbereitstellung 162 gezeigt, wie beispielsweise
Stellglied 104-Anker 106, zur Ausübung von
Druck auf das Handgelenk des Bedieners.
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Element 50 der
vorliegenden Erfindung wurde in einer Ausführungsform gezeigt, bei der
Aspekte der taktilen Rückmeldung
und Steuerungsaspekte in einem einzigen Gerät angeordnet wurden, wie beispielsweise
Element 50. Jedoch ist es vorteilhaft, wenn der taktile
Rückmeldungserzeuger
und das Steuerungselement technisch voneinander getrennt sind. Beispielsweise
kann das Element 50, welches die taktile Rückmeldung
bereitstellt, in der Hand eines Bedieners gehalten werden, wohingegen
der Steuerungssignalerzeuger ein mittels Fuß, Sprache oder Auge betriebenes
Gerät umfasst.
Beispielsweise kann der Steuerungssignalerzeuger einen Fußschalter
oder einen Potentiometer umfassen. Weiterhin kann der Steuerungssignalerzeuger
ein druckbetriebenes Element, beispielsweise ein piezoelektrisches
Element 164, wie in 7 gezeigt,
umfassen, welches die Kraft erkennt, welche durch die Hand, die
Finger oder den Fuß des
Bedieners ausgeübt wird,
wohingegen das System oben beschrieben wurde mit einem Steuerungssignalerzeuger 94,
welcher ein verstellbares Element 164, beispielsweise einen
Auslöser 54 aufweist.
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8 zeigt
das System der vorliegenden Erfindung mit einem zusätzlichen
manuellen Element 50a. Element 50a ist im Allgemeinen
parallel zum Element 50 geschaltet, entweder durch eine
Verbindung mit dem Gerät 20 durch
ein Kabel 56a, wie in 8 gezeigt,
oder mit Element 50 selbst. Eine solche Anordnung kann
bei einer Einstellung zum Unterrichten benutzt werden. Beispielsweise
kann ein Lehrer das Element 50 betätigen und ein Student, welcher
das Element 50a hält,
kann ebenfalls die taktile Rückmeldung,
die aus dem Betrieb des medizinischen Apparates resultiert erfahren.
Oder der Student kann Element 50 bedienen und der Lehrer
kann seine oder ihre Vorgänge
anhand des Elementes 50a überwachen.
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Es
ist erkennbar, dass andere Äquivalente, Alternativen
und Änderungen
neben denen, die ausdrücklich
erwähnt
wurden, innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche möglich sind.