DE69532011T2 - Ausatmungsventil - Google Patents

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Douglas F. Yucaipa Devries
Michael J. Norco Cegielski
Warner V. Jr. Hemet Graves
Malcolm R. San Clemente Williams
Michael B. Riverside Holmes
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    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2230/00—Measuring parameters of the user
    • A61M2230/40—Respiratory characteristics
    • A61M2230/46—Resistance or compliance of the lungs

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein medizinische Geräte und insbesondere ein Ausatmungsventil zum Steuern des Ausatmungsgasflusses von einem Patienten.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • A. PRINZIPIEN DER MECHANISCHEN VENTILATION
  • In vielen klinischen Einrichtungen werden mechanische Ventilatoren verwendet, um den Atmungsfluss eines Gases in die Lungen von Patienten, die krank, verletzt oder betäubt sind, hinein und davon heraus zu ermöglichen.
  • Im allgemeinen stellen mechanische Ventilatoren einen wiederholten zyklischen Durchlauf eines Ventilationsflusses bereit, wobei jeder derartige wiederholte Zyklus in zwei Phasen aufgetrennt ist – eine Einatmungsphase gefolgt von einer Ausatmungsphase.
  • Die Einatmungsphase des Ventilatorzyklus ist durch die Bewegung eines Einatmungsflusses von Gas mit positivem Druck durch die Ventilatorschaltung und in die Lungen des Patienten gekennzeichnet. Die Ausatmungsphase des Ventilationszyklus ist durch das Aufhören des Einatmungsflusses mit positivem Druck, ausreichend lange, um zu ermöglichen, dass eine Lungenentleerung auftritt, gekennzeichnet. Das ausgeatmete Gas wird von der Ventilatorschaltung entlüftet, typischer Weise durch ein Ausatmungsventil. Bei einem Patienten, dessen Lungen und Thoraxmuskulatur eine normale Elastizität aufweisen, wird gewöhnlicher Weise ermöglicht, dass der Ausatmungsvorgang spontan ohne eine mechanische Unterstützung von dem Ventilator auftritt.
  • Es ist manchmal wünschenswert, den Luftwegdruck während einer Ausatmung zu steuern, um einen vorgegebenen Betrag eines positiven Rückdrucks während des gesamten oder einem Teil des Atmungszyklus aufrechtzuerhalten. Derartige Techniken werden oft verwendet, um Beschädigungen der Lungenkapazität als Folge von pulmonärer Atelectasi oder anderen Faktoren zu behandeln.
  • Die mechanischen Ventilatoren des Standes der Technik sind in verschiedene Klassifikationsschemata auf Grundlage von verschiedenen Kriterien gruppiert worden. Im allgemeinen können mechanische Ventilatoren in Übereinstimmung mit dem Parameter (den Parametern), der (die) für eine a) Triggerung, b) Begrenzung und c) Beendigung (z. B. ein zyklisches Durchlaufen) der Einatmungsphase des Ventilatorzyklus verwendet wird (werden), gruppiert oder klassifiziert werden.
  • Eine "Triggerung" ist der Vorgang, der die Einatmungsphase des Ventilatorzyklus initiiert. Die Initiierung der Einatmungsphase kann durch den Ventilator oder den Patienten getriggert werden. Die Variablen und/oder Parameter, die verwendet werden, um den Beginn der Einatmungsphase zu triggern, umfassen: die Zeit (d. h. die Atmungsrate), den Beginn einer spontanen Einatmung durch den Patienten und/oder Kombinationen davon.
  • Eine "Begrenzung" der Einatmungsphase bezieht sich auf die Vorgehensweise, mit der der Einatmungsgasfluss innerhalb vorgeschriebener Bereiche aufrechterhalten wird, um die Ventilation der Lungen des Patienten zu optimieren. Die begrenzenden Variablen und/oder Parameter werden typischer Weise durch den Ventilator gesteuert, können sich aber als Folge von Anstrengungen des Patienten und/oder physiologischen Variablen, wie der Lungenelastizität und dem Luftwegwiderstand, ändern. Die Variablen und/oder Parameter, die zum Begrenzen der Einatmungsphase verwendet werden, umfassen eine Flussrate, einen Luftwegdruck und ein zugeführtes Volumen.
  • Eine "Beendigung" oder ein "typischer Durchlauf" der Einatmungsphase des Ventilatorzyklus bezieht sich auf den Punkt, an dem der Einatmungsfluss gestoppt wird und dem Ventilator und/oder dem Patienten ermöglicht wird, in die Ausatmungsphase "zyklisch überzugehen". In Abhängigkeit von den Ventilatorsteuereinstellungen kann der Abschluss der Einatmungsphase durch den Ventilator oder den Patienten hervorgebracht werden. Die Variablen und/oder Parameter, die zum Beenden der Einatmungsphase verwendet werden, umfassen: die Zeit; einen Spitzenluftwegdruck; und/oder ein Tidenvolumen (Vt).
  • B. MECHANISCHE VENTILATIONSMODEN, DIE IN DER MODERNEN KLINISCHEN PRAXIS VERWENDET WERDEN
  • Zusätzlich werden mechanische Ventilatoren verwendet, um verschiedene "Moden" einer mechanische Ventilation zuzuführen, wobei der bestimmte Ventilationsmodus auf Grundlage der klinischen Bedingung des Patienten und des Gesamtziels (d. h. einer Langzeit-Ventilation, einer Kurzzeit-Ventilation, eine Abhängigkeit von dem Ventilator, etc., ...) gewählt oder vorgeschrieben wird.
  • I. VENTILATIONSMODEN:
  • i. INTERMITTIERENDE ZWANGSVENTILATION (IMV)
  • Eine intermittierende Zwangsventilation ist ein Ventilationsmodus, bei dem ein spontan atmender Patient eine intermittierende mechanische Aufblasung empfängt, die asynchron von dem Ventilator zugeführt wird.
  • ii. SYNCHRONISIERTE INTERMITTIERENDE ZWANGSVENTILATION (SMIV)
  • Eine synchronisierte Intermittierende Zwangsventilation ist ein Ventilationsmodus, bei dem ein spontan atmender Patient gelegentliche Zwangsventilierungs-Atemzüge empfängt. Zwangsventilator-Atemzüge werden mit den spontanen Einatmungsanstrengungen des Patienten synchronisiert.
  • iii. GESTEUERTE MECHANISCHE VENTILATION (CMV)
  • Eine gesteuerte mechanische Ventilation (CMV) ist ein Ventilationsmodus, bei dem mechanische Atemzüge an den Patienten zu Zeitintervallen geliefert werden, die von Patienten-Anstrengungen unbeeinflusst sind. Eine gesteuerte mechanische Ventilation wird typischerweise bei Patienten verwendet, die nicht spontan atmen.
  • iv. UNTERSTÜTZUNG/STEUERUNG EINER VENTILATION (A/C)
  • Eine Unterstützung/Steuerung einer Ventilation (A/C) ist ein Ventilationsmodus, bei dem der Patient in der Lage ist, freiwillig die Frequenz der Zwangsventilator-Atemzüge, die empfangen werden, zu verändern, aber den Fluss und das Tidenvolumen (Vt) jedes Ventilator-Atemzugs, der empfangen wird, nicht verändern kann. Gesteuerte Zwangsatemzüge werden durch den Ventilator auf Grundlage der eingestellten Atemzugrate initiiert. Zusätzlich kann der Patient einen Unterstützungsatemzug anfordern und triggern. Nach einer erfolgreichen Triggerung eines Unterstützungsatemzugs wird das Ausatmungsventil geschlossen und Gas wird an den Patienten geliefert, um das voreingestellte Tidenvolumen, den Spitzenfluss und die Wellenform zu erfüllen.
  • C. ATEMZUG-TYPEN, DIE IN DER MODEREN KLINISCHEN PRAXIS VERWENDET WERDEN
  • Atemzug-Typen werden typischer Weise in Übereinstimmung mit den bestimmten Funktionen klassifiziert, die Folgendes steuern:
    • a) eine Triggerung;
    • b) eine Begrenzung; und
    • c) ein zyklisches Durchlaufen jedes Atemzugs, der von dem mechanische Ventilator zugeführt wird, wie voranstehend beschrieben und definiert.
  • Typische Atemzug-Typen und Ventilator-Parameter, die in der modernen klinischen Praxis verwendet werden, umfassen die folgenden:
  • i. MASCHINENZYKLUS-ZWANGSATEMZUG
  • Ein Maschinenzyklus-Zwangsatemzug ist ein Atemzug, der von dem Ventilator getriggert, begrenzt und zyklisch durchlaufen wird.
  • ii. MASCHINENZYKLUS-HILFSATEMZUG
  • Ein Maschinenzyklus-Hilfsatemzug ist ein Atemzug, der von dem Patienten getriggert wird, aber von dem Ventilator begrenzt und zyklisch durchlaufen wird.
  • iii. PATIENTENZYKLUS-UNTERSTÜTZUNGSATEMZUG
  • Ein Patientenzyklus-Unterstützungsatemzug ist ein Atemzug, der von dem Patienten getriggert wird, von dem Ventilator begrenzt wird, und von dem Patientenzyklus durchlaufen wird.
  • iv. PATIENTENZYKLUS-SPONTANATEMZUG
  • Ein Patientenzyklus-Spontanatemzug ist ein Atemzug, der von dem Patienten getriggert, begrenzt und zyklisch durchlaufen wird. Während eine Patientenanstrengung den Fluss begrenzt, und somit das Einatmungsvolumen des Atemzugs, kann der Ventilator auch den Atemzug begrenzen, indem ein Fluss bereitgestellt wird, der zu niedrig ist, um im Hinblick auf den Einatmungsbedarf des Patienten einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten.
  • v. VOLUMEN-GESTEUERTE ZWANGSATEMZÜGE
  • Volumen-gesteuerte Atemzüge sind von einer Maschine getriggerte Zwangsatemzüge. Die Einatmungsphase wird durch den Ventilator auf Grundlage einer voreingestellten Atemzugrate initiiert. Die Einatmungsphase wird beendet und die Ausatmungsphase begonnen, wenn auf Grundlage eines voreingestellten Tidenvolumens, eines Spitzenflusses und einer Wellenformeinstellung bestimmt wird, dass die Atemzugzuführung abgeschlossen ist. Der Ventilator bleibt in der Ausatmungsphase, bis die nächste Einatmungsphase beginnt.
  • vi. VOLUMEN-GESTEUERTE-HILFSATEMZÜGE
  • Volumen-gesteuerte Atemzüge sind von einer Maschine zyklisch unterstützte Atemzüge, die von dem Patienten initiiert werden. Volumen-gesteuerte Hilfsatemzüge können nur dann initiiert werden, wenn das "Hilfsfenster" offen ist. Das "Hilfsfenster" ist das Intervall oder die Zeit, während dem/der der Ventilator programmiert ist, um einen Einatmungsfluss für den Zweck einer Erfassung der Einatmungsanstrengungen des Patienten zu überwachen. Wenn ein Ventilator-Atemzug getriggert wird, wird die Einatmungsphase eines derartigen Atemzugs fortgesetzt werden, bis ein voreingestellter Tidenvolumen-Spitzenfluss und eine Wellenform erzielt worden sind. Danach wird das Ausatmungsventil geöffnet, um zu ermöglichen, dass die Ausatmungsphase auftritt. Der Ventilator bleibt in der Ausatmungsphase, bis der nächste vom Patienten getriggerte Atemzug oder nächsten Zwangseinatmungsphase beginnt.
  • vii. DRUCK-GESTEUERTE ATEMZÜGE
  • Druck-gesteuerte Atemzüge werden von dem Ventilator-Unterdruck als die Hauptvariable zum Begrenzen der Einatmungsphase geliefert. Während einer Drucksteuerung werden sowohl der Zieldruck als auch die Einatmungszeit eingestellt, und das von dem Ventilator zugeführte Tidenvolumen ist eine Funktion von diesen Druck- und Zeiteinstellungen. Das tatsächliche Tidenvolumen, das in jedem Druck-gesteuerten Atemzug zugeführt wird, wird stark von der Patientenphysiologie beeinflusst.
  • viii. DRUCKUNTERSTÜTZUNGS-ATEMZÜGE
  • Druckunterstützungs-Atemzüge werden von dem Patienten getriggert, von dem Ventilator begrenzt, und von dem Patienten zyklisch durchlaufen. Somit wird jeder Atemzug durch Einatmungsanstrengungen des Patienten getriggert, sobald aber eine derartige Triggerung auftritt, wird der Ventilator sicherstellen, dass ein vorgegebener Luftwegdruck durch die Einatmungsphase aufrechterhalten wird. Die Einatmungsphase endet und die Ausatmungsphase beginnt, wenn der Einatmungsfluss des Patienten auf einen voreingestellten Basislinienpegel abgesunken ist.
  • ix. SÄUFZER-ATEMZÜGE
  • Ein Säufzer-Atemzug ist ein von einer Maschine getriggerter und zyklisch durchlaufener, vom Volumen gesteuerter Zwangsatemzug, der typischer Weise gleich zu 1,5 Mal der gegenwärtigen Tidenvolumeneinstellung ist. Die Einatmungsphase jedes Säufzer-Atemzugs liefert ein voreingestelltes Tidenvolumen und einen Spitzenfluss. Die Dauer der Einatmungsphase jedes Säufzer-Atemzugs ist auf eine maximale Zeitperiode, typischer Weise 5,5 Sekunden, begrenzt. Der Ventilator kann eingestellt werden, um automatisch nach einer bestimmten Anzahl von Atemzügen oder einem bestimmten Zeitintervall (typischer Weise 100 Atemzüge für jeweils 7 Minuten), je nachdem, welches Intervall kürzer ist, eine Säufzer-Funktion zuzuführen. Die Säufzer-Atemzug-Funktion kann während einem Steuer-, Hilfs-, und SIMV-Betriebsmodus verwendet werden, und wird typischer Weise im Zusammenhang mit Druck-gesteuerten Atemzugtypen oder einem kontinuierlichen positivem Luftwegdruck (CPAP) aktiviert oder nicht verwendet werden.
  • x. PROPORTIONALE HILFSVENTILATION (PAV)
  • Eine proportionale Hilfsventilation (PAV) ist ein Typ eines Ventilator-Atemzugs, bei dem der Ventilator einfach die spontane Einatmungsanstrengung des Patienten verstärkt, während dem Patienten ermöglicht wird, in vollständiger Steuerung des Tidenvolumens, der Zeitdauer und des Flussmusters jedes Atemzugs, der empfangen wird, zu bleiben.
  • xi. VOLUMENSICHERUNGS-DRUCKUNTERSTÜTZNG (VAPS)
  • Eine Volumensicherungs-Druckunterstützung (VAPS) ist ein Typ von Ventilator-Atemzugzug, bei dem eine Atemzuginitiierung und Zuführung ähnlich wie einem Druckunterstützungs-Atemzug ist. Zusätzlich wird der Ventilator programmiert, um sicherzustellen, dass ein vorgewähltes Tidenvolumen (Vt) während eines derartigen spontan initiierten Atemzugs geliefert wird.
  • D. SAUERSTOFFANREICHERUNG DES EINATMUNGSFLUSSES
  • Für mechanische Ventilatoren ist es manchmal wünschenswert, mit einer Sauerstoff Luft-Mischvorrichtung für eine Sauerstoffanreichung des Einatmungsflusses ausgerüstet zu sein. Die normale Raumluft weist einen Sauerstoffgehalt (FiO2) von 21% auf. In der klinischen Praxis ist es oft wünschenswert, Patienten mit Sauerstoff FiO2 von 21% bis 100% zu ventilieren. Somit ist es wünschenswert, dass mechanische Ventilatoren Systeme zum Mischen von spezifischen Sauerstoffbeträgen mit der Umgebungsluft beinhalten, um einen vorgeschriebenen, mit Sauerstoff angereicherten FiO2 bereitzustellen. Typischer Weise sind Volumenzyklus-Ventilatoren, die eine Volumenverdrängungsvorrichtung verwenden, mit Sauerstoffmischmechanismen ausgerüstet worden, mit denen komprimierter Sauerstoff mit Umgebungsluft kombiniert wird, um das gewählte FiO2 zu erzeugen, wenn beide Gase in die Verdrängungskammer während der Ausatmungsphase des Ventilatorzyklus gezogen werden. Volumenzyklus-Ventilatoren des Nicht-Manschetten-Typs haben andere Luft-Sauerstoff Mischsysteme zum Mischen der gewünschten relativen Sauerstoff- und Luftvolumen und zum Zuführen einer derartigen Sauerstoff-Luft-Mischung durch die Einatmungs-Schaltungsanordnung des Ventilators beinhaltet.
  • E. REGELUNG/STEUERUNG DES ATMUNGSDRUCKS
  • Der Stand der Technik hat getrennt steuerbare Ausatmungsventile enthalten, die voreingestellt werden können, um bestimmte Muster oder Beträge eines Ausatmungsrückdrucks auszuüben, wenn ein derartiger Rückdruck gewünscht wird, um eine Atelectasi zu verhindern oder ansonsten die Ventilation des Patienten zu verbessern.
  • Die folgenden sind Beispiele von Ausatmungsdruckmoden, die in der klinischen Praxis häufig verwendet werden:
  • i. KONTINUIERLICHER POSITIVER LUFTWEGDRUCK (CPAP)
  • Ein Kontinuierlicher Positiver Luftwegdruck (CPAP) wird während Perioden einer spontanen Atmung durch den Patienten verwendet. Dieser Ventilationsmodus ist durch die Aufrechterhaltung eines kontinuierlich positiven Luftwegdrucks sowohl während der Einatmungsphase als auch der Ausatmungsphase des spontanen Atmungszyklus des Patienten gekennzeichnet.
  • ii. POSITIVER ENDAUSATMUNGSDRUCK (PEEP)
  • Bei dem Positiven Endausatmungsdruck wird ein vorgegebener Pegel eines positiven Drucks in dem Luftweg an dem Ende der Ausatmungsphase des Zyklus aufrechterhalten. Typischer Weise wird dies durch Steuern des Ausatmungsventils erreicht, so dass das Ausatmungsventil nur offen sein kann, bis der Schaltungsdruck auf einen vorgewählten positiven Pegel abgenommen hat, wobei an diesem Punkt sich das Ausatmungsventil wieder schließt, um den vorgewählten positiven Endausatmungsdruck (PEEP) aufrechtzuerhalten.
  • F. TRAGBARE VENTILATOREN DES STANDES DER TECHNIK
  • Der Stand der Technik hat einige nicht-komplexe tragbare Ventilatoren umfasst, die inhärente Beschränkungen hinsichtlich der Anzahl und des Typs von Variablen und/oder Parametern aufweisen, die zum Triggern, Begrenzen und/oder Beenden des Ventilatorzyklus verwendet werden können. Obwohl derartige Nicht-komplexe-Ventilatoren des Standes der Technik oft ausreichend energieeffizient und klein genug für eine tragbare Verwendung sind, machen ihre funktionalen Beschränkungen diese typischer Weise für eine Langzeitventilation oder eine Zuführung von komplexen Ventilationsmoden und/oder Atmungszug-Typen ungeeignet.
  • Der Stand der Technik hat auch nicht-tagbare, komplexe mikroprozessorgesteuerte Ventilatoren des Typs umfasst, die gewöhnlicher Weise in Krankenhaus-Intensivstationen verwendet wird. Derartige Ventilatoren beinhalten typischer Weise einen Mikrocomputer-Controller, der in der Lage ist, programmiert zu werden, um verschiedene unterschiedliche Variablen und/oder Parameter für eine Triggerung, Begrenzung und Beendung der Einatmungsphase des Ventilatorzyklus zu verwenden. Komplexe Ventilatoren dieses Typs sind typischer Weise in der Lage, viele unterschiedliche Ventilationsmoden und/oder Atmungszug-Typen zuzuführen und sind selektiv betreibbar in verschiedenen Volumenzyklus-, Druckzyklus- oder Zeitzyklus-Moden. Jedoch sind diese komplexen Ventilatoren des Standes der Technik typischer Weise in der Größe viel zu groß und hinsichtlich der Energie zu ineffizient für eine batteriebetriebene tragbare Verwendung gewesen. Als Folge dieser Faktoren sind die meisten der komplexen, mikroprozessorgesteuerten Ventilatoren des Standes der Technik nur zur Verwendung in Krankenhaus-Intensivstationen brauchbar.
  • Wie altbekannt ist, gibt es zahlreiche Einrichtungen, abgesehen von Krankenhaus-Intensivstationen, in denen Patienten von der Verfügbarkeit von kleinen, batteriebetriebenen, komplexen mikroprozessorgesteuerten, mechanischen Ventilatoren, die erweiterte Ventilationsmoden zuführen können, profitieren könnten. Zum Beispiel benötigen kritisch kranke Patienten manchmal einen Transport außerhalb des Krankenhauses in verschiedenen Transportfahrzeugen, wie Krankenwägen und Helikopter. Ferner werden Intensivpatienten manchmal transient bewegt, innerhalb des Krankenhauses, von der Intensivstation an verschiedene Spezialprozedurgebiete (z. B. Radiologieabteilung, Notfallraum, Katheterlabor, etc.), an denen sie diagnostische oder therapeutische Prozeduren durchlaufen können, die in der Intensivstation nicht verfügbar sind. Zusätzlich sind Patienten, die eine Langzeitventilation erfordern, nicht immer Kandidaten für eine Aufnahme in Krankenhaus-Intensivstationen oder können an abgestufte Einheiten oder Einrichtungen für eine verlängerte Pflege abgegeben werden. Manchmal können einige sich nicht im Krankenhaus befindliche Patienten eine kontinuierliche oder intermittierende Ventilationsunterstützung erfordern. Viele von diesen Patienten könnten einen Nutzen aus der Verwendung von komplexen mikroprozessorgesteuerten Ventilatoren ziehen, können aber unter Umständen nicht in der Lage sein, einen derartigen Nutzen als Folge der fehlenden Verfügbarkeit einer Verwendung von derartigen Ventilatoren außerhalb der Umgebung der Krankenhaus-Intensivstation zu erhalten.
  • Im Hinblick auf die voranstehenden Beschränkungen hinsichtlich der Verwendbarkeit von herkömmlichen komplexen mikroprozessorgesteuerten Volumenzyklus-Ventilatoren besteht in dem technischen Gebiet ein wesentlicher Bedarf für die Entwicklung eines tragbaren, höchst effizienten Ventilators, der eine programmierte Zuführung von verschiedenen modernen Ventilationsmoden und Atemzug-Typen durchführen kann, während er auch außerhalb der Umgebung der Krankenhaus-Intensivstation, beispielsweise in Transportfahrzeugen, Einrichtungen mit einer verringerten Pflege und in Privateinrichtungen von Patienten etc. verwendet werden kann.
  • Das United States-Patent Nr. 4,493,614 (Chu et al.), mit dem Titel "PUMP FOR A PORTABLE VENTILATOR" beschreibt eine Pumpe mit einem sich hin- und herbewegenden Kolben, der angeblich in einem tragbaren Ventilator verwendbar ist, der nur mit einer internen oder externen Batterieenergie arbeiten kann.
  • Das United States-Patent Nr. 4,957,107 (Sipin), mit dem Titel "GAS DELIVERY MEANS" beschreibt ein Gaszuführungssystem mit einem Drehschlepp-Kompressor, der offensichtlich klein genug ist, um in einem tragbaren Ventilator verwendet zu werden. Das in dem U.S.-Patent Nr. 4,957,107 beschriebene System verwendet einen Hochgeschwindigkeits-Drehkompressor, der einen im wesentlichen konstanten Fluss von komprimiertem Gas liefert. Der Drehkompressor wird am Beginn und Ende jeder Einatmungsphase des Ventilatorzyklus nicht beschleunigt und abgebremst. Anstelle davon läuft der Drehkompressor kontinuierlich und ein Umleitungsventil wird verwendet, um den Ausfluss des Kompressors alternierend a) in die Lungen des Patienten während der Einatmungsphase des Ventilationszyklus, und b) durch einen Auslasspfad während der Ausatmungsphase des Ventilationszyklus zu richten.
  • Somit bleibt ein wesentlicher Bedarf für die Entwicklung eines verbesserten tragbaren mechanischen Ventilators, der die folgenden Merkmale beinhaltet:
    • A. In der Lage über erweiterte Perioden (d. h. wenigstens 2½ Stunden) unter Verwendung einer einzeln tragbaren Batterie oder eines Batteriepakets als die einzige Energiequelle zu arbeiten;
    • B. Programmierbar zur Verwendung in den unterschiedlichen Ventilationsmoden, wie den voranstehend beschriebenen IMV, SMV, CMV, PAV, A/C und VPAS.
    • C. Verwendbar, um Patienten mit einer nicht-intubierten Maske sowie intubierte Patienten zu ventilieren.
    • D. Eine Sauerstoffmischmöglichkeit zum Zuführen eines mit Sauerstoff angereicherten Einatmungsflusses.
    • E. In der Lage, einen gesteuerten Ausatmungsrückdruck CPAP oder PEEP bereitzustellen.
    • F. Tragbar, z. B. kleiner als 34 lbs.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung spricht insbesondere die voranstehend angegebenen Unzulänglichkeiten und Bedürfnisse des Standes der Technik an, indem ein Ausatmungsventil bereitgestellt wird, wie im Anspruch 1 definiert.
  • Ein Druckwandler überwacht den Luftwegdruck während einer Ausatmung, wobei der Ausgang davon von dem Controller verwendet wird, um das Ventilsystem einzustellen, um einen gewünschten Luftweg-Druck aufrechtzuerhalten.
  • Zusätzlich ist ein Ausatmungsfluss-Wandler vorhanden sein, um einen Patienten-Ausatmungsfluss für eine Bestimmung eines ausgeatmeten Volumens und einer gewünschten Triggerung eines Einatmungsflusses genau zu messen. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Ausatmungsflusswandler einstückig bzw. integral mit dem Ausatmungsventil gebildet. Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet werden jedoch erkennen, dass dieser eine getrennte Komponente sein kann, die in das System einfügbar ist. Um eine Wandlerbetriebsverhalten-Genauigkeit sicherzustellen, werden die bestimmten Betriebscharakteristiken jedes Flusswandlers innerhalb einem Funkfrequenz-Transponder, der innerhalb des Ausatmungsventils angebracht ist, um die spezifische Kalibrierungsinformation für den Ausatmungsfluss-Wandler an den Controller zu übertragen. Ferner ist die bestimmte Konstruktion und die Anbringung des Flusswandlers innerhalb des Ausatmungsventils spezifisch dafür ausgelegt, um Herstellungsungenauigkeiten zu minimieren.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet näher nach einem Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und im Zusammenhang mit einer Betrachtung der beiliegenden Zeichnungen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Figuren zeigen:
  • 1 ein grundlegendes schematisches Diagramm eines bevorzugten Ventilatorsystems under Gebrauch der vorliegenden Erfindung, umfassend: a) eine Drehkompressor-Ventilatoreinrichtung, b) eine optionale Luft-Sauerstoff Mischvorrichtung; und c) ein steuerbares Ausatmungsventil nach der Erfindung, und d) einen programmierbaren Controller oder eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), die arbeitet, um die Funktion des Ventilators, der Sauerstoff Mischvorrichtung und des Ausatmungsventils zu steuern und zu koordinieren;
  • 2 ein ausführliches schematisches Diagramm eines Ventilatorsystems,
  • 3 eine Vorderansicht des Steuerfelds eines bevorzugten Ventilatorsystems;
  • 4 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Schlepp-Kompressorvorrichtung, die in das Ventilatorsystem eingebaut werden kann;
  • 5 ein Längsquerschnitt durch die Schnittlinie 5-5 der 4;
  • 6 eine vergrößerte Ansicht eines Segments der 5;
  • 7 eine vergrößerte Ansicht eines Segments der 6;
  • 8 einen Aufriss einer bevorzugten Schlepp-Kompressorkomponente einer mechanischen Ventilatoreinrichtung;
  • 9 eine perspektivische Ansicht der Schlepp-Kompressorkomponente der 8;
  • 10 eine vergrößerte Ansicht eines Segments der 9;
  • 11a einen Längsquerschnitt eines bevorzugten Ausatmungsventils der vorliegenden Erfindung;
  • 11b eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Spinnenwickelkörperkomponente des Ausatmungsventils, das in 11a gezeigt ist;
  • 11c eine perspektivische Explosionsansicht eines Abschnitts des Ausatmungsventils der 11a;
  • 11d eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Ausatmungsventils, das in 11c gezeigt ist;
  • 11e eine perspektivische Explosionsansicht der bevorzugten Flusseinschränkungs-Klappenkomponente des Ausatmungsventils, das in den 11a–11d gezeigt ist; und
  • 12 ein graphisches Beispiel des Flusses über der Geschwindigkeit über Druckdaten, die für ein bevorzugtes Ausatmungsventil der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, begleitet von einem Ausatmungsventil-Charakterisierungsalgorithmus, der davon berechnet wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die folgende ausführliche Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen sind für die Zwecke einer Beschreibung und Illustration einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen und sind nicht dafür gedacht, um sämtliche Ausführungsformen zu beschreiben, auf die die praktische Umsetzung der Erfindung reduziert werden kann. Demzufolge sind die folgende ausführliche Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen nicht als Beschränkungen für den Umfang der beigefügten Ansprüche gedacht.
  • A. ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN VENTILATORSYSTEMS
  • Unter Bezugnahme auf die 1–2 umfasst ein mechanisches Ventilationssystem 10 allgemein: a) einen programmierbaren Mikroprozessor-Controller 12, b) eine Ventilatoreinrichtung 14, c) eine optionale Sauerstoff-Mischvorrichtung 16, und d) eine Ausatmungsventilvorrichtung 18 nach der vorliegenden Erfindung. Sie ist vorzugsweise als ein tragbares batteriebetriebenes System implementiert sind.
  • Die Ventilatoreinrichtung 14 beinhaltet einen Drehschlepp-Kompressor 30, der von einem elektrischen Motor 102 angetrieben wird. Im Ansprechen auf Steuersignale, die von dem Controller 12 empfangen werden, wird ein mit Schaufeln bzw. Blättern versehener Rotor innerhalb des Kompressors 30 eine Drehung für spezifisch gesteuerte Zeitperioden und/oder innerhalb spezifisch gesteuerter Parameter durchlaufen, um so einen Einatmungsgasfluss durch die Leitung 22 zu dem Patienten PT bereitzustellen.
  • Der Controller 12 umfasst einen programmierbaren Mikroprozessor, der elektrisch gekoppelt ist mit a) der Ventilatoreinrichtung 14 über eine Steuerleitung 13, b) der optionalen Sauerstoff-Mischvorrichtung 16 mit Hilfe der Steuerleitung 17, und c) dem Ausatmungsventil 18 mit Hilfe der Steuerleitung 19 und auch durch eine HF-Kommunikation zwischen dem Flusswandler-Transponder (21) und dem Sender/Empfänger (23). Vorzugsweise eingebaut in das Ausatmungsventil 18, wie nachstehend noch mit näheren Einzelheiten beschrieben wird.
  • Der Controller 12 ist vorzugsweise programmiert, um gewählte Parameter (z. B. Zeit, Flussrate, Tidenvolumen (Vt), Luftweg-Druck, spontane Atemzug-Initiierung, etc.) für eine Triggerung, Begrenzung ein zyklisches Durchlaufen des Einatmungsflusses in Übereinstimmung mit dem gewählten Ventilationsmodus oder Atemzug-Typ zu verwenden.
  • Am Ende jedes Einatmungsfluss-Zyklus wird dem Patienten PT ermöglicht, durch das Ausatmungsventil 18 auszuatmen. Die Flussrate oder der Druck des Ausatmungsflusses durch das Ausatmungsventil 18 wird durch Verändern des Grads einer Flusseinschränkung innerhalb des Ausatmungsventils 18, im Ansprechen auf Steuersignale, die durch die Leitung 19 von dem Controller 12 empfangen werden, gesteuert. Dies ermöglicht, dass das Ausatmungsventil 18 verwendet wird, um einen gewählten Ausatmungsrückdruck (z. B. CPAP, PEEP) zu erzeugen.
  • Die optionale Sauerstoff-Mischvorrichtung 16 kann verwendet werden, um dem Sauerstoffgehalt des Einatmungsgasflusses, der von der Schlepp-Kompressor-Ventilatoreinrichtung 14 bereitgestellt wird, anzureichern. Die bevorzugte Sauerstoff-Mischvorrichtung 16 umfasst eine Vielzahl von (vorzugsweise fünf (5)) Solenoidventilen 52, die jeweils eine spezifisch bemessene Flusseinschränkungsöffnung aufweisen. Die Solenoidventile 52 sind parallel zwischen einer Sauerstoff Einflussrohrleitung 26 und einer Sauerstoff-Ausflussrohrleitung 28 angeordnet. Der Controller 12 ist programmiert, um die einzelnen Solenoidventile 52 für spezifische Zeitperioden zu öffnen und zu schließen, um so einen abgemessenen Fluss von Sauerstoff durch die Sauerstoff-Ausflussrohrleitung 28 und in den Akkumulator 54 hinein bereitzustellen. Umgebungsluft wird durch den Durchgang 24 und den Filter 50 in den Akkumulator 54 hineingezogen, wo die Umgebungsluft mit dem abgemessenen Einfluss von Sauerstoff kombiniert wird, um einen mit Sauerstoff angereicherten Einatmungsfluss bereitzustellen, der eine vorgeschriebene Sauerstoffkonzentration (FIO2) enthält.
  • Die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform des Systems 10 wird arbeiten, wenn sie mit einem Spannungseingang versorgt wird, der innerhalb des Bereichs von 85–264 VAC bei 50/60 Hz liegt.
  • Ein AC-Energiekabel ist vorzugsweise mit dem System 10 verbindbar, um eine AC-Energieeingabe bereitzustellen.
  • Zusätzlich umfasst das System vorzugsweise eine interne Batterie, die einen Betrieb von wenigstens 15 Minuten und vorzugsweise 30 Minuten bereitstellen kann. Während des Betriebs mit der internen Batterie können einige nicht-wesentliche Anzeigen gedimmt oder von dem Controller 12 abgeschaltet werden. Die interne Batterie ist vorzugsweise in der Lage, durch eine AC-Energieeingabe, die durch das AC-Energiekabel bereitgestellt wird, oder durch ein getrenntes Batterieladegerät neu aufgeladen zu werden. Die interne Batterie ist vorzugsweise in der Lage, vollständig von einem nicht geladenen Zustand innerhalb von 24 Stunden aufgeladen zu werden. Das Ladungslicht 306 für die interne Batterie, das auf dem Feld des bevorzugten Controllers 12a angezeigt wird, kann zusätzlich, wenn dies gewünscht ist, während des Ladevorgangs der internen Batterie aufblinken bzw. aufleuchten.
  • Ferner kann das System eine externe Batterie oder einen Batteriesatz umfassen, der in der Lage ist, einen Betrieb von wenigstens 2 Stunden bereitzustellen, und vorzugsweise in der Lage ist, einen Betrieb von 4 bis 8 Stunden bereitzustellen. Während der Verwendung einer externen Batterie können von dem Controller 12 einige nicht-wesentliche Anzeigen gedimmt oder abgeschaltet werden. Die Batterie oder der Batteriesatz ist vorzugsweise in der Lage, durch eine Zuführung von AC-Energie über das AC-Energiekabel oder durch ein getrenntes Batterieladegerät wiederaufgeladen zu werden. Es wird bevorzugt, dass die externe Batterie oder der Batteriesatz vollständig aus einem nicht-geladenen Zustand innerhalb von 24 bis 48 Stunden aufgeladen werden kann. Das Ladungslicht 310 für die externe Batterie auf dem Feld des bevorzugten Controllers 12a kann zusätzlich, wenn gewünscht, während des Ladevorgangs der externen Batterie oder des Batteriesatzes aufblinken bzw. aufleuchten.
  • B. DIE BEVORZUGTE CONTROLLER-VORRICHTUNG
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Controller 12 des Ventilatorsystems 10 der vorliegenden Erfindung sich in Abhängigkeit von den spezifischen Möglichkeiten des Systems 10 und in Abhängigkeit davon, ob die optionale Sauerstoff-Mischvorrichtung 16 eingebaut ist oder nicht, in seiner Komplexität verändern wird.
  • 3 zeigt das Steuerfeld einer bevorzugten Controller-Vorrichtung 12a, die in Verbindung mit einer relativ komplexen Ausführungsform des Ventilationssystems 10, die die optionale Sauerstoff Mischvorrichtung 16 beinhaltet, verwendbar ist.
  • STEUEREINSTELLUNGEN UND ANZEIGEN
  • Die bevorzugten Steuereinstellungen und Anzeigen, die in dem bevorzugten Controller 12a enthalten sind, und die Vorgehensweisen, mit denen der bevorzugte Controller 12a eine Betreibereingabe von spezifischen Steuereinstellungen empfängt und verwendet, werden nachstehend beschrieben:
  • 1. BEREITSCHAFTS/AUS-STEUERUNG
  • Das Ventilatorsystem 10 beinhaltet einen Bereitschafts/Aus-Schalter (nicht gezeigt), der die Hauptenergie ein- oder ausschaltet. Eine Gruppe von Anzeigeleuchten 300 sind auf der Stirnfläche des Felds des Controllers 12a vorgesehen, und werden nachstehend mit näheren Einzelheiten unter der Überschrift "Überwachungen" näher beschrieben. Im allgemeinen umfassen die Feldanzeigerleuchten einen "Ein"-Anzeiger 302, der erleuchtet, wenn der Ventilator eingeschaltet ist. Ein AC-Niedrigenergie/Ausfall-Anzeigerlicht 304 wird aktiviert, wenn das AC-Energiekabel vorhanden ist und die Spannung außerhalb eines spezifizierten Betriebsbereichs ist. Auf eine Erfassung einer niedrigeren oder fehlerhaften AC-Energie hin wird der Controller 12a den Ventilator 14 automatisch auf die interne Batterieenergie schalten. Der Ventilator wird einen Betrieb mit der internen Batterieenergie bis zu einer derartigen Zeit fortsetzen, wenn die Energie in der internen Batterie einen minimalen Pegel erreicht. Wenn die Energie in der internen Batterie einen minimalen Pegel erreicht, wird der Controller 12a bewirken, dass das interne Batterielicht und/oder ein hörbarer Alarm 308 signalisiert, dass die interne Batterie nahezu entleer ist.
  • Eine getrennte Leuchte und/oder ein hörbarer Alarm 312 für die externe Batterie ist ebenfalls vorgesehen. Die Leuchte und/oder der hörbare Alarm für die externe Batterie wird aktiviert, wenn die externe Batterie in Verwendung ist und eine Batteriespannung aufweist, die außerhalb des akzeptablen Betriebsbereichs ist. Während dieser Bedingung wird der Controller 12a bewirken, dass sämtliche, nicht-wesentlichen Anzeigen und Anzeiger, abgeschaltet werden.
  • Wenn eine AC-Energie mit dem Ventilator 14 verbunden ist, der Ventilator aber abgeschaltet ist, werden irgendwelche internen oder externen Batterien, die mit dem Ventilator verbunden sind, durch den eintreffenden AC (Wechselstrom) Strom geladen werden. Eine Ladungsanzeigerleuchte 306 für die interne Batterie und eine Ladungsanzeigerleuchte 306 für die externe Batterie und ein Anzeigerlicht 310 für eine geladene externe Batterie sind vorgesehen und werden aufblinken oder anderswie eine Ladung der Batterien anzeigen, wenn eine derartige Bedingung existiert.
  • 2. MODUSAUSWAHL
  • Ein Modusauswahlmodul 320 beinhaltet mehrere, vorzugsweise fünf (5) Moduswähltasten 322, 324, 326, 328, 330. Die Moduswähltaste 322 stellt das System 10 für eine Hilfssteuerung (a/c) ein. Eine Moduswähltaste 324 stellt das System 10 für eine synchronisierte intermittierende Zwangsventilation (Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation, SIV) ein. Eine Moduswähltaste 326 stellt das System für einen kontinuierlichen positiven Luftwegdruck (Continuous Positive Airway Pressure, CPAP) ein. Freie Moduswähltasten 328, 330 sind vorgesehen, um zu ermöglichen, dass der Controller 12a für zusätzliche spezifische Ventilationsmoden programmiert wird, beispielsweise eine Volumensicherungs-Druckunterstützung (Volume Assured Pressure Support, VAPS) oder eine proportionalen Hilfsventilation. Wenn der Controller für zusätzliche spezifische Ventilationsmoden programmiert ist, können Wähltasten 328, 330 entsprechend gekennzeichnet und verwendet werden, um den Ventilator 14 einzustellen, um derartige danach programmierte Ventilationsmoden zu liefern.
  • 3. TIDENVOLUMEN
  • Eine digitale Tidenvolumen-Anzeige 332, mit einer entsprechenden Tidenvolumen-Einstelltaste 332a, ist vorgesehen. Wenn eine Tidenvolumen-Einstelltaste 332a niedergedrückt wird, kann ein Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in einem gewählten Tidenvolumen zu wählen. Die Tidenvolumen-Anzeige 332 wird dann eine digitale Anzeige über den gegenwärtig gewählten Tidenvolumen-Wert bereitstellen.
  • Der typische Bereich von einstellbaren Tidenvolumen ist 25 ml–2000 ml.
  • 4. ATEMZUG-RATE
  • Eine digitale Atemzug-Ratenanzeige 334, mit einer entsprechenden Atemzug-Raten-Einstelltaste 334a, ist vorgesehen. Wenn die Atemzug-Raten-Einstelltaste 334a niedergedrückt wird, kann ein Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in der gewünschten Atemzugrate zu wählen. Eine Atemzug-Ratenanzeige 334 wird danach die gegenwärtig gewählte Atemzugrate anzeigen.
  • Der typische Bereich von wählbaren Atemzugraten ist 0 bis 80 Atemzüge pro Minute.
  • 5. SPITZENFLUSS
  • Eine digitale Spitzenflussanzeige 336, und eine entsprechende Spitzenfluss-Einstelltaste 336a, sind vorgesehen. Wenn die Spitzenfluss-Einstelltaste 336a niedergedrückt wird, kann ein Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in dem gewünschten Spitzenfluss zu wählen. Die Spitzenflussanzeige 336 wird danach eine digitale Anzeige des gegenwärtig gewählten Spitzenflusses bereitstellen.
  • Der typische Bereich von Spitzenflusseinstellungen ist 10 bis 140 Liter pro Minute.
  • 6. FLUSSEMPFINDLICHKEIT
  • Eine Flussempfmdlichkeits-Digitalanzeige 338, und eine entsprechende Flussempfmdlichkeits-Einstelltaste 338a, ist vorgesehen. Wenn die Flussempfmdlichkeits-Einstelltaste 338a niedergedrückt wird, kann ein Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in der gewünschten Flussempfindlichkeitseinstellung zu wählen. Die Flussempfindlichkeits-Einstellanzeige 338 wird danach eine digitale Anzeige der gegenwärtig gewählten Flussempfmdlichkeitseinstellung bereitstellen.
  • Die Flussempfindlichkeitseinstellung bestimmt den Triggergrad für eine Initiierung von Volumen- und Druck-gesteuerten Hilfsatemzügen oder Druckunterstützungs-Atemzügen. Die Initiierung einer freiwilligen Einatmungsanstrengung von dem Patienten erzeugt eine Änderung in einem Luftwegfluss, wie folgendermaßen bestimmt: (Turbinenvorspannfluss) – (Ausatmungsfluss) = Patientenfluss. Eine Triggerung tritt auf, wenn der Patientenluftwegfluss die Empfindlichkeitseinstellung übersteigt. Der typische Bereich von wählbaren Flussempfindlichkeitseinstellungen ist von eins bis zehn Litern pro Minute oder aus.
  • Optional kann ein Ausfallsicherungsmerkmal eingebaut werden, bei dem dann, wenn der Patientenflussbedarf die Flussempfindlichkeitseinstellung nicht übersteigt, aber der Luftwegdruck um mehr als 5 cmH2O unter den eingestellten PEEP-Grad fällt, ein Einatmungszyklus initiiert werden wird und ein Atemzug auf Grundlage des gegenwärtigen Modus und der gegenwärtigen Steuereinstellungen geliefert werden wird.
  • 7. PEEP/CPAP
  • Eine PEFP/CPAP digitale Anzeige 340, mit einer entsprechenden PEEP/CPAP-Einstelltaste 340a, ist vorgesehen. Wenn die PEEP/CPAP-Einstelltaste 340a niedergedrückt wird, kann der Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in der gewünschten PEEP/CPAP-Einstellung zu wählen.
  • Die gegenwärtigen PEEP/CPAP Einstellung setzt den Pegel eines Drucks in der Patientenschaltung, der zwischen dem Ende der Einatmung und dem Start der nächsten Einatmung aufrechterhalten wird. Er ist auch als der „Basislinien" Druck bekannt.
  • Der bevorzugte Bereich der PEEP/CPAP-Einstellung ist 0 bis 50 cmH2O.
  • 8. DRUCKUNTERSTÜTZUNG
  • Eine Druckunterstützungs-Digitalanzeige 342 und eine entsprechende Druckunterstützungs-Einstelltaste 342a sind vorgesehen. Wenn die Druckunterstützungs-Einstelltaste 142a niedergedrückt wird, kann ein Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in der gewünschten Druckunterstützungs-Einstellung zu wählen.
  • Die Druckunterstützungs-Einstellung bestimmt den Einatmungspatienten-Schaltungsdruck während eines Druckunterstützungs-Atemzugs. Diese Steuerung stellt den Druckunterstützungsgrad über der Basislinieneinstellung ein, die von der PEEP/CPAP-Einstellung eingerichtet wird. Der gesamt zugeführte Druck gleicht dem PEEP oder CPAP-Wert + der Druckunterstützung.
  • Der typische Bereich von Druckunterstützungs-Einstellungen ist von 1 bis 60 Zentimeter von Wasser (cmH2O) oder aus.
  • 9. FiO2(%O2)
  • Eine FiO2-Digitalanzeige 348 und eine entsprechende FiO2-Einstelltaste 348a sind vorgesehen. Wenn die FiO2-Einstelltaste 348a niedergedrückt wird, kann der Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in den gewünschten prozentualen Anteil von Sauerstoff in dem Luft/Sauerstoffgasgemisch zu wählen, das an den Patienten PT geliefert und für den Vorspannfluss verwendet wird. Im Ansprechen auf die FiO2-Einstellung wird der Controller 12 Steuersignale an die Sauerstoff-Mischvorrichtung 16 ausgeben, um die voreingestellte FiO2 zu bewirken.
  • Der bevorzugte Bereich von einstellbaren FiO2 ist zwischen 0,21 und 1,0 (d. h. 21–100 Prozent Sauerstoff).
  • 10. DRUCKSTEUERUNG (OPTIONAL)
  • Eine Drucksteuerungs-Digitalanzeige 350 und eine entsprechende Drucksteuerungs-Einstelltaste 350a sind vorgesehen. Wenn die Drucksteuerungs-Einstelltaste 350a niedergedrückt ist, kann der Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in dem gewünschten Drucksteuerungswert zu wählen.
  • Die Drucksteuerungseinstellung ermöglicht, dass das System 10 für eine Drucksteuerungsventilation verwendet wird, und bestimmt den Einatmungsdruckpegel während der Zuführung jedes Drucksteuerungs-Atemzugs. Die Drucksteuerungs-Einstellung stellt den Druckpegel über irgendeinem PEEP ein.
  • Es wird bevorzugt, dass der Bereich von möglichen Drucksteuerungs-Einstellungen von 1 bis 100 cmH2O ist.
  • 11. EINATMUNGSZEIT (OPTIONAL)
  • Eine optionale digitale Anzeige 352 für die Einatmungszeit und ein entsprechender Einatmungszeit-Einstellknopf 352a sind vorgesehen. Wenn die Einatmungszeit-Einstelltaste 352a niedergedrückt ist, kann die Werteinstellung von 300 verwendet werden, um in der gewünschten Einatmungszeit zu wählen. Die eingestellte Einatmungszeit ist die Zeitperiode für die Einatmungsphase eines Drucksteuerungs-Atemzugs. Somit wird diese Einatmungszeit-Einstellung normalerweise für eine Drucksteuerungsventilation verwendet.
  • Es wird bevorzugt, dass der Bereich von einstellbaren Einatmungszeiten von 0,3 bis 10,0 Sekunden ist.
  • 12. ZUSÄTZLICHE ANZEIGEN/EINSTELLUNGEN
  • Zusätzliche digitale Anzeigen 344, 346, 354, 356 und entsprechende Einstellknöpfe 344a, 346a, 354a, 356a sind vorgesehen, um dem Controller 12 zu erlauben, danach programmiert oder erweitert zu werden, um zusätzliche Steuereinstellungen, über diejenigen hinaus, die bereits anstehend beschrieben wurden, zu empfangen und anzuzeigen.
  • 13. SÄUFZER-EIN/AUS
  • Eine Säufzer-Ein/Aus-Taste 360 ist vorgesehen. Wenn die Säufzer-Ein/Aus-Taste 360 niedergedrückt wird, wird der Controller 12 den Ventilator 14 veranlassen, einen Säufzer-Atemzug zuzuführen. Ein Säufzer-Atemzug ist ein in dem Volumen gesteuerter zwangsweiser Atemzug, der gewöhnlicher Weise gleich zu 1,5 Mal der gegenwärtigen Tidenvolumeneinstellung ist, die auf der Tidenvolumen-Einstellanzeige 332 gezeigt wird. Der Säufzer-Atemzug wird in Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Spitzenflusseinstellung zugeführt, die auf der Spitzenfluss-Einstellanzeige 336 gezeigt ist. Die Einatmungsphase des Säufzer-Atemzugs ist vorzugsweise auf ein Maximum von 5,5 Sekunden beschränkt. Während eines Säufzer-Atemzugs wird die Atemzugperiode automatisch um einen Faktor von 1,5 erhöht. Die Säufzer-Atemzugfunktion ist während sämtlicher Ventilationsmoden verfügbar.
  • Ein einzelnes Niederdrücken der Säufzer-Ein/Aus-Taste 348 wird den Ventilator veranlassen, einen im Volumen gesteuerten Säufzer-Atemzug einmal bei 100 Atemzügen oder nach jeweils 7 Minuten, je nachdem, was zuerst kommt, zuzuführen. Die Säufzer-Atemzug-Taste 360 umfasst ein visuelles Anzeigerlicht 360a, welches aufleuchtet, wenn die Säufzer-Ein/Aus-Taste 360 niedergedrückt ist und die Säufzer/Atemzug-Funktion aktiv ist.
  • 14. MANUELLER ATEMZUG
  • Eine Taste 362 für einen manuellen Atemzug ist ebenfalls vorgesehen. Auf das Niederdrücken der Taste 362 für einen manuellen Atemzug wird der Controller 12 den Ventilator 14 veranlassen, einen einzelnen, im Volumen gesteuerten oder im Druck gesteuerten Atemzug in Übereinstimmung mit den zugehörigen Volumen- und/oder Druck-Steuereinstellungen zuzuführen. Ein Anzeigerlicht 362a wird kurz aufleuchten, wenn die Taste 362 für einen manuellen Atemzug niedergedrückt wird.
  • 15. ENTFERNTER ALARM (OPTIONAL)
  • Eine Ein/Aus-Steuertaste 364 für einen entfernten Alarm ist vorgesehen, um den entfernten Alarm zu aktivieren oder zu deaktivieren. Wenn die Ein/Aus-Steuertaste 364 für den entfernten Alarm niedergedrückt ist, wird das Anzeigerlicht 364a aufleuchten. Wenn die Ein/Aus-Taste 364 für den entfernten Alarm niedergedrückt wird, wird der entfernte Alarm aktiviert werden. Wenn diese Funktion aktiviert ist, werden Alarmbedingungen über einen festen Draht oder über eine Funkfrequenz (drahtlos) an einen entfernten Alarm übertragen, der außerhalb eines Patientenraums angebracht sein kann, um so Betreuern außerhalb des Raums zu signalisieren, wenn eine Alarmbedingung existiert.
  • Die spezifischen Alarmbedingungen die mit der Funktion für den entfernten Alarm verwendet werden können, werden mit näheren Einzelheiten nachstehend beschrieben.
  • 16. FLUSS-WELLENFORM (OPTIONAL – TRIFFT NUR AUF VOLUMEN-ATEMZÜGE ZU)
  • Der Controller 12 umfasst eine Quadratfluss-Wellenform-Aktivierungstaste 366 und eine Abbremsungsverjüngungsfluss-Wellenform-Aktivierungstaste 368. Wenn die Quadratfluss-Wellenform-Aktivierungstaste 366 niedergedrückt wird, dann wird das Anzeigerlicht 366a aufleuchten, und der Ventilator wird einen Einatmungsfluss bei einer konstanten Rate in Übereinstimmung mit der Spitzenflusseinstellung zuführen, wie eingegeben und auf der Spitzenflussanzeige 336 gezeigt. Wenn die Abbremsungs-Wellenform-Aktivierungstaste 368 niedergedrückt wird, wird das Anzeigerlicht 368a aufleuchten, und der Ventilator wird einen Einatmungsfluss zuführen, der zu Anfang die Spitzenflusseinstellung erhöht, wie eingegeben und auf der Spitzenflussanzeige 336 gezeigt, und dann wird sich ein derartiger Einatmungsfluss auf 50 Prozent der Spitzenflusseinstellung an dem Ende der Einatmungsphase abbremsen.
  • 17. EINATMUNGSHALTEVORGANG (OPTIONAL)
  • Eine Einatmungshaltevorgang-Aktivierungstaste 370 ist vorgesehen, um den Betreiber in die Lage zu versetzen, den Patienten auf einen erhöhten Druck, einer Einatmung folgend, zu halten, so dass mechanische Eigenschaften des Atemzugs berechnet werden können. Die Länge der Verzögerungsperiode wird durch die Periode der Zeit bestimmt, in der die Einatmungshaltevorgang-Taste 370 niedergedrückt wird, wobei eine maximale Grenze angewendet wird.
  • 18. AUSATMUNGSHALTEVORGANG (OPTIONAL)
  • Der Controller 12 umfasst auch eine Ausatmungshaltevorgang-Aktivierungstaste 372, die den Ventilator in die Lage versetzt, einen Auto-PEEP zu berechnen. Während des Ausatmungshaltevorgangs wird der Betrieb der Turbine 30 angehalten und das Ausatmungsventil 18 bleibt geschlossen. Die Differenz zwischen dem Endausatmungsdruck, wie an dem Ende der Ausatmungsvorgangs-Periode gemessen, minus der Luftwegdruck-Messung, die an den Beginn der Ausatmungshaltevorgangs-Periode aufgezeichnet wird, wird auf einem Monitorfenster 384 angezeigt.
  • 19. MAXIMALER EINATMUNGSDRUCK/NEGATIVE EINATMUNGSKRAFT (OPTIONAL)
  • Der bevorzugte Controller 12 beinhaltet auch eine Testtaste 374 für den maximalen Einatmungsdruck, um den Betreiber in die Lage zu versetzen, eine Testprozedur für den maximalen Einatmungsdruck (Maximal Inspiratory Pressure, MIP) zu initiieren. Diese Prozedur veranlasst den Ventilator, sämtlichen Fluss zu dem oder von dem Patienten zu stoppen. Die Patienteneinatmungsanstrengung wird dann überwacht und in dem Monitorfenster 384 als MIP/NIF angezeigt.
  • 20. 100% O2 ANSAUGUNG (OPTIONAL)
  • Optional umfasst der Controller 12a eine 100% O2-Betätigungstaste 376, die dann, wenn sie niedergedrückt ist, bewirken wird, dass ein Anzeigerlicht 376a aufleuchtet, und das System 10 veranlassen wird, einen FiO2 von 1,00 (d. h. 100% Sauerstoff) an den Patienten für eine Periode von drei (3) Minuten zu liefern, und zwar unabhängig von der gegenwärtigen FiO2-Einstellung und/oder der Einstellung des Atmungstyps.
  • Dieses 100% O2-Merkmal ermöglicht dem Betreiber selektiv 100% Sauerstoff an den Patienten PT für eine Periode von drei Minuten zu liefern, um den Patienten PT vor der Trennung des Patienten von der Ventilatorschaltung zu überoxidieren, und zwar für die Zwecke einer Ansaugung oder wegen anderer klinischer Gründe.
  • 21. ZUSÄTZLICHE STEUERUNGSBETÄTIGUNGSTASTEN
  • Eine zusätzliche Steuerungsbetätigungstaste 378, mit einem Anzeigerlicht 378a, ist vorgesehen, um zu ermöglichen, dass der Controller 12a danach programmiert wird, um zusätzliche Steuerungsbetätigungsfunktionen über diejenigen hinaus, die voranstehend beschrieben wurden, auszuführen.
  • MONITORE UND ANZEIGER
  • 1. AC-ENERGIESTATUSANZEIGER
  • Ein AC-Energieanzeigerlicht 304 ist in dem vorderen Feld des Controllers 12 vorgesehen, um anzuzeigen, wenn eine ausreichende AC-Energie verfügbar ist und der Bereitschafts-/Aus-Schalter (nicht gezeigt) in der Bereitschaftsposition (Standby-Position) ist.
  • 2. ANZEIGE (ANZEIGER) FÜR DEREN INTERNEN BATTERIESTATUS
  • Ein Anzeigerlicht 308 für den internen Batteriestatus ist auf dem Feld des Controllers 12 vorgesehen und wird einen Batterieladepegel in Übereinstimmung mit vorgegebenen Farbsignalen anzeigen. Ein getrenntes Anzeigerlicht 306 für die interne Batterieladung kann vorgesehen sein und wird einen Ladestatus in Übereinstimmung mit vorgegebenen Farbsignalen anzeigen.
  • 3. ANZEIGE (ANZEIGER) FÜR DEN EXTERNEN BATTERIESTATUS
  • Ein Anzeigerlicht 312 für den externen Batteriestatus ist auf dem Feld des Controllers 12 vorgesehen und wird einen Batterieladepegel in Übereinstimmung mit vorgegebenen Farbsignalen anzeigen. Ein getrenntes Anzeigerlicht 310 für die externe Batterieladung kann vorgesehen sein und wird einen Ladestatus in Übereinstimmung mit vorgegebenen Farbsignalen anzeigen.
  • 4. LUFTWEGDRUCK-MONITOR
  • Das Anzeigefeld des Controllers 12 umfasst eine Echtzeit-Luftwegdruck-Balkengraphanzeige 380. Ein grüner Anzeigebalken wird auf der Luftwegdruck-Balkengraphanzeige 380 erscheinen, um den Echtzeit-Luftwegdruck zu allen Zeiten anzuzeigen. Rote Anzeiger werden auf dem Luftwegdruck-Balkengraph erscheinen, um eine Alarmeinstellung für einen hohen und niedrigen Spitzendruck anzuzeigen, wie nachstehend noch näher unter der Überschrift "Alarme" beschrieben wird. Ein orangefarbiger Anzeiger wird auf der Luftwegdruck-Balkengraphanzeige 380 erscheinen, um die gegenwärtige PEEP/CPAP-Einstellung, die gegenwärtige Druckunterstützungs-Einstellung und/oder die Drucksteuerungs-Einstellung anzuzeigen. Ein Patientenanstrengungs-Anzeigerlicht 382 ist in der Nähe der Luftwegdruck-Balkengraphanzeige 380 angeordnet und wird aufleuchten, um das Auftreten eines vom Patienten initiierten Atemzugs anzuzeigen, einschließlich sämtlicher spontaner, Hilfs- oder Druckunterstützungs-Atemzüge.
  • 5. DIGITALE MONITORANZEIGE
  • Das Feld des Controllers 12 umfasst vorzugsweise eine digitale Monitoranzeige 384 und eine dazugehörige Monitorwähltaste 386. Der Controller 12 ist programmiert, um verschiedene überwachte Parameter anzuzeigen. Jedes Mal, wenn die Monitorwähltaste 386 gedrückt wird, werden sich die überwachten Parameter, die auf der Monitoranzeige 384 angezeigt werden, verändern. Die einzelnen Parameter können umfassen: das ausgeatmete Tidenvolumen, d. h. ein Verhältnis, ein mittlerer Luftwegdruck, PEEP, ein Spitzeneinatmungsdruck, eine gesamte Atemzug-Rate, eine gesamte Minutenventilation.
  • Zusätzlich kann ein Anzeigeenergie-Einsparungsmerkmal eingebaut sein, mit dem der Controller 12 die Monitoranzeige 384 automatisch veranlassen wird, nicht-beleuchtet zu werden, und zwar nach einer vorgegebenen Anzeigeperiode, wenn das System 10 ausschließlich mit der internen oder externen Batterieenergie arbeitet. Jedes Mal, wenn die Monitorwähltaste 386 gedrückt wird, wird die Anzeige 384 nur für eine vorgegebene Zeitperiode aufleuchten, und wird dann wieder nicht-beleuchtet werden. Dieses Merkmal wird dem System 10 ermöglichen, Energie einzusparen, wenn das System 10 gerade ausschließlich mit der internen oder externen Batterieenergie betrieben wird.
  • Zusätzlich kann der Controller 12 programmiert werden, um die Monitoranzeige 384 zum Anzeigen einer speziellen oder einer anderen Gruppe von Parametern während einer spezifischen, vom Betreiber initiierten Prozedur zu veranlassen. Beispiele von speziellen Parametergruppen, die während einer spezifischen Prozedur angezeigt werden können, umfassen die folgenden:
    • – Echtzeit-Druck (am Start von Prozeduren und während sämtlichen Prozeduren)
    • – Plateaudruck (Einatmungs-Haltevorgang)
    • – Nachgiebigkeit (Einatmungs-Haltevorgang)
    • – Endausatmungsdruck (Ausatmungs-Haltevorgang)
    • – Auto PEEP (Ausatmungs-Haltevorgang)
    • – Maximaler Einatmungsdruck (MIP/NIF)
  • ALARME UND GRENZEN
  • Der bevorzugte Controller 12 kann programmiert werden, um eine Betreibereingabe von ein oder mehreren Begrenzungsparametern zu empfangen und hörbare und/oder visuelle Alarmanzeigen bereitzustellen, wenn derartige Begrenzungsparameter überschritten worden sind oder kurz vor einem Überschreiten sind.
  • Die visuellen Alarmanzeiger können Dauerlichter oder Blinklichter umfassen, die auf dem Steuerfeld des bevorzugten Controllers 12a erscheinen.
  • Die hörbaren Alarmkomponenten werden vorzugsweise elektronische Summer oder Beeper umfassen, die einen für das menschliche Ohr unterscheidbaren Ton für eine vorgewählte Periode (z. B. 3 Sekunden) emittieren werden. Vorzugsweise kann der hörbare Abschnitt von irgendeinem Alarm von dem Betreiber freiwillig stumm geschaltet werden oder deaktiviert werden.
  • Zusätzlich wird bevorzugt, dass der Controller 12 programmiert wird, um jeden Alarm automatisch zurückzusetzen, wenn die gegenwärtigen Ventilationsbedingungen aus den voreingestellten Alarmgrenzen herausfallen.
  • Beispiele von spezifischen Begrenzungsparametern und Alarmgrenzen, die in den bevorzugten Controller 12 hineinprogrammiert werden, sind wie folgt:
  • 1. HOHER SPITZENDRUCK
  • Der bevorzugte Controller 12 umfasst, auf seinem vorderen Feld, eine Hochdruck-Digitalanzeige 390 und eine entsprechende Hochdruck-Alarmbegrenzungs-Einstelltaste 390a. Wenn die Hochdruck-Alarmbegrenzungs-Einstelltaste 390a niedergedrückt wird, kann ein Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in einem gewünschten Hochdruck-Alarmbegrenzungswert zu wählen. Ein derartiger Hochdruck-Alarmbegrenzungswert wird dann auf der Druckalarmbegrenzungsanzeige 390 angezeigt werden.
  • Die gegenwärtig eingestellte Hochdruck-Alarmbegrenzung, wie auf der Hochdruck-Alarmbegrenzungsanzeige 390 gezeigt, wird den maximalen Spitzeneinatmungsdruck für sämtliche Atemzug-Typen einrichten. Wenn der überwachte Luftwegdruck die gegenwärtig eingestellte Hochdruck-Alarmbegrenzung übersteigt, werden hörbare und visuelle Alarme von dem Controller 12 betätigt werden und der Controller wird das System 10 sofort veranlassen, in einen Ausatmungsmodus zyklisch überzugehen, wodurch ermöglicht wird, dass der Luftwegdruck auf den Basislinien-Vorspannflusspegel zurückzukehren, und entlang des Ausatmungsventils 18, um einen Druck auf irgendeinen gegenwärtig eingestellten Peep-Pegel zu regeln.
  • Um eine Triggerung des Hochdruckalarms während einer Lieferung eines Säufzer-Atemzugs zu vermeiden, wird der Controller 12 programmiert sein, um den Hochdruck-Alarmbegrenzungswert automatisch um einen Faktor von 1,5X während der Lieferung eines Säufzer-Atemzugs einzustellen, vorausgesetzt, dass eine derartige Vorgehensweise nicht dazu führt, dass der Hochdruck-Begrenzungswert 140 cmH2O übersteigt. Der Controller 12 ist vorzugsweise programmiert, um eine Hochdruck-Begrenzungseinstellung von 140 cmH2O sogar während einer Lieferung eines Säufzer-Atemzugs nicht zu übersteigen.
  • 2. UNTERER SPITZENDRUCK
  • Eine Begrenzungsanzeige 392 für den unteren Spitzenluftwegdruck und eine entsprechende Begrenzungseinstelltaste 392a für den unteren Spitzendruck sind ebenfalls vorgesehen. Wenn die Begrenzungseinstelltaste 392a für den unteren Spitzendruck niedergedrückt wird, kann ein Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in einem gewünschten Alarmbegrenzungswert für den unteren Spitzenluftwegdruck zu wählen. Ein derartiger Alarmbegrenzungswert für den unteren Spitzendruck wird dann in der Anzeige 392 für den unteren Spitzendruck angezeigt.
  • Hörbare und/oder visuelle Alarme werden aktiviert, wenn der überwachte Luftwegdruck die Alarmbegrenzungseinstellung für den unteren Spitzendruck während der Einatmungsphase eines von der Maschine zyklisch durchlaufenen zwangsweisen oder unterstützenden Atemzugs nicht übersteigt.
  • Der Controller 12 ist vorzugsweise vorprogrammiert, um den Alarm für den unteren Spitzenluftwegdruck während einer spontanen, CPAP und Druckunterstützungs-Atmung zu deaktivieren.
  • Der Bereich der Einstellungen für den unteren Spitzendruck wird vorzugsweise von 2 bis 140 cmH2O sein.
  • 3. NIEDRIGES MINUTENVOLUMEN
  • Eine Anzeige 394 für ein niedriges Minutenvolumen und eine entsprechende Einstelltaste 394a für ein niedriges Minutenvolumen sind vorgesehen. Wenn die Einstelltaste 394a für ein niedriges Minutenvolumen niedergedrückt ist, dann kann der Werteinstellknopf 300 verwendet werden, um in der gewünschten Alarmeinstellung für ein niedriges Minutenvolumen zu wählen. Die gegenwärtig eingestellte Alarmeinstellung für ein niedriges Minutenvolumen wird in einer digitalen Anzeige 394 angezeigt werden.
  • Der Controller 12 wird programmiert werden, um das gegenwärtige ausgeatmete Minutenvolumen auf Grundlage von Information, die von dem Ausatmungsventil-Differenzdruckwandler 70 empfangen wird, zu berechnen und hörbare und/oder visuelle Alarme zu triggern, wenn das ausgeatmete Minutenvolumen kleiner oder gleich zu der gegenwärtig eingestellten Alarmgrenze für das niedrige Minutenvolumen wird. Dieser Alarm ist für sämtliche Atemzug-Typen aktiv.
  • Der typische Bereich von einstellbaren Alarmgrenzen für ein niedriges Minutenvolumen ist von 0 bis 99,9 Litern/min.
  • 4. APNEA-ALARM
  • Der Controller 12 kann programmiert werden, um hörbare und/visuelle Apnea-Alarme zu triggern, wenn die Periode zwischen der Initiierung von Einatmungsphasen 20 Sekunden übersteigt. Der Controller 12 ist vorzugsweise auch programmiert, um eine Reserve-Maschinenventilation zu initiieren, wenn eine Apnea-Alarm-Bedingung existiert.
  • Der Controller 12 ist vorzugsweise programmiert, um ein freiwilliges Stummschalten des Apnea-Alarms nicht zu ermöglichen, bis die Apnea-Bedingung korrigiert worden ist.
  • 5. FREIE ALARMGRENZENANZEIGEN UND EINSTELLTASTEN
  • Freie Alarmgrenzenanzeigen 396, 398 und entsprechende freie Alarmgrenzen-Einstelltasten 396a und 398a sind vorgesehen, um zu ermöglichen, dass der Controller 12 danach erweitert oder programmiert wird, um eine Betreibereingabe von zusätzlichen Begrenzungsparametern zu empfangen, und hörbare und/oder visuelle Alarme bereitzustellen, wenn derartige Begrenzungsparameter überschritten worden sind.
  • 6. VENTILATOR-AUßERBETRIEBSZUSTAND
  • Eine getrennte Ventilator-Außerbetriebszustands-Lichtanzeige 400 ist auf dem vorderen Feld des Controllers 12 vorgesehen. Der Controller 12 ist programmiert, um zu bewirken, dass das Ventilator-Außerbetriebslicht aufleuchtet, wenn vorgegebene "Ventilator-Außerbetriebs-"Bedingungen existieren.
  • 7. NIEDRIGE AC-ENERGIE/AUSFALL
  • Der Controller 12 ist vorzugsweise programmiert, um visuelle und/oder hörbare Alarme zu aktivieren, wenn ein AC-Energiekabel mit dem System 10 verbunden ist und die Spannung, die von dem System 10 empfangen wird, außerhalb eines spezifizierten Betriebsbereichs ist. Der Controller 12 ist vorzugsweise auch programmiert, um das System 10 automatisch auf eine interne Batterieenergie unter dieser Bedingung umzuschalten. Der Alarm für eine niedrige AC-Energie/einen Ausfall kann stummgeschaltet werden und wird stummgeschaltet bleiben, und zwar bis zu einer derartigen Zeit, wenn der interne Alarm 208 für eine niedrige Batterie betätigt wird, was anzeigt, dass die interne Batterie entleert worden ist.
  • 8. NIEDRIGE EXTERNE/INTERNE BATTERIE/AUSFALL
  • Der Controller 12 kann programmiert werden, um einen visuellen und/oder hörbaren Alarm zu betätigen, wenn eine externe oder interne Batterie verwendet wird und die Batteriespannung außerhalb eines akzeptablen Betriebsbereichs ist.
  • 9. O2-EINLASS-DRUCK
  • Der Controller 12 kann programmiert werden, um hörbare und/oder visuelle Alarme bereitzustellen, wenn der Sauerstoffdruck, der an das System 10 geliefert wird, über oder unter vorgegebenen Grenzen ist.
  • 10. ÜBERDRUCK-ENTLASTUNGSGRENZE
  • Das System 10 umfasst ein mechanisches variables Druckentlastungsventil 64, um irgendeine Überverdichtung der Patientenschaltung zu entlasten.
  • Der Bereich von einstellbaren Überdruck-Entlastungsgrenzventilen kann zwischen 0 bis 140 cmH2O sein.
  • SELBSTTEST UND AUTOKALIBRIERUNGSFUNKTIONEN
  • 1. SELBSTTESTFUNKTION
  • Der bevorzugte Controller 12 kann programmiert sein, um jedes Mal dann, wenn der Ventilator hochgefahren wird, eine Selbsttestfunktion auszuführen. Eine derartige Selbsttestfunktion wird vorzugsweise eine richtige Funktion von internen Komponenten überprüfen, beispielsweise Mikroprozessoren, den Speicher, Wandler und pneumatische Steuerschaltungen. Eine derartige Selbsttestfunktion wird vorzugsweise auch überprüfen, dass elektronische Untersysteme richtig arbeiten und in der Lage sind, Fehlerbedingungen, die sich auf die Mikroprozessorelektronik bezieht, zu erfassen.
  • Ferner kann der Controller 12 programmiert sein, um während eines Hochfahrens einem qualifizierten Betreiber, der eine gegebene Tastensequenz eingibt, zu ermöglichen, auf eine Problembehebung und Kalibrierungsinformation zuzugreifen. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal kann der Tastenbetreiber den Controller veranlassen, auf der Monitoranzeige 384 Information wie die folgende anzuzeigen:
  • SOFTWARE-REVISION
  • SPITZENFLUSS UND DRUCKWANDLERAUSGANG
  • LAMPENTEST/ALLE ANZEIGEN EIN
  • IRGENDWELCHE AUTO-NULL UND ENTLEERUNGS-FUNKTIONEN FÜR DEN FLUSSDRUCKWANDLER
  • EREIGNISERFASSUNGSMENÜ MIT VORANGEHENDEM STATUS ODER FEHLERCODES
  • ENTFERNTER ALARMTEST UND PROGRAMM; und DATENKOMMUNIKATIONSTEST UND PROGRAMM
  • Ferner kann der Controller 12 programmiert sein, um einem qualifizierten Betreiber, der eine gegebene Tastensequenz eingibt, zu ermöglichen, auf eine Benutzerpräferenz und ein Aufbaumenü zuzugreifen. Ein derartiges Menü kann eine Monitoranzeige 384 mit Information wie der folgenden einschließen:
    • – Systemschloss, aktivieren oder deaktivieren;
    • – Variables Apnea-Intervall;
    • – Sprachenauswahl; und
    • – Benutzerverifizierungstests.
  • Die Benutzerpräferenz und die Aufbaumenüfunktion sind auch während eines Betriebs des Systems 10 zugänglich.
  • C. EINE BEVORZUGTE DREHSCHLEPP-KOMPRESSORVORRICHTUNG
  • Der Ventilator des tragbaren Systems 10 umfasst vorzugsweise eine Drehschlepp-Kompressorvorrichtung 30, die einen doppelseitigen Vielfachflügel-Rotor 104 umfasst, der innerhalb eines festen bzw. steifen Kompressorgehäuses 106 angeordnet ist. Eine Einfluss/Ausfluss-Rohrleitung 108 ist integral mit dem Kompressorgehäuse 106 gebildet und beinhaltet zwei (2) Einfluss-Wege 112 und zwei (2) Ausfluss-Wege 110 zum Kanalisieren eines Gasflusses in die Kompressorvorrichtung 30 hinein und davon heraus.
  • Ein elektrischer Motor 102, mit einer 0,8 Spitzen-Pferdestärke, ein 40 Volt D.C. Motor, ist vorzugsweise integral innerhalb des Kompressorgehäuses 106 angebracht. Alternativ kann der Motor 102 in einer Umhüllung oder einem Gehäuse eingeschlossen oder aufgenommen sein, welches getrennt von dem Kompressorgehäuse 106 ist. Die Motorwelle 114 erstreckt sich transversal in eine Bohrung 116 hinein, die in der zentralen Nabe 118 des Rotors 104 gebildet ist. Wie gezeigt, kann die Bohrung 116 der zentralen Nabe 118 des Rotors 104 einen rechteckförmigen Keilweg 121 einschließen, der auf einer Seite davon gebildet ist, und die Motorwelle 114 kann einen Ansatz einschließen, der darauf gebildet ist. Der rechteckförmige Ansatz der Motorwelle 114 ist innerhalb des Keilwegs 121 der Rotornabe 118 eingefügt und greift darin reibungsmäßig ein, wodurch verhindert wird, dass die Motorwelle 118 drehungsmäßig rutscht oder sich innerhalb der Bohrung 116 der Rotornabe 118 dreht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass verschiedene alternative Anbringungsstrukturen außer dem Ansatz und dem Keilweg 121, die in den 8–9 gezeigt sind, verwendet werden können, um die Motorwelle 114 an dem Rotor 108 drehbar anzubringen.
  • Die Rotornabe 118 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine konkave Konfiguration aufweist, wie in 5 gezeigt. Eine derartige konkave Konfiguration dient dazu, dem Rotor 104 eine strukturelle Integrität und Festigkeit zu verleihen, ohne signifikant die Masse des Rotors 104 zu erhöhen, sowie sich dies aus der Bildung von zusätzlichen Versteifungsrippen oder Anschlägen auf der Rotornabe 118 ergeben würde.
  • Wie in den 5–10 gezeigt, erstreckt sich eine erste ringförmige Mulde 120 um den Umfang der vorderen Seite des Rotors 104 herum, und eine zweite ringförmige Mulde 122 erstreckt sich um den Umfang der hinteren Seite des Rotors 104.
  • Eine Vielfalt von Rotorflügel-Aufnahmeschlitzen 126 sind winkelmäßig, bei gleichmäßig beabstandeten Intervallen um die inneren Oberflächen der ersten 120 und zweiten 122 ringförmigen Mulden herum gebildet. Rotorflügel 128 sind an gleichmäßig beabstandeten Stellen um jede ringförmige Mulde 120, 122 derart angebracht, dass die radiale Umfangskante 127 jedes Flügels 128 in einen entsprechenden Flügelaufnahmeschlitz 126 eingefügt ist und darin angeordnet ist, und die führende Kante 129 jedes Flügels sich über die offene ringförmige Mulde 120 oder 122 erstreckt, wie gezeigt. Jeder Flügel 128 ist mit einem Klebemittel oder einer anderen geeigneten Einrichtung an dem Körper des Rotors 104 befestigt.
  • In der bevorzugten Ausführungsform sind die Flügel 128 in axial ausgerichteten Positionen angeordnet, d. h. an nicht-versetzten, direkt gegenüberliegenden Positionen auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors 104, um ein gleichmäßiges Druckgleichgewicht und eine symmetrische Gewichtsverteilung innerhalb des Rotors 104 zu unterstützen.
  • Der Rotor 104 ist drehbar innerhalb des Kompressorgehäuses 106 angebracht, so dass die ersten 120 und zweiten 122 ringförmigen Hohlräume in Ausrichtung zu den Einfluss 110 und Ausfluss 112 Kanälen sind, wie gezeigt.
  • Um die Steuerungsfähigkeit der Geschwindigkeit des Rotors 104 zu optimieren und die Abnutzung oder die mechanische Spannung auf die Systemantriebskomponenten von einem wiederholten abrupten Starten und Stoppen des Motors 104 zu minimieren, ist es wünschenswert, dass die Gesamtmasse des Rotors 104 minimiert wird. Im Hinblick auf diese Aufgabe ist der Körper des Rotors 104 vorzugsweise aus einem Leichtgewichtmaterial wie Aluminium konstruiert und die einzelnen Flügel 128 des Rotors 104 sind vorzugsweise aus einem Leichtgewichtmaterial wie glasgefülltem Epoxydharz konstruiert. In Ausführungsformen, bei denen der Körper des Rotors 104 aus Aluminium gebildet ist und die Flügel 128 aus glasgefülltem Epoxydharz gebildet sind, kann ein geeignetes Klebemittel wie Epoxydharz verwendet werden, um die radialen Kanten der Flügel 128 innerhalb ihrer entsprechenden Flügel-Aufnahmeschlitze 126 zu binden. Alternativ wird in Erwägung gezogen, den Rotor und die Flügel einückig auszubilden, beispielsweise über einen Formungsprozess, bei dem Metall (z. B. Aluminium), ein Polymer oder Verbundmaterialien geformt werden, um die Flügel 128 und den Rotor 104 als einen vereinheitlichten Aufbau zu bilden.
  • Nachdem die Rotorflügel 128 angebracht worden sind und in ihren jeweiligen Flügel-Aufnahmeschlitzen 126 befestigt worden sind, wird jeder einzelne Flügel 128 vorzugsweise unter einem Anschnittwinkel A relativ zu der flachen transversalen Ebene TP, die transversal durch den Körper des Rotors 104 vorgeschoben ist, zwischen der ersten ringförmigen Mulde 120 auf der Vorderseite des Rotors 104, und der zweiten ringförmigen Mulde 122 auf der Rückseite des Rotors 104, angeordnet sein. Der Winkel A ist vorzugsweise in dem Bereich von 30–60 Grad und in der bevorzugten Ausführungsform, die in den 8–10 gezeigt ist, beträgt er 55 Grad. Ein derartiger Winkel A wird gewählt, um eine optimale Flusserzeugungs-Effizienz des Rotors 104 bereitzustellen.
  • Im Betrieb ist es erforderlich, das Timing der Beschleunigung, Abbremsung und der Drehgeschwindigkeit des Rotors 104 genau zu steuern, um einen vorgeschriebenen Einatmungsdruck und/oder eine vorgeschriebene Flussrate und/oder ein vorgeschriebenes Volumen zu erzeugen. Obwohl standardmäßige Herstellungstoleranzen aufrechterhalten werden können, wenn der Rotor 104 und andere Komponenten des Kompressors 30 (z. B. der Rotor 104, das Kompressorgehäuse 106, der Motor 102) hergestellt werden, wird jeder einzelne Kompressor 30 typischer Weise eine gewisse individuelle Variation seines Flussausgangs als eine Funktion der Drehgeschwindigkeit und des Differenzdruck dieses Kompressors 30 aufzeigen. Um die Genauigkeit zu optimieren, mit der der Einatmungsfluss gesteuert werden kann, ist es somit wünschenswert, einen genauen Fluss und Druckdaten bei verschiedenen Turbinengeschwindigkeiten für jeden einzelnen Kompressor 30 zu ermitteln, und derartige Charakterisierungsdaten an dem Controller 12 bereitzustellen, um den Controller 12 in die Lage zu versetzen, für einzelne Veränderungen in dem Druck und/oder dem Fluss, der von dem bestimmten Kompressor 30 erzeugt wird, der gerade verwendet wird, einzustellen. Als praktische Vorgehensweise kann dies in zweierlei Weisen erreicht werden. Eine Vorgehensweise besteht darin, diskrete Flussraten-, Geschwindigkeits- und Druckmessungen für jeden Kompressor 30 zur Zeit der Herstellung zu erzeugen und eine Tabelle von derartigen diskreten Flussraten-, Geschwindigkeits-, und Druckwerten an dem Ventilator-Controller 12 zu der Zeit bereitzustellen, wenn der bestimmte Kompressor 30 installiert wird. Der Controller 12 wird entsprechend programmiert werden, um die erforderlichen mathematischen Interpolationsschritte auszuführen, um Bestimmungen des momentanen Flusses, der Geschwindigkeit oder des Drucks als eine Funktion von irgendwelchen derartigen zwei Variablen für den bestimmten Kompressor 30 zu erhalten. Die zweite Vorgehensweise besteht darin, experimentell eine Reihe von Fluss-, Geschwindigkeits- und Druckdatenpunkte über einen Bereich von normalen Betriebsrotorgeschwindigkeiten zu erzeugen und danach eine einzigartige Geschwindigkeit-über-Fluss- über-Druck-Gleichung abzuleiten, um jeden einzelnen Kompressor 30 zu charakterisieren. Eine derartige individuelle Charakterisierungsgleichung wird dann in den Controller 12 einprogrammiert oder irgendwie anders an dem Controller 12 bereitgestellt und der Controller 12 wird programmiert, um eine derartige Gleichung zu verwenden, um Steuersignale für eine genaue, momentane Geschwindigkeit, Flussrate und Drucksteuerung zu berechnen, um den individuellen Kompressor 30, der gerade verwendet wird, zu steuern. Ein Beispiel von derartigen graphischen Geschwindigkeit-über-Flussrate-über-Druckdaten und eine davon abgeleitete Charakterisierungsgleichung ist in 12 gezeigt.
  • Bei gegebenen gegenwärtigen Kosten der Mikroprozessortechnologie würde das Bereitstellen eines Controllers 12, der die Fähigkeit hat, eine derartige Charakterisierungsgleichung wie in 12 gezeigt, zum Steuern des Kompressors 30 zu empfangen und zu verarbeiten, eine wesentliche Kosten- und Größen-Vergrößerung des Controllers 12 erfordern. Demzufolge ist es bei dem gegenwärtigen Stand der Technik am meisten wünschenswert, das erstere der zwei voranstehend beschriebenen Verfahren zu verwenden – das heißt, eine Datenbank mit diskreten Fluss-, Geschwindigkeits- und Druckwerten bereitzustellen und den Controller 12 zu programmieren, um die erforderlichen mathematischen Interpolationen der vorgesehenen Datenpunkte zum Aufrechterhalten einer Kompressor-spezifischen Steuerung des Drucks, der Flussrate und/oder des Volumens des Gases, die in jeder Einatmungsphase bei dem Ventilationszyklus bereitgestellt werden, aufrechtzuerhalten. Die experimentell erzeugte Datenbank mit diskreten Fluss-, Geschwindigkeits-, und Druckwerten kann auf einem EPROM oder irgendeiner anderen geeigneten Datenbankspeichereinrichtung codiert werden. Ein derartiges EPROM oder eine andere Datenbankspeichereinrichtung kann sich auf dem Kompressor 30 selbst, oder innerhalb davon befinden und mit dem Controller 12 über eine geeignete Schaltungsanordnung in Kommunikation stehen. Alternativ kann eine derartige EPROM oder Datenbank-Speichereinrichtung direkt in den Controller 12 zu der Zeit installiert werden, wenn der bestimmte Kompressor 30 innerhalb der Ventilatoreinrichtung 14 installiert wird.
  • Der gesteuerte Einatmungsfluss, der von dem Drehschlepp-Kompressor 30 erzeugt wird, existiert von dem Kompressorauslass 34 und durch die Leitung 22 zu dem Patienten PT. Wie in 2 gezeigt, ist ein Ausgangsdämpfer 60, beispielsweise eine hohle Kammer mit einer Menge eines Dämpfungsmaterials, welches darum gebildet ist, vorzugsweise auf der Einatmungsflussleitung 22 positioniert, um den Schall zu verringern, der von dem Ventilator 14 während eines Betriebs erzeugt wird. Ein Einatmungsverschlussventil 62 ist zusätzlich vorzugsweise auf der Einatmungsflussleitung 22 angebracht, um ein vom Betreiber gesteuertes Anhalten des Einatmungsflusses zu erreichen, wie während der Ausführung einer Prozedur mit einer maximalen Einatmungskraft benötigt. Zusätzlich ist ein Druckentlastungsventil 64 mit der Einatmungsflussleitung 22 verbunden, um einen Schutz gegenüber einer Zuführung eines übermäßigen Einatmungsdrucks an den Patienten PT bereitzustellen. Das Druckentlastungsventil 64 kann manuell auf einen gewünschten Grenzdruck von dem Betreiber eingestellt werden.
  • Im allgemeinen arbeitet der Drehschlepp-Kompressorventilator 14 durch ein periodisches Drehen des Rotors 130 innerhalb des Kompressors 30, um den gewünschten Einatmungsgasfluss durch die Leitung 22 zu erzeugen. Es ist wünschenswert, dass der Rotor 130 so schnell wie möglich beschleunigt und verzögert werden kann. Eine derartige schnelle Beschleunigung/Verzögerung (Abbremsung) wird durch eine Verringerung von Trägheitseffekten als Folge der voranstehend beschriebenen Konstruktion mit geringer Masse des Rotors 104 ermöglicht werden. Die Geschwindigkeit und Zeit einer Drehung des Rotors 104 während jeder Einatmungsphase des Ventilatorzyklus wird durch den Controller 12 auf Grundlage der Variablen und/oder Parameter gesteuert, die zum Triggern, Begrenzen und Beenden der Einatmungsphase gewählt worden sind.
  • Der genaue Fluss, das genaue Volumen oder der genaue Druck, der durch die Einatmungsleitung 22 zugeführt wird, wird von dem Controller auf Grundlage der EPROM-gespeicherten Kompressorcharakterisierungsdaten gesteuert, die von dem Controller empfangen werden, sowie durch eine periodische oder kontinuierliche Überwachung der Drehgeschwindigkeit des Rotors 104 und der Druckänderung (ΔP) zwischen der Einlassseite 32 und der Auslassseite 34 des Kompressors 30, wie von dem Differenzdruckwandler 36 überwacht.
  • In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist der Controller 12 programmiert, um durch einen von zwei verfügbaren Algorithmen einer geschlossenen Schleife; Volumen oder Druck, Atemzüge zu liefern.
  • BEISPIEL: VOLUMEN-ATEMZÜGE
  • Vor der Initiierung eines Volumen-Atemzugs erzeugt der Controller 12 eine vordefinierte Befehlswellenform des Flusses-über-der-Zeit. Die Wellenform wird unter Verwendung der gegenwärtigen Fluss-, Volumen- und Wellenform-Eingangseinstellungen von dem vorderen Feld erzeugt. Da das mathematische Integral des Flusses-über-der-Zeit gleich zu dem gelieferten Volumen ist, kann der Controller die geeignete Einatmungszeit bestimmen.
  • Sobald der Volumen-Atemzug getriggert worden ist, verwendet der Controller Steuertechniken für geschlossene Schleifen, die in dem technischen Gebiet altbekannt sind, um den Kompressor anzutreiben, periodisch den Kompressordifferenzdruck und die Drehgeschwindigkeit zu lesen, und ruft dann die spezifischen gespeicherten Kompressorcharakterisierungsdaten auf, um an der tatsächlichen Flussrate anzukommen. Sobald eine tatsächliche Flussrate bekannt ist, wird sie mit dem gegenwärtigen vorgegebenen Fluss verglichen oder "zurückgeführt", und ein sich ergebender Fehler wird abgeleitet. Der Fehler wird dann durch einen Steueralgorithmus verarbeitet und die Kompressorgeschwindigkeit wird entsprechend eingestellt, um die gewünschte Flussrate zu liefern. Der Prozess wird kontinuierlich wiederholt, bis die Einatmung vollendet ist.
  • BEISPIEL: DRUCK-ATEMZÜGE
  • Druck-Atemzüge umfassen mehrere Atemzug-Typen wie eine Druckunterstützungs- oder Drucksteuerung. Bei diesen Atemzug-Typen befiehlt der Controller dem Kompressor einen Fluss wie erforderlich bereitzustellen, um einen Druck als Eingabe von dem vorderen Feld zu erreichen.
  • Sobald ein Druck-Atemzug getriggert worden ist, schließt der Controller die Steuertechniken für eine geschlossene Schleife, die in dem technischen Gebiet altbekannt sind, um den Kompressor 30 anzusteuern und den gewünschten Patientenluftwegdruck zu erreichen. Der Controller liest periodisch den tatsächlichen Lufwegdruck. Sobald ein tatsächlicher Druck bekannt ist, wird er "zurückgekoppelt" und mit dem gegenwärtig befohlenen Druck verglichen, und ein sich ergebender Fehler wird abgeleitet. Der Fehler wird dann durch einen Steueralgorithmus verarbeitet und die Kompressorgeschwindigkeit wird entsprechend eingestellt, um den gewünschten Druck zu liefern. Dieser Prozess wird kontinuierlich wiederholt, bis die Einatmung vollendet ist.
  • Für beide Atemzug-Typen wird der Controller dem Kompressormotor 102 signalisieren zu stoppen oder auf einen Basislinienpegel abzubremsen, wodurch ein zyklischer Betrieb des Ventilators auf die Ausatmungsphase vorgenommen wird, sobald die gewählte Einatmungsabschlussvariable erreicht ist.
  • D. EINE BEVORZUGTE SAUERSTOFF-MISCHVORRICHTUNG
  • Wenn eine Sauerstoffanreicherung des Einatmungsflusses gewünscht ist, kann der Controller 12 zusätzlich programmiert oder ausgerüstet werden, um den Betrieb der Sauerstoff Mischvorrichtung 16 zu steuern, um eine vorgegebene Sauerstoffmenge mit einer Umgebungsluft, die durch den Lufteinlass 24 gezogen wird, zu mischen, wodurch ein Einatmungsfluss mit einem vorgeschriebenen Sauerstoffgehalt (FiO2) zwischen 21%–100% bereitgestellt wird.
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt, umfasst die bevorzugte Sauerstoff Mischvorrichtung 16 eine Lufteinlassleitung 24, die sich in ein hohles Gefäß oder einen Akkumulator 54 öffnet.
  • Die Sauerstoffeinlassleitung 26 ist mit einer verdichteten Sauerstoffquelle verbunden und führt über eine Rohrleitung zu einer Reihe von Solenoidventilen 52. Obwohl nicht zur Beschränkung gedacht, werden in der bevorzugten Ausführungsform, wie in 3 gezeigt, fünf (5) getrennte Solenoidventile 52a– 52e verwendet. Jedes derartige getrennte Solenoidventil 52a–52e weist eine spezifische (gewöhnlicher Weise unterschiedliche) bemessene Flusseinschränkungsöffnung auf, die darin so gebildet ist, dass jedes derartige Solenoidventil 52a–52e erlauben wird, dass unterschiedliche Sauerstoffmengen in den Akkumulator 54 pro Einheitszeit, in der jedes derartige Solenoidventil 52a–52e in einer offenen Position gehalten wird, fließen. Der Controller 12 ist vorprogrammiert, um die spezifische Periode (spezifische Perioden) der Zeit, in der jedes Solenoidventil 52a–52e offen bleiben muss, zu bestimmen, um die benötigte Sauerstoffmenge an dem Akkumulator 54 bereitzustellen, um zu der vorgeschriebenen Sauerstoffkonzentration (FiO2) zu führen.
  • ALGORITHMUS FÜR EINE BEVORZUGTE SAUERSTOFF-MISCHVORRICHTUNG
  • Die Drehgeschwindigkeit des Rotors 104 und der Differenzdruck über der Einfluss/Ausfluss-Rohrleitung 108 werden durch den Controller 12 gemessen und aus diesen Daten kann der Controller 12 den Fluss des Gases durch den Kompressor 30 von dem Akkumulator 54 bestimmen. Der Controller 12 integriert den Luftfluss, der durch den Kompressor 30 gezogen wird, um das akkumulierte Volumen des angereicherten Gases zu bestimmen, das von dem Akkumulator 54 gezogen wird. Um den Gasfluss auf einen vorgeschriebenen FiO2-Pegel zu halten, muss ein Teil dieses entfernten Volumens in dem Akkumulator 54 mit reinem Sauerstoff ersetzt werden.
  • Das akkumulierte Volumen wird mit einem vorgegebenen Triggervolumen für jedes der Solenoide 52a–52e verglichen, das in der bevorzugten Ausführungsform durch die folgende Gleichung definiert wird: Triggervolumen = (Solenoidfluss*Zeit*79)/[(FiO2 – 21)*2]
  • Beginnend mit dem kleinsten wird jedes Solenoid, welches gegenwärtig nicht offen ist, verglichen. Wenn das akkumulierte Volumen das Triggervolumen für ein Solenoid 52 erreicht, öffnet der Controller 12 das Solenoid 52 für eine Zeitperiode, wobei ermöglicht wird, dass Sauerstoff von der Sauerstoffeinlassleitung 26 durch das Solenoid 52 und in den Akkumulator 54 hineinfließt. Der Controller 12 stellt dann das akkumulierte Volumen geeignet ein, indem ein Volumen, proportional zu dem Volumen des an den Akkumulator 54 gelieferten Sauerstoffs, von dem akkumulierten Volumen subtrahiert wird, was mit der folgenden Gleichung definiert wird: Subtrahiertes Volumen = (Solenoidfluss*Zeit*79)/(FiO2 – 21).
  • Dieser Prozess wird kontinuierlich wiederholt.
  • Das Triggervolumen, das der Controller 12 verwendet, um ein individuelles Solenoid 52a–52e zu öffnen, ist für jedes Solenoid 52 unabhängig und ist eine Funktion der Flusskapazität des bestimmten Solenoid 52a–52e, des vorgeschriebenen FiO2-Pegels, und des Zeitbetrags, über den das Solenoid 52 offen ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Zeitbetrag, über den jedes Solenoid 52 offen ist, der gleiche für jedes Solenoid 52, kann sich aber als eine Funktion eines Sauerstoff-Einlassdrucks verändern.
  • BEISPIEL: LIEFERUNG VON 0,6 FiO2 UNTER VERWENDUNG VON 4 SOLENOIDEN
  • In diesem Beispiel weist die Sauerstoff-Mischvorrichtung 4 Solenoide mit Flüssen von 5 lpm, 15 lpm, 40 lpm bzw. 80 lpm auf. Die FiO2-Einstellung ist 60%, so dass die Triggervolumen für jedes der 4 Solenoide 8 ml, 25 ml, 66 ml bzw. 133 ml sind. Ferner wird ein konstanter Sauerstoffeinlasseindruck angenommen, was zu einer "Ein"-Zeit von 100 ms für die Solenoide, einem Kompressorfluss von 60 lpm und einer Periode von 1 ms führt. Die folgende Tabelle beschreibt den Zustand der Sauerstoff-Mischvorrichtung nach verschiedenen Iterationen:
  • Figure 00270001
  • Somit wird durch unabhängiges Betreiben der vier (4) getrennten Solenoide, wie in der obigen Tabelle gezeigt, ein 0,6 FiO2 konsistent durch den Kompressor 30 geliefert.
  • E. EIN BEVORZUGTES AUSATMUNGSVENTIL UND EIN AUSATMUNGSFLUSSWANDLER
  • Bezugnehmend allgemein auf die 11a–11e wird das bevorzugte Ausatmungsventil der vorliegenden Erfindung mit einem Ausatmungsflusswandler dargestellt. Mit Hilfe des Überblicks umfasst das Ausatmungsventil 18 ein Gehäuse, das einen Ausatmungsflusspfad dadurch definiert, und ein Ventilsystem zum Steuern des Luftwegdrucks während der Ausatmungsphase des Ventilationszyklus. Das Ausatmungsventil 18 verwendet gemeinsam zahlreiche strukturelle und funktionale Attribute mit dem Ausatmungsventil, das in dem United States Patent mit der Nr. 5,127,400 (DeVries et al.) mit dem Titel Ventilator Exhalation Valve, erteilt am 7. Juli 1994, beschrieben ist.
  • Zusätzlich beinhaltet der Ausatmungsventil-Aufbau 18 der vorliegenden Erfindung zusätzlich einen Ausatmungsflusswandler 230, der dazu dient, um einen Ausatmungsfluss von dem Patienten zu überwachen, und erzeugt ein Ausgangssignal an dem Controller 12. Das Ausgangssignal wird dann von dem Controller verwendet, um zu bestimmen, wenn eine Patientenausatmung aufgehört hat, um einen Einatmungsfluss an den Patienten dadurch zu initiieren. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Ausatmungsflusswandler 230 in dem Ausatmungsventil 18 in einem gemeinsamen Aufbau angebracht, um Herstellungsungenauigkeiten zu minimieren. Ferner werden die bestimmten Betriebscharakteristiken des Ausatmungsflusswandlers 230 innerhalb einer Speichereinrichtung gespeichert, die mit dem Controller 12 in Verbindung steht, um eine Genauigkeit in Flussmessungen sicherzustellen. Der Ausatmungsflusswandler 230 verwendet gemeinsam zahlreiche strukturelle und funktionale Attribute mit dem Flusswandler, der in dem United States Patent mit der Nr. 4,993,269, erteilt für Guillaume et al., mit dem Titel Variable Orifice Flow Sensing Apparatus, erteilt am 19. Februar 1991, beschrieben ist.
  • Unter Bezugnahme insbesondere auf die 11a bis 11e ist das Ausatmungsventil 18 der vorliegenden Erfindung ausgebildet, dass es ein Gehäuse 200 mit einem Ausatmungsröhrenverbinder 202, der an einer ersten Stelle darauf gebildet ist, und einen Ausflussanschluss 204, der an einer zweiten Stelle darauf gebildet ist, aufweist. Ein Ausatmungsgasfluss-Weg 206 erstreckt sich durch das Innere des Gehäuses 200, so dass das Ausatmungsgas von dem Ausatmungsröhrenverbinder 202 durch den Ausatmungsweg 206 innerhalb des Innenraums des Ausatmungsventils 18 fließen kann und danach an den Ausflussanschluss 204 heraus geführt werden. In der Mitte durch den Ausatmungsflussweg 206 ist ein ringförmiger Ventilsitz 208 gebildet. Der ringförmige Ventilsitz 208 kann in einer Ebene angeordnet sein, die parallel zu der Ebene der flachen Membran 210 ist, oder alternativ. wie in der gezeigten Ausführungsform, kann der ringförmige Ventilsitz 208 geringfügig in bezug auf die Ebene, in der die flache Membran 210 positioniert ist, angewinkelt oder verjüngt sein. Eine derartige Anwinkelung oder Verjüngung des Ventilsitzes 208 erleichtert ein Aufsetzen der Membran 210 auf den Ventilsitz 208 ohne ein Klappern oder Wegspringen der Membran 210. Die elastomerische Platte oder die Membran 210 ist konstruiert und konfiguriert, um am Anfang die sich am weitesten erstreckende Seite des angewinkelten Ventilsitzes 208 zu kontaktieren und um sich danach auf den Rest des angewinkelten Ventilsitzes 208 abzusetzen oder daran angepasst zu sein, wodurch die Möglichkeit eines Klapperns oder Zurückspringens vermieden wird, was auftreten kann, wenn die Membran 210 auf einen flachen nicht-angewinkelten Ventilsitz 208 aufgesetzt wird.
  • Die Disk oder Membran 210 ist vorzugsweise an dem umgebenden starren Gehäuse 200 mit Hilfe eines ringförmigen flexiblen Federrings 212 angebracht. Der Federring 212 dient dazu, die Platte (Disc) oder Membran 210 in einer axialen Ausrichtung zu dem ringförmigen Ventilsitz 208 zu halten, während der Platte oder der Membran 210 erlaubt wird, zwischen einer geschlossenen Position, an der die Membran 210 fest auf dem Ventilsitz 208 (11a) aufsitzt, und einer vollständig offenen Position, an der die Platte oder Membran 210 nach hinten in den angrenzenden Hohlraum innerhalb des Gehäuses 200 zurückgezogen ist, wodurch ein nicht eingeschränkter Flusspfad 206 bereitgestellt wird, durch den ein Ausatmungsgas fließen kann, alternativ vor- und zurück zu bewegen.
  • Eine Druckverteilungsplatte 214 ist auf der Rückseite der Membran 210 angebracht. Eine hohle Betätigungswelle 216 ist innerhalb des Gehäuses 200 angebracht und ist axial vor- und zurückbewegbar, um die Position der Membran 210 relativ zu dem Ventilsitz 208 zu steuern. Ein kugelförmiges Auslöseelement 218 ist auf dem distalen Ende einer hohlen Betätigungswelle 216 angebracht. Eine entsprechende Druckverteilungsplatte 214 ist auf der Rückseite der Membran 210 angebracht. Eine Vorwärtsbewegung der Betätigungswelle 216 veranlasst das kugelförmige Auslöseelement 218 einen Vorwärtsdruck auf die Platte 214 auszuüben, wodurch die Membran 210 in Richtung auf ihre geschlossene Position gezwungen wird. Wenn die Betätigungswelle 216 in einer vollständig vorwärts liegenden Position ist, dann wird die Membran 210 in einer festen Anlage an dem ringförmigen Ventilsitz 208 gehalten werden, wodurch ein Fluss durch den Weg 206 beendet wird. Im Gegensatz dazu, wenn die Betätigungswelle 216 zurückgezogen ist, bewegt sich die Membran 210 von dem Ventilsitz 208 weg, wodurch ein Fluss durch den Weg 206 ermöglicht wird, wodurch ein Fluss durch den Weg 206 ermöglicht wird.
  • Die Bewegung der Welle 216 wird mit Hilfe einer Anordnung einer elektrischen Induktionsspule 220 und eines Spinnenwickelkörpers 222 gesteuert. In der bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Induktionsspule 220 gebildet, ohne einen internen Halterungsaufbau aufzuweisen, der typischer Weise in Induktionsspulen verwendet wird, um Trägheitserwägungen zu minimieren. Diesbezüglich ist die Spule 220 typischer Weise durch Aufwickeln auf einem Dorn gebildet und wird danach in dieser aufgewickelten Konfiguration mit Hilfe einer Anwendung eines geeigneten Binders oder Lacks gehalten. Zusätzlich ist in der bevorzugten Ausführungsform der Wickelkörper 222 vorzugsweise so gebildet, dass er eine Querbalkenkonstruktion aufweist, wie in 11a gezeigt, um die Masse des Wickelkörpers 222 zu verringern, während dessen strukturelle Integrität aufrechterhalten wird. In ähnlicher Weise ist die Welle 216 vorzugsweise aus einem hohlen Material aus rostfreiem Stahl gebildet, um so relativ stark zu sein und dennoch von einem geringen Gewicht, welches ausreichend ist, um Trägheitserwägungen zu minimieren.
  • Wie gezeigt, ist der Wickelkörper 222 an dem distalen Ende der Induktionsspule 220 befestigt und die Welle 216 erstreckt sich durch eine Öffnung, die in der Mitte des Wickelkörpers gebildet ist und reibungsmäßig oder irgendwie anders an dem Wickelkörper befestigt ist, so dass die Welle 216 sich in Übereinstimmung mit dem Wickelkörper 222 und der Spule 220 vor- und zurückbewegen wird. Wenn der Strom zunimmt, der in die Induktionsspule 220 hineinfließt, wird sich die Spule 220 nach hinten in den Spulenaufnahmeraum 226 um dem Magneten herum bewegen, wodurch die Welle 216 und ein abgestumpftes Auslöseelement 218 in der Rückwärtsrichtung bewegt wird und der Membran 210 erlaubt, sich in eine offene Position weg von dem Ventilsitz 208 des Ausatmungsflusspfads 206 zu bewegen. Wenn die Membran 210 in einer derartigen offenen Position ist, kann ein Ausatmungsfluss von dem Patienten PT durch den Ausatmungsflussweg 206 und von dem Ausatmungsanschluss 204 heraus fließen.
  • Wenn im Gegensatz dazu der Ausatmungsfluss abgenommen hat oder aufgehört hat, kann sich die Richtung des Stroms in die Induktionsspule hinein ändern, wodurch bewirkt wird, dass sich die Induktionsspule nach vorwärts bewegt. Eine derartige Vorwärtsbewegung der Induktionsspule 220 wird den Wickelkörper 222, die Welle 216, und das kugelförmige Auslöseelement 218 in einer Vorwärtsrichtung antreiben, so dass das kugelförmige Auslöseelement 218 an die Flussverteilungsplatte 214 auf der Rückseite der Membran 210 drücken wird, was die Membran veranlassen wird, sich auf den Ventilsitz 208 zu setzen. Wenn die Membran 210 auf dem Ventilsitz 208 sitzt, kann die Einatmungsphase des Ventilatorzyklus beginnen und es wird verhindert werden, dass Umgebungsluft in die Patientenschaltung durch den Ausatmungsanschluss 204 zurückfließt oder dorthin eingeatmet wird.
  • In der bevorzugten Ausführungsform ist eine elastomerische Haube 217 oder eine Schmutzbarriere um den distalen Abschnitt der hohlen Betätigungswelle 216 herum angebracht, und ist konstruiert und konfiguriert, um der Welle 216 zu ermöglichen, sich zwischen ihrer vollständig ausgestreckten geschlossenen Position und einer vollständig zurückgezogenen offenen Position frei hin- und herzubewegen, während verhindert wird, dass Schmutz oder Feuchtigkeit in die Induktionsspule 220 sickert oder fließt.
  • Wie am besten in 11, und den 11a und 11e gezeigt, umfasst das Gehäuse des Ausatmungsventils 18 einen vorderen Abschnitt, der durch die Gehäusesegmente 200b, 200c und 200d gebildet ist. Ein Luftwegdruckweg 241 ist innerhalb des Gehäuseabschnitts 200b vorgesehen, was ermöglicht, dass der Druck innerhalb des Ausatmungswegs 206 in Verbindung mit einem Luftwegdruckröhrenverbinder 233 gebracht wird. Der Luftwegdruckröhrenverbinder 233 ist über eine Röhrenverbindung mit einem Luftwegdruckwandler 68 (in 2 gezeigt) verbunden, der den Luftwegdruck überwacht und ein Signal an den Controller 12 ausgibt. Auf Grundlage von gewünschten Betriebsbedingungen erhöht und verringert der Controller 12, im Ansprechen auf einen Empfang des Drucksignals von dem Druckwandler 68, die an die Spule 220 angelegte Spannung, um einen gewünschten Druck innerhalb des Ausatmungsluftwegs 206 aufrechtzuerhalten. Wie erkannt werden wird, ist eine derartige Überwachung des Luftwegdrucks während eines Betriebs des Ventilatorzyklus kontinuierlich.
  • Wie voranstehend erwähnt, ist der Ausatmungsflusswandler 230 vorzugsweise mit dem Ausatmungsventilgehäuse angeordnet und dient zur Überwachung eines Ausatmungsflusses von dem Patienten PT. Insbesondere beinhaltet der Ausatmungsflusswandler 230 vorzugsweise ein Rückkopplungssteuersystem zum Bereitstellen einer Echtzeitüberwachung der tatsächlichen Ausatmungsflussrate des Patienten. Wie am besten in der 11a und 11c gezeigt, ist der Ausatmungsflusswandler 230 in den Ausatmungsflusspfad 206 innerhalb des Gehäusesegments 200b eingebaut. Der Flusswandler 230 ist vorzugsweise aus einer flachen Schicht aus einem flexiblen Material mit einem ausgeschnittenen Bereich 406, der darin gebildet ist, gebildet. Ein Umfangsabschnitt 408 der flachen Schicht existiert außerhalb des ausgeschnittenen Bereichs 406 und ein Klappenabschnitt 231 ist innerhalb des ausgeschnittenen Bereichs 406 definiert. Rahmenelemente 410 und 412, die vorzugsweise aus einem Polymermaterial gebildet sind, sind auf gegenüberliegenden Seiten der flachen Schicht angebracht, um so einen nach innen wirkenden Klemmdruck auf den Umfangsabschnitt 408 der flachen Schicht auszuüben. Der Klappenabschnitt 231 der flachen Schicht wird somit in seiner gewünschten transversalen Position innerhalb der offenen zentralen Öffnung 14a und 14b des Wandleraufbaus gehalten und ein derartiger Klappenabschnitt 231 ist somit in der Lage, sich nach unten im Ansprechen auf einen Ausatmungsfluss zu verbiegen.
  • Um die Einleitung von mechanischen Spannungen innerhalb des Flusswandler-Aufbaus 230 zu minimieren, ist ein Rahmenelement 411 vorzugsweise in einer anliegenden Nebenordnung zu der Außenbordoberfläche von wenigstens einem der Rahmenelemente 410, 412 positioniert. In der bevorzugten Ausführungsform, die in 11c gezeigt ist, ist das Rahmenelement 411 in Anlage zu dem oberen Rahmenelement 410 positioniert. Ein derartiges Rahmenelement 411 umfasst einen Metallrahmenabschnitt 413 und umfasst eine elastomerische Dämpfungsdichtung oder eine Unterlegscheibe 415, die auf der unteren Seite davon angeordnet ist. Eine zentrale Öffnung 14c ist in dem Rahmenelement 411 gebildet, wobei eine derartige Öffnung 14c von der gleichen Konfiguration wie die und in einer axialen Ausrichtung zu den zentralen Öffnungen 14a, 14b der oberen und unteren Rahmenelemente 410, 412, ist.
  • Obere und untere Anlageschultern 418a, 418b sind innerhalb des Ausatmungsventilgehäuses 200 gebildet, um reibungsmäßig an dem Flusswandleraufbau 230 in dessen gewünschter Betriebsposition anzugreifen und diesen zu halten. Wenn sie so eingefügt ist, wird die obere Eingriffsschulter 418a an der oberen Oberfläche des Rahmenelements 411 anliegen, und die untere Anlageschulter 418b wird an der unteren Oberfläche des unteren Rahmenelements 412 anliegen, wodurch die gewünschte, nach innen wirkende Kompressionskraft auf den Flusswandleraufbau 230 ausgeübt wird. Es lässt sich erkennen, dass der Einbau der Dämpfungsunterlegscheibe 415 dazu dient, den Klemmdruck um den Umfangsabschnitt 408 gleichmäßig zu verteilen, wodurch die Erzeugung einer lokalisierten mechanischen Spannung innerhalb des Flusswandlers 230 minimiert wird.
  • Wenn der Wandleraufbau 230 betriebsmäßig zwischen den oberen und unteren Anlageschultern 418a, 418b positioniert ist, wird ein stromaufwärts liegender Druckanschluss 232 stromaufwärts von der Klappe 231 angeordnet sein, und ein stromabwärts liegender Druckanschluss 234 wird stromabwärts von der Klappe 231 angeordnet sein. Mit einer derartigen Anordnung können Drucke gleichzeitig durch den stromaufwärts liegenden Druckanschluss 232 und den stromabwärts liegenden Druckanschluss 234 gemessen werden, um die Differenz in den Drucken stromaufwärts und stromabwärts von der Klappe 231 zu bestimmen.
  • Wenn ein Ausatmungsgasfluss nach außen fließt durch den Auslassanschluss des Ausatmungsventils 18, wird sich der Klappenabschnitt 231 des Flusswandlers 230 verbiegen oder bewegen, wobei ermöglicht wird, dass ein derartiger Ausatmungsgasfluss darüber geht, wobei aber auch eine mäßige Flusseinschränkung erzeugt wird. Die Flusseinschränkung, die von dem Flusswandler 230 erzeugt wird, führt dazu, dass eine Druckdifferenz über dem Flusswandler 230 entwickelt wird. Eine derartige Druckdifferenz kann durch Druckanschlüsse 232 und 234, die auf der gegenüberliegenden Seite des Flusswandlers 230 angeordnet sind (wie in 11a gezeigt) überwacht werden, wobei diese Druckanschlüsse in einer Flusskommunikation durch interne Durchgänge, die innerhalb des Gehäusesegments 200c, 200b und 200a gebildet sind, mit Röhrenverbindungen 240 und 235 sind. Ein Rohrleitungseinsatz 201 kann auf dem stromabwärts liegenden Druckanschluss 232 angebracht sein, so dass der Rohrleitungseinsatz 201 in den Ausatmungsflusspfad 206 hinein, stromaufwärts von der Klappe 231, vorsteht. Eine Vielzahl von Einlassöffnungen 201a, deren Anzahl vorzugsweise vier ist, sind um die äußere Seitenwand des Rohrleitungseinsatzes 201 gebildet, und kommunizieren über einen gemeinsamen zentralen Durchgang mit dem stromaufwärts liegenden Druckanschluss 232, wodurch eine genaue Messung des Drucks innerhalb des Ausatmungsflusspfads 206 an dieser Stelle ermöglicht wird.
  • Ein Ausatmungsdifferenzdruckwandler 70 (in 2 gezeigt) kann innerhalb des Gehäuses oder der Umhüllung des Ventilators 10 angeordnet sein. Der Ausatmungsdifferenzdruckwandler 70 ist über eine Röhrenverbindung mit den ersten und dritten Druckanschluss-Röhrenverbindern 240 und 235 verbunden, um so die Differenz zwischen dem Druck stromaufwärts (P1) und dem Druck stromabwärts (P2) des Flusswandlers 230 kontinuierlich zu messen und an dem Controller 12 bereitzustellen. Die Druckdifferenz, die von dem Ausatmungsdifferenzdruckwandler 70 bestimmt wird, wird an den Controller kommuniziert (geleitet), und der Controller ist betriebsmäßig programmiert, um die tatsächliche Flussrate zu berechnen, bei der ein Ausatmungsgas von dem Flusskanal 206 austritt. Wie erkannt werden wird, kann die Ausatmungsflussrate von dem Controller 12 für unterschiedliche Zwecke verwendet werden, beispielsweise eine Triggerung einer Initiierung eines nächsten Einatmungszyklus. Obwohl die bestimmte Ausbildung und die Anbringung der Struktur, die für den Ausatmungsflusswandler 230 verwendet wird, eine exzeptionelle Genauigkeit in den meisten Situationen bereitstellt, hat die Anmelderin festgestellt, dass es in bestimmen Umständen wünschenswert ist, jegliche Ungenauigkeiten, die durch Herstellungs- und Zusammenbautoleranzen verursacht werden, zu beseitigen. An sich werden die spezifischen Betriebscharakteristiken jedes Ausatmungsflusswandlers 203, d. h. die Druckdifferenz für spezifische Flussraten, für Kalibrierungszwecke gemessen und auf einem Speichermedium gespeichert, das innerhalb des Ausatmungsventilgehäuses 18 enthalten ist. Diese spezifische Charakterisierungs- und Kalibrierungsinformation auf einem Funkfrequenztransponder 203 des Typs codiert, der kommerziell unter dem Produktnamen Tiris erhältlich ist und von Texas Instruments aus Austin, Texas, hergestellt wird. Der Funkfrequenztransponder 203 und seine zugehörige Sender/Empfänger-Antenne 203a können innerhalb des Ausatmungsventilgehäuses 200 angebracht sein, wie in 11c gezeigt. Zusätzlich ist ein Funkfrequenz-Sender/Empfänger innerhalb des Ventilatorsystems 10 positioniert, so dass auf einen Befehl des Controllers 12 hin die Kalibrierungs- und Charakterisierungsdaten, die innerhalb des Transponders 203 enthalten sind, über eine Funkfrequenz an den Empfänger übertragen und innerhalb des Controllers 12 gespeichert werden. Danach verwendet der Controller 12 derartige gespeicherte Kalibrierungs- und Charakterisierungsdaten, um spezifisch eine Ausatmungsflussrate auf Grundlage von Druckdifferenzwerten zu bestimmen, die von dem Differenzdruckwandler 70 erzeugt werden.
  • F. EINE BEVORZUGTE AUTOKALIBRIERUNGSSCHALTUNG
  • In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Ventilatoreinrichtung 14 des Ventilatorsystems 10 der vorliegenden Erfindung eine Auto-Kalibrierungsschaltung für ein periodisches Setzen des Systems auf Null, um Fehler in dem Tidenvolumen oder dem Einatmungsfluss, der von dem Schlepp-Kompressor 30 geliefert wird, zu vermeiden.
  • Insbesondere, wie in 2 gezeigt, umfasst die bevorzugte Auto-Kalibrierungsschaltung die folgenden Komponenten:
    • a) ein erstes Auto-Null-Ventil 74 auf der Leitung zwischen dem Einlass 32 des Kompressors 30 und dem Differenzdruckwandler 36;
    • b) ein zweites Auto-Null-Ventil 76 auf der Leitung zwischen dem ersten Druckanschluss des Ausatmungsventils 18 und der ersten Druck-(P1)-Seite des Ausatmungsdifferenzdruckwandlers 70;
    • c) ein drittes Auto-Null-Ventil 80 auf der Leitung zwischen dem zweiten Druck-(P2)-Anschluss 234 des Ausatmungsventils 18 und der zweiten Druck-(P2)-Seite des Ausatmungsdifferenzdruckwandlers 70;
    • d) ein viertes Auto-Null-Ventil 78 auf der Leitung zwischen dem Auslassanschluss 34 und dem Differenzdruckwandler 36; und
    • e) ein fünftes Auto-Null-Ventil 72 auf der Leitung zwischen dem Luftwegdruckanschluss 241 und dem Luftwegdruckwandler 68.
  • Jedes Auto-Null-Ventil 72, 74, 76, 78, 80 ist mit dem Controller 12 derart verbunden, dass bei gewählten Zeitintervallen während des Ventilationszyklus der Controller 12 den Auto-Null-Ventilen 72, 74, 76, 78, 80 signalisieren kann, sich zu dem atmosphärischen Druck zu öffnen. Während die Auto-Null-Ventile 72, 74, 76, 78, 80 zu dem atmosphärischen Druck offen sind, kann der Controller 12 jeden der Wandler 36, 68, 70, mit denen die jeweiligen Auto-Null-Ventile 72, 74, 76, 80 verbunden sind, erneut auf Null bringen. Ein derartiges periodisches Zurücksetzen auf Null der Druckwandler 36, 68 und 70 wird irgendeine Basislinien-(Null)-Drift korrigieren, die während eines Betriebs aufgetreten ist.
  • VENTILATORBETRIEB
  • Mit der definierten Struktur kann der grundlegende Betrieb des Ventilatorsystems 10 beschrieben werden. Es lässt sich erkennen, dass der bestimmte Ventilierungsmodus, der von einem Techniker gewählt wird, dem Controller 12 über die Eingangssteuerungen auf der Anzeige 380 hin eingegeben werden kann. Zusätzlich muss der Techniker die Einatmungs- und Ausatmungs-Röhrenverbindungsschaltung an dem Patienten PT anbringen, wie in 1 gezeigt.
  • Vor einer Initiierung einer Patientenventilation initiiert der Controller 12 seine Auto-Kalibrierungsschaltung und seine Systemüberprüfung, um sicherzustellen, dass sämtliche Systemparameter innerhalb von Betriebsspezifikationen sind. Danach wird eine Einatmung initiiert, wenn der Controller 12 den Schlepp-Kompressor 30 schnell beschleunigt. Während einer derartigen Beschleunigung wird Luft durch das Filter 50 und den Akkumulator 54 gezogen und an den Patienten PT über die Leitung 22 geliefert. Während einer derartigen Einatmungsphase überwacht der Controller 12 den Druckabfall über dem Kompressor 30 über den Druckwandler 36 und die Drehgeschwindigkeit des Rotors 104. Diese Daten werden dann in einem Fluss von dem Controller 12 über die Turbinencharakterisierungstabelle umgewandelt, um sicherzustellen, dass der richtige Fluss und das Volumen des Einatmungsgases an den Patienten PT geliefert wird. Zusätzlich wird während einer derartigen Einatmungsphase das Ausatmungsventil 18 in einer geschlossenen Position gehalten. Bei denjenigen Anwendungen, bei denen eine Sauerstoffmischung gewünscht ist, öffnet der Controller 12 zusätzlich gewählte der Solenoidventile 52a, 52b, 52c, 52d und 52e in einer zeitlich abgestimmten Sequenz, um ein gewünschtes Sauerstoffstoffvolumen an den Akkumulator 54 zu liefern, welches danach an den Patienten PT während Einatmungsflussbedingungen geliefert wird.
  • Wenn gewünscht wird, dass ein Einatmungsfluss beendet wird, stoppt der Controller 12 den Schlepp-Kompressor 30 und bremst ihn auf eine Basisdrehgeschwindigkeit ab, und der Patient ist frei durch eine Ausatmungsleitung 66 und durch das Ausatmungsventil 18 auszuatmen. In Abhängigkeit von dem gewünschten Ventilationsmodusbetrieb überwacht der Controller 12 den Ausatmungsdruck über den Druckwandler 68, der mit dem Luftweg verbunden ist, und stellt die Position des Ventils relativ zu dem Ventilsitz innerhalb des Ausatmungsventils 18 ein, um gewünschte Luftwegdrucke aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig überwacht der Controller 12 die Druckdifferenz, die über dem Ausatmungsflusswandler 230 existiert, über den Ausatmungsdruckwandler 70, um einen ausgeatmeten Fluss zu berechnen. Dieser ausgeatmete Fluss wird verwendet, um ein ausgeatmetes Volumen zu berechnen und einen Patienten-Trigger zu bestimmen. Wenn ein Atemzug entweder durch eine Maschine oder durch einen Patienten-Trigger aufgerufen wird, initiiert der Controller einen nachfolgenden Einatmungsflusszyklus, wobei ein nachfolgender Betrieb des Ventilatorsystems 10 zwischen Einatmungs- und Ausatmungszyklen wiederholt wird.
  • Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet werden erkennen, dass sich unterscheidende Ventilationsmoden, beispielsweise eine intermittierende Zwangsventilation (Intermittent Mandatory Ventilation, IMV), eine synchronisierte intermittierende Zwangsventilation (Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation, SMIV), eine gesteuerte mechanische Ventilation (Controlled Mechanical Ventilation, CMV) und eine Hilfssteuerungsventilation (Assist/Control Ventilation), alle verfügbare Betriebsmoden für den Ventilator 10 sind. Ferner werden Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen, dass durch eine geeignete Auswahl von Steuereingaben an dem Ventilator 10 sämtliche modernen Atemzug-Typen, die in der klinischen Praxis verwendet werden, gewählt werden können, beispielsweise ein von der Maschine zyklisch durchlaufender Zwangsatemzug, ein von der Maschine zyklisch durchlaufender Hilfs-Atemzug, ein von dem Patienten zyklisch durchlaufener Unterstützungs-Atemzug, ein vom Patienten zyklisch durchlaufener spontaner Atemzug, Volumen-gesteuerte Zwangsatemzüge, Volumen-gesteuerte Hilfs-Atemzüge, Druck-gesteuerte Atemzüge, Druck-Unterstützungsatemzüge, Säufzer-Atemzüge, eine proportionale Hilfsventilation und eine Druckunterstützung mit einem sichergestellten Volumen.

Claims (3)

  1. Ausatmungsventil (18) zum Steuern des Ausatmungsgasflusses von einem Säugerpatienten, wobei das Ausatmungsventil umfasst: ein Gehäuse (200), das einen Ausatmungsgasflussweg (206) dadurch definiert; einen Ventilsitz (208), der innerhalb des Ausatmungsgasflusswegs (206) gebildet ist; eine ringförmige Membran (210), die bewegbar innerhalb des Gasflusswegs, neben dem Ventilsitz, angeordnet ist, wobei die Membran an verschiedene Positionen zwischen und einschließlich der folgenden variabel hin- und herbewegbar ist; i) einer vollständig geschlossenen Position, an der die Membran fest an dem Ventilsitz aufsitzt, um zu verhindern, dass Gas durch den Weg fließt; und ii) einer vollständig offenen Position, an der die Membran von dem ringförmigen Ventilsitz weggezogen ist, um so einen im wesentlichen unbeschränkten Fluss des Ausatmungsgases durch den Weg zu erlauben; eine längliche Betätigungswelle (216) mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei das distale Ende der Betätigungswelle mit der Membran kontaktierbar ist, und wobei die Betätigungswelle axial hin- und herbewegbar ist, um die Positionierung der Membran zwischen der vollständig geschlossenen und der vollständig offenen Position zu steuern; eine elektrische Induktionsspule (220), die mit der Betätigungswelle (216) derart verbunden ist, dass ein Abfall in dem Strom, der in die Induktionsspule hineintritt, bewirken wird, dass sich die Welle in der distalen Richtung vorwärts bewegt, und ein Anstieg in dem Strom, der in die Induktionsspule hineintritt, bewirken wird, dass sich die Welle in der proximalen Richtung zurückzieht; eine Einrichtung (241, 233, 68) zum Bestimmen eines Luftwegdrucks; einen Mikroprozessor-Controller (12), der mit der Einrichtung zum Bestimmen des Luftweg-Drucks verbunden ist, und wobei der Controller mit einer positiven Ausatmungsdruckeinstellung versehen ist, und wobei der Controller mit der Induktionsspule verbunden und dafür ausgelegt ist, um an die Induktionsspule Steuersignale zu emittieren, um die Bewegung der Betätigungswelle im Ansprechen auf den gegenwärtigen Luftwegdruck zu steuern, wodurch der gegenwärtige Betrag des positiven Ausatmungsdrucks aufrechterhalten wird; wobei das Ausatmungsventil gekennzeichnet ist durch: eine Einrichtung (230, 70) zum Bestimmen der Flussrate des Ausatmungsgases, das von dem Ausatmungsventil herausfließt; eine Funkfrequenztransponderdatenbank (203) enthaltend die Flusscharakterisierungsdaten der Einrichtung zum Bestimmen der Flussrate des Ausatmungsgases, das von dem Ausatmungsventil herausfließt wobei der Controller ferner mit der Einrichtung (230, 70) zum Bestimmen der Flussrate des Ausatmungsgases, das von dem Ausatmungsventil heraustritt, verbunden ist und ausgerüstet ist, um einen Funkfrequenzeingang der charakteristischen Daten, die in der Funkfrequenztransponderdatenbank (203) enthalten sind, zu empfangen und derartige Daten zu verwenden, um die momentane Flussrate des Ausatmungsgases, das von dem Ausatmungsventil (18) heraustritt, zu bestimmen.
  2. Ausatmungsventil nach Anspruch 1, wobei der Controller (12) getrennt von dem Ausatmungsventil (18) angeordnet ist.
  3. Ausatmungsventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Controller (12) ferner dafür ausgelegt ist, um Eingangssignale von der Einrichtung (230, 70) zum Bestimmen der Flussrate, bei der das Ausatmungsgas durch den Ausatmungsgasflussweg nach außen fließt, und zum Emittieren von Steuersignalen an die Induktionsspule zum vollständigen Schließen der Membran, wenn die Flussrate auf ein vorgegebenes Basisniveau gefallen ist, wodurch das Ende der Ausatmungsphase angezeigt wird, zu empfangen.
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