WO1993020875A1 - Anästhesiemaschine - Google Patents

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WO1993020875A1
WO1993020875A1 PCT/DE1993/000348 DE9300348W WO9320875A1 WO 1993020875 A1 WO1993020875 A1 WO 1993020875A1 DE 9300348 W DE9300348 W DE 9300348W WO 9320875 A1 WO9320875 A1 WO 9320875A1
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gas
valve
expiratory
inspiratory
branch
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PCT/DE1993/000348
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Inventor
Anton Obermayer
Original Assignee
Anton Obermayer
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Publication date
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Priority to US08/318,721 priority patent/US5520172A/en
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10—Preparation of respiratory gases or vapours
    • A61M16/104—Preparation of respiratory gases or vapours specially adapted for anaesthetics
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61M16/0057—Pumps therefor
    • A61M16/0078—Breathing bags

Definitions

  • the invention relates to an anesthesia machine according to the preamble of claim 1.
  • Ventilators or breathing aids are used to ventilate patients before or after an operation in cases where the patient's own breathing ability is insufficient.
  • an anesthesia machine is used for the special treatment of the patient during an operation.
  • Anesthesia is usually performed as a so-called inhalation anesthetic during major surgical interventions.
  • the anesthetic gas mixture which consists of oxygen, laughing gas and a vaporous anesthetic, is fed to the patient via an anesthesia machine. Ventilation is carried out at the same time.
  • An anesthetic ventilator is described for example in EP 0 058 706 B1.
  • FIGS. 6 to 13 explain the prior art relevant to the present invention for better understanding in the following.
  • a known anesthesia machine 1 essentially consists of three main groups, namely an anesthetic device 2, a ventilation part 3 and an anesthetic system 4.
  • the anesthetic device 2 with high-pressure gas supply is used to produce a fresh gas flow 5, ie. H. an anesthetic gas mixture consisting of oxygen, nitrous oxide and the anesthetic.
  • the fresh gas 5 is fed continuously or discontinuously into the anesthetic system 4.
  • the anesthetic system 4 represents the central functional unit of an anesthesia machine, with which the actual gas exchange between the machine and the patient is accomplished.
  • the gas exchange is achieved by the patient in the form of spontaneous breathing, or in the case of failure of spontaneous breathing by mechanical or manual ventilation.
  • the ventilation takes place through the additional ventilation part 3.
  • the exhaled gas which flows back from the patient 6 into the anesthetic system 4 via the line 7 is not used again, but completely removed from the system via the anesthetic gas suction 8.
  • the amount of gas required by the patient (breathing gas> must be supplied to the anesthetic system 4 as fresh gas 5 from the anesthetic machine 2 via the supply line 10.
  • the gas supply line 10 is referred to as the inspiratory branch, the gas discharge line 7 as the expiratory branch.
  • a dashed circuit 11 is shown in FIG. H. the expiratory gas from the expiratory line 7 goes partially into the
  • the breathing gas 9 is conditioned by mixing the fresh gas 5 with the expiratory gas, which has 100% atmospheric humidity and a temperature of 37 degrees. The air conditioning therefore heats and humidifies the inspiratory breathing gas.
  • the lower need for fresh gas 5 is also noticeable in terms of cost.
  • the expired breathing gas 9 ' is completely collected in the expiratory line 7 in the anesthetic system 4 and is returned to the patient 6 in the next inspiration.
  • This is represented by the closed circuit 11 in FIG. 8, ie anesthesia gas suction is completely absent.
  • the required fresh gas flow 5 is minimal in this system according to FIG. 8, since only that from the patient used oxygen and the stored laughing gas and anesthetic must be supplied.
  • the fresh gas flow 5 is therefore minimal, which also has a low environmental impact from the anesthetic gases due to a lack of anesthetic gas suction.
  • optimal air conditioning, ie heating and humidification of the inspiratory breathing gas 9 is achieved.
  • the anesthetic machines on the market are usually either designed only for the semi-open anesthetic system or only for the semi-closed anesthetic system or switchable for both systems.
  • FIGS. 9a, 9b Either so-called “flow choppers” or so-called “respirators with compressed gas storage” are used for the so-called “half-open anesthetic system” for the ventilation part.
  • a “flow chopper” with a controlled expiration valve is shown in FIGS. 9a, 9b.
  • Figure 9a shows the inspiratory phase
  • Figure 9b shows the expiratory phase.
  • the reference numerals used in FIGS. 6 to 8 are also used in the following for identical parts.
  • the expiration valve 13 when the expiration valve 13 is closed, the patient's lung is filled by the fresh gas 5 coming from the combined anesthetic device 2 with the respiratory machine 3 and high pressure gas supply via the inspiratory branch 10.
  • the patient can exhale via the expiration line 7 with the expiration valve 13 open.
  • the sustained fresh gas flow 5 is also discharged into the open via the expiration valve 13 or into an anesthetic suction 8 (arrow 19).
  • the expired breathing gas is not intended to be returned. This system is therefore uneconomical and expensive and requires an additional device for the air conditioning of the inspiratory gas.
  • this anesthetic system has, in addition to the anesthetic machine 2, an additional compressed gas store 14 as a ventilation part 3, which consists of a fixed plate 15 and a movable plate 16 and a compression spring system 17. Furthermore, this semi-open anesthetic system has a controllable inspiration valve 18. In the inspiratory phase according to FIG. 10a, the inspiration valve 18 is open and the controlled expiration valve 13 is closed.
  • the fresh gas 5 flows to the patient via the inspiratory branch 10 when the inspiration valve 18 is open.
  • the ventilator-forming compressed gas reservoir 14 is filled continuously or discontinuously by the high pressure gas supply to the anesthetic device 2 up to a pressure of approximately 5 bar.
  • the adjustable Inspirationsventils 18 is a very precise gas metering possible, which allows ventilation of neonates.
  • this system is characterized by high gas tightness.
  • the high gas consumption and the lack of air conditioning due to the half-open anesthesia system are disadvantageous, because in the expiratory phase shown in FIG.
  • the expired breathing gas is completely lost to the environment or in the anesthetic suction 8 when the expiration valve 13 is open (arrow 19).
  • the inspiration valve 18 remains closed and the fresh gas 5 flows into the compressed gas storage 14 and charges it again against the force of the pressure spring system 17.
  • FIGS. 11 and 12 A further solution for a "half-open anesthetic system" according to the known system is given in FIGS. 11 and 12, with FIGS. 11a, 12a each representing the inspiratory and FIGS. 11b, 12b the expiratory phases.
  • a piston pump 20 is used as the ventilation part 3 instead of the compressed gas reservoir 14 in FIG.
  • This piston pump 20 is expanded in FIG. 12 by the so-called “bag in the bottle” principle, the arrangement of which is identified by reference number 21.
  • a normal check valve 22 is provided in the embodiment according to FIGS. 11, 12.
  • the piston pump 20 is driven in the inspiratory phase and presses the fresh gas 5 present in the associated cylinder space via the automatically opening check valve 22 in the inspiration branch 10 to the patient.
  • the controllable expiration valve 13 is closed.
  • the expiratory gas 9 'exhaled by the patient flows into the expiratory branch 7 and reaches the environment via the open expiration valve 13 (arrow 19).
  • the inspiration valve 22 in the inspiration branch 10 is closed. Due to the fact that the inspiration valve 22 is designed only as a check valve, the required ventilation pressure can in principle only be built up during the actual inspiration process, the level of which depends on the patient's lung elasticity and the flow resistance.
  • part of the fresh gas 5 can be conveyed into the piston pump 20 by the anesthetic machine 2 with a high pressure gas supply.
  • the pressure that builds up in this inspiratory branch must be less than the expiratory pressure in the expiratory branch 7 so that the check valve 22 remains closed.
  • the semi-open anesthetic system shown in FIGS. 12a, 12b works in principle the same as described for FIGS. 11a, 11b.
  • the fresh gas 5 is in each case removed or filled in from the bellows or bag 23 of the device 21.
  • the gas flowing out of the piston pump 20 is referred to within the container 24 as the “primary system”, and the gas flowing out of the bag 23 as the “secondary system”.
  • the known systems according to FIGS. 11 and 12 can also be designed as so-called “semi-closed anesthetic systems".
  • the connecting line 25 shown in dashed lines in FIGS. 11 and 12 is provided between the lower inspiratory branch 10 and the upper expiratory branch 7.
  • An additional check valve 26 in the connecting line 25 is closed during the inspiratory phase according to FIGS. 11a, 12a and opened during the expiratory phase 11b, 12b.
  • the expiratory breathing gas 9 ′ can consequently reach the inspiratory branch 10 via the line 25 during the expiration phase from the expiratory branch 7. This is indicated in FIGS. 11b, 12b with the corresponding arrows.
  • FIGS. 13a, 13b finally show a known “semi-closed anesthetic system”, as was further developed from the example according to FIGS. 11a, 11b.
  • Figure 13a shows the inspiratory and Figure 13b the expiratory phase of the anesthetic system.
  • a controllable expiration valve 13 and additionally a controllable outlet valve 27 are provided in the expiratory branch.
  • the extent of the expiratory gas to be reused can be determined by means of the controllable outlet valve 27. If the outlet valve 27 is closed completely, the anesthetic system becomes a “closed anesthetic system” according to FIG.
  • the invention has for its object to improve the known systems so that an anesthesia machine is created for all the operating modes shown in Figures 6 to 8, in which as little fresh gas as possible and optimal air conditioning of the inspiratory gas is achieved.
  • This object is achieved on the basis of an anesthesia machine of the type described in the introduction by the characterizing features of claim 1.
  • the invention is based on the core idea of combining the advantages of the known systems described above and, in particular, of creating a controllable system in which one of the basic principles of the anesthetic systems used, as described in FIGS. 6 to 8, is used as required.
  • the so-called semi-closed anesthetic system according to FIG. 7 is generally used, with FIG. 6 and FIG. 8 each representing borderline cases. Accordingly, part of the patient's exhaled breathing gas is always returned to the inspiratory branch in order to use the smallest possible amount of fresh gas from the anesthesia device, the required amount of fresh gas being determined by the application and the need for the patient.
  • the inspiratory gas is regulated by means of a controlled inspiration valve and the volume of the circulating airway gas is likewise likewise regulated via a correspondingly controlled outlet valve.
  • the anesthesia machine according to the invention with the units anesthetic device, anesthetic system and respiratory system is therefore assigned a control or regulation which controls or regulates the most varied functions of the individual components and in particular the inspiration valve and the excess valve or outlet valve and thus brings about the optimal conditions.
  • an alternating pressure gas storage is provided which influences the inspiratory phase with a high pressure level.
  • the expiratory and reused gas can easily get into the alternating pressure gas storage during the expiration phase. This is determined on the one hand by the setting of the controllable outlet valve and on the other hand by the negative pressure in the alternating pressure gas storage itself.
  • “Alternating pressure” in the sense of the invention means that the pressure in the gas storage for receiving the expired gas and / or the fresh gas can be reduced to zero or slightly below zero and compressible for performing ventilation to a defined working pressure before the onset of the inspiration phase is.
  • this is achieved by measuring the vacuum and / or gas flow generated by the patient during spontaneous breathing, and the gas is supplied via the control and regulatable inspiration valve.
  • the measuring device for the negative pressure and / or gas flow generated by the spontaneously breathing patient is referred to as a trigger device.
  • Figure la, 1b a standard system for a half-open, half-closed and closed anesthetic system
  • FIGS. 3a, 3b an anesthetic breathing system in the case of existing circuit system types with an integrated, exchangeable inspiration valve
  • Figure 4a, 4b a valve combination for the connection of anesthetic breathing systems in existing types of circuit systems
  • Figure a shows the inspiratory and figure b the expiratory ventilation process. Description of exemplary embodiments of the invention:
  • FIGS. 1 to 5 the same parts are designated with the same reference numerals, provided that they have already been used for the same parts in the description of the prior art according to FIGS. 6 to 13.
  • a connection line 25 is optionally provided between the inspiratory branch 10 and the expiratory branch 7, optionally with a check valve 26, which allows the expiratory respiratory gas 9 ′ to be returned to the inspiratory branch 10.
  • a pressure generator 29 designed as an alternating-pressure gas storage is provided as a ventilation part 3, which can be moved via a separate or integrated pneumatic or electric piston-cylinder unit 30. By means of the piston-cylinder unit 30, a lowering of the pressure can be brought about in the alternating-pressure gas storage 29 in order to enable the expiratory gas to be absorbed without any problems during the expiratory phase.
  • the alternating pressure gas storage 29 can be used as
  • Constant pressure device of any type may be formed.
  • this gas accumulator consists of a fixed plate 31 and a movable plate 32 with an intermediate bellows 33.
  • a spring system 34 arranged below the movable plate 32 serves to independently drive the gas accumulator.
  • a positively driven piston-cylinder unit can also be used to produce the gas space 35 within the gas reservoir 29.
  • the piston-cylinder unit 30 has a pneumatically or electrically driven piston rod 36 which applies force to the movable plate 32 during the expiratory phase in such a way that the gas volume 35 is increased.
  • the piston rod 36 is in turn controlled via corresponding feed lines to the control unit 28.
  • the piston rod 36 shown here by way of example is moved back into the starting position by the control unit 28, as a result of which the movable plate 32 of the alternating pressure gas reservoir 29 is released.
  • the spring forces of spring system 34 which now take effect, compress the gas accumulator and generate the working pressure required for inspiration.
  • This working pressure is of the order of magnitude of two to three times the usual ventilation pressure, ie approximately 60 mbar.
  • the patient's lungs represent an elastic gas reservoir into which the breathing gas flows. This breathing gas flowing into the lungs increases the lung pressure depending on the elasticity of the tissue and the amount of gas flowing in.
  • the inspiration valve 18 In order to maintain the inspiratory gas flow, the inspiration valve 18 must therefore be readjusted accordingly by the control and regulating unit 28. After the application of the required breath volume depending on the patient, the inspiration valve 18 is closed and the patient's lungs remain in the inflated state for a short time. This is known as the so-called inspiratory break.
  • the fresh gas withdrawn from the anesthetic machine 2 with a high-pressure gas supply can be fed separately to the inspiratory branch 10 via a separate line 37.
  • a continuous or discontinuous fresh gas supply 5 can take place via line 37.
  • the supply line 37 for the fresh gas can lie between the inspiration valve 18 and the patient connection T-piece 38, as shown in FIG. 1 a, 1 b.
  • the fresh gas supply is not touched by the setting of the controllable inspiration valve 18 during the inspiration phase.
  • the expiration phase shown in FIG. 1b in which the fresh gas supply is expediently operated discontinuously. This operation is also regulated by the control unit 28.
  • the fresh gas supply 37 ′ for the fresh gas 5 can also be arranged between the alternating pressure gas storage 29 and the inspiration valve 18, as shown in dashed lines.
  • the gas flow of the fresh gas supply is detected by the control of the inspiration valve 18, so that fresh gas can also get into the gas reservoir 29 and thus into the ventilation part 3.
  • the expiration phase shown in FIG. 1b works as follows: Shortly before or simultaneously with the switchover to the expiration phase, ie at the time the expiration valve 13 is opened, the piston rod 36 is extended by the control or regulation of the unit 28 and the movable plate 32 is pressed downward against the spring forces of the spring system 34. Due to the increase in volume of the gas space 35 in the gas storage device 29, the pressure in this gas storage device drops to zero or, under certain circumstances, also to a negative pressure which is slightly below zero. After opening the expiration valve 13, due to the positive lung pressure of the patient 6, the expiration gas flows through the expiratory branch 7 and the connecting line 25 via the check valve 26, which is open in this case, into the gas reservoir 29.
  • the outlet valve 27 is also regulated after the degree of opening of the outlet valve or excess valve 27, the expiratory gas 9 'is conducted into the gas storage 29 or out of the system (arrow 19).
  • the amount of expired gas that is not required can therefore be discharged via the excess valve into the anesthetic gas suction 8 (arrow 19). This applies in particular depending on the increasing pressure in the storage system.
  • the main advantage of the device system according to the invention lies in the precise regulation of the inspiratory. Gas flow.
  • the semi-closed anesthetic system with an alternating pressure gas storage 29 is preferably used, the expiratory gas being partially or completely supplied to the gas storage (closed anesthetic system) and only the unneeded amount of Ausate being discharged into the anesthetic gas suction.
  • the regulation takes place via the gas pressure in the gas accumulator 29 and the regulation of the outlet valve 27, which is connected downstream of the expiration valve 13.
  • the inflow of expiratory gas into the gas reservoir 29 can be achieved without problems by the piston-cylinder unit 30 according to the invention solve, wherein another driven gas cylinder device 29 can be used.
  • the expiration valve 13 can also be designed as a so-called peep valve.
  • FIGS. 2a, 2b a simplified system for the semi-closed anesthetic system is used.
  • the same parts are denoted by the same reference numerals as in Figures la, lb.
  • the check valve 26 in the line 25 is dispensed with, since this connecting line 25 between the expiratory branch 7 and the inspiratory branch 10 can also be closed in some other way during the inspiratory phase according to FIG. 2a.
  • the exhalation valve 13 present in FIG. La is replaced by a simple one-way valve 39, while the outlet valve 27 'as a combination valve, ie. H. is designed as a combined excess, expiration and / or peep valve.
  • the expiratory branch 7 and the surroundings or the anesthetic exhaust gas extraction can remain closed during the inspiratory phase according to FIG. 2a.
  • the one-way valve 39 opens so that the expiratory gas 9 'depending on the setting of the combi valve 27' also through the connecting line 25 into the gas reservoir 29 or via the combi valve 27 'into the anesthetic gas suction 8 (arrow 19) can.
  • the operation of this gas guide is carried out in the same way as described for Figure la, lb.
  • an anesthetic breathing system of the type according to FIGS. 2a, 2b, in which existing types of circuit systems are included integrated, replaceable inspiration valve 18 can be used.
  • the same parts are again identified by the same reference numerals.
  • a first gas return line 25 ' is provided in the existing circuit system, which forms a circular line, as shown in FIG. 8 for the closed anesthetic system.
  • the expiratory gas 9 'is therefore generally returned to the inspiratory branch 10 via the one-way valve 39 and reaches the inspiratory line 41 between the gas reservoir 29 and the controllable inspiration valve 18 via a T-piece 40, as is also the case in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2 the case is.
  • the combination valve 27 ' is not connected in the expiratory branch 7 but in the inspiratory branch 10 via a further T-piece 42 to the inspiratory line 41 between the gas reservoir 29 and the inspiration valve 18, so that an additional gas line 43 is connected for the expiratory branch.
  • both the check valve 39 and the combination valve 27 ' are closed, so that the inspiratory gas reaches the patient 6 via the inspiratory branch 41, 10 from the gas reservoir 29 and the additional fresh gas supply 37 or 37'.
  • the check valve 39 opens and the expiratory breathing gas reaches the T-piece 40 via the connecting line 25 'and from there via line 41 into the gas reservoir 29.
  • the inspiration branch can be closed via an additional one-way valve 44.
  • This one-way valve 44 is arranged between the patient connection tee 38 and the inspiration valve 18.
  • the fresh gas supply 37 of the anesthetic machine 2, not shown, is located between the one-way valve 44 and the inspiration valve 18.
  • FIGS. 3a, 3b show a further exemplary embodiment of the invention in a modification of the exemplary embodiment according to FIGS. 3a, 3b.
  • the same parts are identified by the same reference numerals.
  • This valve combination is used to connect an anesthetic breathing system to existing circuit system types.
  • the inspiration valve 18 is located outside the circuit system.
  • the expiratory gas is fed in a line 45 connected in parallel to line 41 from the T-piece 40 in the inspiratory branch 10 via a further T-piece 46 to the parallel line 45 in order to bypass the inspiration valve 18 .
  • this parallel line 45 there is a further one-way valve 47 which is closed during the inspiratory phase according to FIG. 4a and opened during the expiratory phase according to FIG. 4b.
  • the inspiratory gas can only reach the patient via the controllable inspiration valve 18 with the one-way valve 47 closed and the combination valve 27 ′ closed.
  • the expiratory gas 9 During the expiration phase according to FIG. 4b, the expiratory gas 9 'passes through the one-way valve 39 and the Return line 25 into the inspiratory branch 10 and from there via the connecting line 45, the one-way valve 47 into the additional gas line 43. Depending on the opening of the combination valve 27 ', the expiratory gas is again supplied to the gas reservoir 29 or via the combination valve 27' to the anesthetic gas suction 8 . Possibly. line 25 'can be connected directly to line 45.
  • FIGS. 5a, 5b represents a simple further development of the exemplary embodiment according to FIGS. 4a, 4b. Identical parts are provided with the same reference symbols.
  • the system according to FIG. 4 in principle also the system from FIGS. 1 to 3, can be provided with manual ventilation that can be activated.
  • a further controllable valve 48 is connected to the line 45, which leads to the inspiratory branch via the upper T-piece 46.
  • manual ventilation of the patient can additionally be carried out by means of a hand bellows 49, provided that the controllable valve 48 is open.
  • valve 48 can be open so that fresh gas and possibly expiratory gas can get into the manual ventilation bellows 49.
  • a measuring device 50 close to the patient for the negative pressure generated by the spontaneous breathing and / or the gas flow is indicated for recording the spontaneous breathing activity of the patient.
  • This "triggering device” controls the controllable inspiration valve 18 and generates an additional breathing aid or spontaneous breathing support.
  • the alternating pressure gas accumulator 29 can also be designed as a piston / cylinder unit with its own controllable or controllable drive in both directions.
  • Anesthesia machine Anesthetic machine with high pressure gas supply Ventilation part Anesthetic system Fresh gas flow Patient line exsp. Branch anesthetic suction breathing gas exsp. Supply line insp. Branch circuit arrow expiration valve compressed gas storage fixed plate movable plate pressure spring system controllable insp. Arrow piston pump "Bag in the bottle” principle check valve bag container connecting line check valve outlet valve control / control unit alternating pressure gas storage / pressure generator piston-cylinder unit fixed plate movable plate bellows spring system gas chamber piston rod line patient connection T-piece one-way valve T-piece line T-piece gas line one-way valve line T-piece one-way valve adjustable valve hand bellows measuring device for vacuum / gas flow / trigger device

Abstract

Es wird eine Anästhesiemaschine (1), insbesondere zur Verwendung als Beatmungsteil (3) eines Narkosesystems (4) oder dgl., vorgeschlagen, welches einen inspiratorischen und einen exspiratorischen Zweig (7, 10) aufweist. Um, z.B. bei einem halbgeschlossenen Narkosesystem, einen Teil des ausgeatmeten Gases wiederzuverwenden, wird der exspiratorische Zweig (10) über eine zusätzliche Leitung (25) mit dem inspiratorischen Zweig (7) verbunden. Weiterhin dient ein regelbares Inspirationsventil (18) zur Regelung des aus einem Gasspeicher (29) entnommenen Atemgases.

Description

"Anästhesiemaschine"
Die Erfindung betrifft eine Anästhesiemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik:
In der Medizintechnik unterscheidet man zwischen Anästhesiemaschinen und BeatmungsSystemen.
Reine BeatmungsSysteme sind beispielsweise in Form von Atemhil egeräten bekannt geworden, wie sie beispielsweise in der DE 38 20 043 AI, der DE 37 12 389 AI oder der EP 0 112 979 Bl beschrieben sind. Beatmungsgeräte, oder Atemhilfegeräte dienen zur Beatmung von Patienten vor oder auch nach einer Operation in den Fällen, wo die eigene Atemfähigkeit des Patienten nicht ausreicht.
Demgegenüber dient eine Anästhesiemaschine der speziellen Behandlung des Patienten während einer Operation. Die Narkose wird bei größeren chirurgischen Eingriffen in der Regel als sogenannte Inhalationsnarkose durchgeführt. Dabei wird dem Patienten über eine Anästhesiemaschine das Narkosegasgemisch zugeführt, welches aus Sauerstoff, Lachgas und einem dampfförmigen Anästhetika besteht. Gleichzeitig wird eine Beatmung durchgeführt. Ein Narkose-Beatmungsgerät ist beispielsweise in der EP 0 058 706 Bl beschrieben. In den Figuren 6 bis 13 wird der für die vorliegende Erfindung relevante Stand der Technik zum besseren Verständnis im nachfolgenden näher erläutert.
Beschreibung von bekannten Anästesiemaschinen in verschiedenen Arbeitstechniken:
Wie in den Figuren 6 bis 8 dargestellt, besteht eine bekannte Anästesiemaschine 1 im wesentlichen aus drei Hauptgruppen, nämlich einem Narkosegerät 2, einem Beatmungsteil 3 und einem Narkosesystem 4. Das Narkosegerät 2 mit Hochdruckgasversorgung dient der Herstellung eines Frischgasflusses 5, d. h. einem Narkosegasgemisch, bestehend aus Sauerstoff, Lachgas sowie dem Narkosemittel. Das Frischgas 5 wird kontinuierlich oder diskontunierlich in das Narkosesystem 4 geleitet.
Das Narkosesystem 4 stellt die zentrale Funktionseinheit einer Anästesiemaschine dar, mit der der eigentliche Gasaustausch zwischen der Maschine und dem Patienten bewerkstelligt wird. Abhängig vom Grad der Betäubung, d. h. der Narkosetiefe, wird der Gasaustausch durch den Patienten in Form der Spontanatmung, oder bei Ausfall der Spontanatmung durch eine maschinelle oder manuelle Beatmung erreicht. Dabei erfolgt die Beatmung durch den zusätzlichen Beatmungsteil 3.
Bei den heute gebräuchlichen Narkosesystemen 4 lassen sich abhängig von der Wiederverwendung des in das Narkosesystem zurückgeführten Ausatemgas des Patienten 6 drei verschiedene Grundtypen unterscheiden, die in den Figuren 6 bis 8 dargestellt sind.
Bei dem in der Figur 6 dargestellten "halboffenen Narkosesystem" wird das ausgeatmete, vom Patienten 6 in das Narkosesystem 4 über die Leitung 7 zurückströmende Gas nicht wieder verwendet, sondern komplett über die Narkosegasabsaugung 8 aus dem System entfernt. Die vom Patienten benötigte Gasmenge (Atemgas >fmuß dem Narkosesystem 4 als Frischgas 5 vom Narkosegerät 2 über die Zuführleitung 10 zugeführt werden. Die Gaszuführleitung 10 wird als inspiratorischer, die Gasabfuhrleitung 7 als exspiratorischer Zweig bezeichnet.
Bei dem in Figur 7 dargestellten sogenannten "halbgeschlossenen Narkosesystem" wird ein Teil des ausgeatmeten Gases wieder verwendet, d. h. die dem Patienten inspiratorisch zugeführte Gasmenge (= Atemhubvolumen) besteht zum Teil aus vorher ausgeatmeten Exspirationsgas und nur zum Teil aus Frischgas. In Figur 7 ist hierfür ein gestrichelter Kreislauf 11 eingezeichnet, d. h. das Exspirationsgas aus der Exspirationsleitung 7 geht zum Teil in die
Narkosegasabsaugung 8 und zum anderen Teil (Pfeil 12) zurück zum inspiratorischen Zweig 10. Durch diese Verwendung des exspiratorischen Gases läßt sich eine erhebliche Frischgaseinsparung und gleichzeitig eine Klimatisierung des inspiratorischen Atemgases erzielen. Die Klimatisierung des Atemgases 9 erfolgt dabei durch Mischung des Frischgases 5 mit dem exspiratorischen Gas, welches 100 % Luftfeuchtigkeit und eine Temperatur von 37 Grad aufweist. Durch die Klimatisierung erfolgt demnach eine Erwärmung sowie eine Befeuchtung des inspiratorischen Atemgases. Der geringere Bedarf an Frischgas 5 macht sich auch kostenmäßig bemerkbar.
Bei dem in Figur 8 dargestellten sogenannten "geschlossenen Narkosesystem" wird das exspirierte Atemgas 9' in der Exspirationsleitung 7 im Narkosesystem 4 vollständig gesammelt und dem Patienten 6 in der nächsten Inspiration wieder zugeführt. Dies wird durch den geschlossenen Kreislauf 11 in Figur 8 dargestellt, d. h. eine Narkosegasabsaugung fehlt vollständig. Der erforderliche Frischgasfluß 5 wird bei diesem System gemäß Figur 8 minimal, da nur der vom Patienten verbrauchte Sauerstoff und das gespeicherte Lachgas und Narkosemittel zugeführt werden muß. Der Frischgasfluß 5 wird demnach minimal, was auch eine geringe Umweltbelastung durch die Narkosegase durch eine fehlende Narkosegasabsaugung bewirkt. Gleichzeitig wird eine optimale Klimatisierung, d. h. Erwärmung und Befeuchtung des inspiratorischen Atemgases 9 erzielt.
Bei allen Narkosesystemen gemäß Figur 6 bis 8 ist zum Beispiel bei einer Operation eine künstliche Beatmung durch das Beatmungsgerät 3 erforderlich, da aufgrund der Narkose das eigene Atemsystem ausgeschaltet ist. Dabei wird in der inspiratorischen Phase das Atemgas mit einem geringen Überdruck in der Größenordnung von 10 bis 20 bar dem Patienten zugeführt. In der exspiratorischen Phase wird ein Exspirationsventil geöffnet und eine Druckentlastung des Atemdrucks bis auf Umgebungsdruck durchgeführt (Peep = 0) . In Sonderfällen kann auch ein künstlicher Überdruck in der Exspirationsphase gewählt werden, d. h. das Exspirationsventil ist auf einen Peep-Druck p > 0, z. B. p (Peep) ft^ 2 bis 5 mbar eingestellt.
Die am Markt befindlichen Narkosemaschinen sind in der Regel entweder nur für das halboffene Narkosesystem oder nur für das halbgeschlossene Narkosesystem oder umschaltbar für beide Systeme konzipiert.
Für den Beatmungsteil werden für das sogenannte "halboffene Narkosesystem" entweder sogenannte "Flowzerhacker" oder sogenannte "Respiratoren mit Druckgasspeicher" verwendet. In den Figuren 9a, 9b ist ein solcher "Flowzerhacker" mit angesteuertem Exspirationsventil dargestellt. Dabei zeigt Figur 9a die inspiratorische Phase, die Figur 9b die exspiratorische Phase. Die in den Figuren 6 bis 8 verwendeten Bezugszeichen werden für gleiche Teile auch im folgenden weiterverwendet. In der inspiratorischen Phase gemäß Figur 9a wird bei geschlossenem Exspirationsventil 13 die Patientenlunge durch das vom kombinierten Narkosegerät 2 mit Beatmungsmaschine 3 und Hochdruckgasversorgung kommende Frischgas 5 über den inspiratorischen Zweig 10 befüllt. In der exspiratorischen Phase gemäß Figur 9b kann der Patient bei geöffnetem Exspirationsventil 13 über die Exspirationsleitung 7 ausatmen. Dabei wird in der Exspirationsphase der anhaltende Frischgasfluß 5 ebenfalls über das Exspirationsventil 13 ins Freie oder in eine Narkoseabsaugung 8 abgeleitet (Pfeil 19). Eine Rückführung des exspirierten Atemgases ist nicht vorgesehen. Dieses System ist deshalb unwirtschaftlich und teuer und bedarf einer zusätzlichen Einrichtung für die Klimatisierung des Inspirationsgases.
Auch bei dem bekannten halboffenen Narkosesystem mit einem Respirator mit Druckgasspeicher gemäß der Darstellung nach Figur 10a, 10b erfolgt keine Wiederverwendung des exspirierten Atemweggases des Patienten. Wie in Figur 10a für die inspiratorische Phase dargestellt, weist dieses Narkosesystem neben dem Narkosegerät 2 einen zusätzlichen Druckgasspeicher 14 als Beatmungsteil 3 auf, der aus einer festen Platte 15 und einer beweglichen Platte 16 sowie einem Druckfedersystem 17 besteht. Weiterhin weist dieses halboffene Narkosesystem ein ansteuerbares Inspirationsventil 18 auf. In der inspiratorischen Phase gemäß Figur 10a ist das Inspirationsventil 18 geöffnet und das angesteuerte Exspirationsventil 13 geschlossen. Aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Druckgasspeicher 14 und der Lunge des Patienten strömt das Frischgas 5 bei geöffnetem Inspirationsventil 18 über den inspiratorischen Zweig 10 zum Patienten. Die Befüllung des Beatmungsgerät bildenden Druckgasspeichers 14 erfolgt kontinuierlich oder diskontinuierlich durch die Hochdruckgasversorgung des Narkosegerätes 2 bis zu einem Druck von ca. 5 bar. Mit Hilfe des regelbaren Inspirationsventiles 18 ist eine sehr genaue Gasdosierung möglich, die die Beatmung auch von Neonaten gestattet. Neben der guten Regelbarkeit zeichnet sich dieses System durch hohe Gasdichtigkeit aus. Nachteilig ist jedoch der hohe Gasverbrauch und die fehlende Klimatisierung durch das halboffene Narkosesystem, denn das exspirierte Atemgas geht in der in Figur 10b dargestellten exspiratorischen Phase bei geöffnetem Exspirationsventil 13 vollständig an die Umgebung bzw. in der Narkoseabsaugung 8 verloren (Pfeil 19). Während der exspiratorischen Phase bleibt das Inspirationsventil 18 geschlossen und das Frischgas 5 strömt in den Druckgasspeicher 14 und lädt diesen wieder gegen die Kraft des Druckfedersystems-17 auf.
Eine weitere Lösung für ein "halboffenes Narkosesystem" nach dem bekannten System ist in den Figuren 11 und 12 angegeben, wobei die Figuren 11a, 12a jeweils die inspiratorischen und die Figuren 11b, 12b die exspiratorischen Phasen darstellen.
In der Figur 11 wird anstelle des Druckgasspeichers 14 in Figur 10 eine Kolbenpumpe 20 als Beatmungsteil 3 verwendet. Diese Kolbenpumpe 20 wird in Figur 12 durch das sogenannte __ "Bag in the bottle"-Prinzip erweitert, dessen Anordnung mit Bezugszeichen 21 gekennzeichnet ist. Anstelle des ansteuerbaren Inspirationsventils 18 in Figur 10 ist beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 11, 12 ein normales Rückschlagventil 22 vorgesehen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 11a wird in der inspiratorischen Phase die Kolbenpumpe 20 angetrieben und drückt das im zugehörigen Zylinderraum vorhandene Frischgas 5 über das sich selbständig öffnende Rückschlagventil 22 im Inspirationszweig 10 zum Patienten. In dieser Phase ist das ansteuerbare Exspirationsventil 13 geschlossen. Während der Exspirationsphase nach Figur 11b strömt das vom Patienten ausgeatmete Exspirationsgas 9' in den Exspirationszweig 7 und gelangt über das geöffnete Exspirationsventil 13 in die Umgebung (Pfeil 19). Während dieser Phase ist das Inspirationsventil 22 im Inspirationszweig 10 geschlossen. Aufgrund des lediglich als Rückschlagventil ausgebildeten Inspirationsventils 22 kann der erforderliche Beatmungsdruck grundsätzlich erst während des eigentlichen Inspirationsvorganges aufgebaut werden, dessen Höhe von der Lungenelastizität des Patienten und dem Strömungswiderstand abhängig ist. Durch Zurückziehen des Kolbens innerhalb der Kolbenpumpe 20 kann allerdings auch schon während der Exspirationsphase gemäß Figur 11b ein Teil des Frischgases 5 vom Narkosegerät 2 mit Hoσhdruckgasversorgung in die Kolbenpumpe 20 gefördert werden. Der sich aufbauende Druck in diesem inspiratorischen Zweig muß jedoch kleiner sein als der exspiratorische Druck im Exspirationszweig 7, damit das Rückschlagventil 22 geschlossen bleibt.
Das in Figur 12a, 12b gezeigte halboffene Narkosesystem arbeitet prinzipiell gleich wie zu Figur 11a, 11b beschrieben. Dabei wird das Frischgas 5 jeweils aus dem Balg oder Beutel 23 der Einrichtung 21 entnommen bzw. eingefüllt. Das aus der Kolbenpumpe 20 strömende Gas wird dabei innerhalb des Behälters 24 als "Primärsystem", das aus dem Beutel 23 strömende Gas als "Sekundärsystem" bezeichnet.
Das bekannte System nach Figur 11, 12 mit Kolbenpumpe 20 hat jedoch in der Praxis erhebliche Nachteile. Je nach Patiententyp (Kleinkind oder Baby mit einem Körpergewicht unter 2 kg oder Erwachsener) werden Inspirationsgasmengen zwischen 5 ml und 2500 ml benötigt. Dabei ist der Kolbenvorschub der Kolbenpumpe 20 nicht proportional der damit geförderten Gasmenge die beim Patienten ankommt, da zum einen das Gas komprimiert wird und zum anderen eine weitere zusätzliche Frischgaszufuhr aus dem Narkosegerät 2 erfolgt. Eine "Aufladung" des Systems ist aufgrund des Rückschlagventils 22 nicht möglich, so daß der inspiratorische Zweig quasi keiner Regelung unterliegt. Weiterhin ist aufgrund des halboffenen Narkosesystems gemäß Figur 11, 12 ebenfalls ein hoher Frischgasverbrauch vorhanden, verbunden mit einer fehlenden Klimatisierung ähnlich wie bei der Ausführung nach Figur 9 und 10.
Die bekannten Systeme nach Figur 11 und 12 können auch als sogenannte "halbgeschlossene Narkosesysteme" ausgebildet sein. In diesem Fall ist die in den Figuren 11 und 12 in gestrichelter Form eingezeichnete Verbindungsleitung 25 zwischen dem unteren inspiratorischen Zweig 10 und dem oberen exspiratorischen Zweig 7 vorgesehen. Ein zusätzliches Rückschlagventil 26 in der Verbindungsleitung 25 ist während der inspiratorischen Phase gemäß Figur 11a, 12a geschlossen und während der exspiratorischen Phase 11b, 12b geöffnet. Das exspiratorische Atemgas 9' kann demzufolge während der Exspirationsphase aus dem Exspirationszweig 7 über die Leitung 25 in den inspiratorischen Zweig 10 gelangen. Dies ist in Figur 11b, 12b mit den entsprechenden Pfeilen angedeutet. Auch bei einem solchen halbgeschlossenen Narkosesystem bleiben die zuvor genannten Nachteile mit der Einschränkung des zu hohen Frischgasverbrauches bestehen. -
In den Figuren 13a, 13b ist schließlich ein bekanntes "halbgeschlossenes Narkosesystem" dargestellt, wie es aus dem Beispiel nach Figur 11a, 11b weiterentwickelt wurde. Dabei zeigt Figur 13a die inspiratorische und Figur 13b die exspiratorische Phase des Narkosesystems. Als Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Figur 11 ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 13 im exspiratorischen Zweig ein ansteuerbares Exspirationsventil 13 und zusätzlich ein ansteuerbares Auslaßventil 27 vorgesehen. Durch diese Ventilanordnung kann mittels des ansteuerbaren Auslaßventils 27 das Maß des wieder zu verwendeten Exspirationsgases bestimmt werden. Wird das Auslaßventil 27 ganz geschlossen, wird das Narkosesystem zu einem "geschlossenen Narkosesystem" gemäß Figur 8 umfunktioniert, d. h. das komplette Exspirationsgas 9' gelangt in die Verbindungsleitung 25 zum inspiratorischen Zweig 10. Je nach Öffnungsgrad des Auslaßventils 27 wird das Maß der Umleitung des Exspirationsgases bestimmt. In Zwischenstellungen handelt es sich demnach um ein sogenanntes halbgeschlossenes Narkosesystem gemäß der prinzipeilen Darstellung nach Figur 7. Die Anordnung nach Figur 13a, 13b • hat demnach Regelungsvorteile gegenüber der Anordnung nach Figur 11a, 11b. Die prinzipeile Funktionsweise ist jedoch die gleiche.
Die vorstehende Beschreibung des Standes der Technik zeigt die prinzipelle Anwendung von Narkosesystemen in den jeweiligen halbgeoffenen, halbgeschlossenen oder geschlossenen Arbeitsweisen auf. Generell hat auch diese Vielzahl der bekannten Narkosesysteme allgemein den Nachteil, daß eine präzise Regelung des inspiratorischen Gases nicht möglich ist, da selbst bei einem ansteuerbaren Inspirationsventil 18 gemäß der bekannten Lösung nach Figur 10 eine genau Dosierung und Klimatisierung des inspiratorischen Gases nicht möglich ist. Durch den Druckgasspeicher 14 kann zwar das Frischgas während der exspiratorischen Phase sozusagen "vorgespannt" werden. Eine Zirkulation des exspiratorischen Atemgases ist bei diesem bekannten System jedoch nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Systeme dahingehend zu verbessern, daß eine Anästhesiemaschine für alle in den Figuren 6 bis 8 dargestellten Betriebsarten geschaffen wird, bei welchem möglichst wenig Frischgas benötigt und eine optimale Klimatisierung des inspiratorischen Gases erzielt wird. Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anästhesiemaschine der einleitend bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Anästhesiemaschine nach Anspruch 1 angegeben.
Vorteile der Erfindung:
Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, die Vorteile der bekannten, zuvor beschriebenen Systeme zu vereinigen und insbesondere ein regelbares System zu schaffen, bei welchem je nach Bedarf eines der in den Figuren 6 bis 8 beschriebenen Grundprinzipien der angewendeten Narkosesysteme verwendet wird. Dabei wird in aller Regel das sogenannte halbgeschlossene Narkosesystem nach Figur 7 verwendet, wobei Figur 6 und Figur 8 jeweils Grenzfälle darstellen. Es wird demnach stets ein Teil des exspirierten Atemgases des Patienten in den inspiratorischen Zweig zurückgeführt, um eine möglichst geringe Menge von Frischgas aus dem Narkosegerät zu verwenden, wobei die benötigte Menge an Frischgas durch die Applikation und den Bedarf am Patienten bestimmt wird. Hierfür ist es erfindungsgemäß erforderlich, daß das inspiratorische Gas mittels eines angesteuerten Inspirationsventils geregelt und gleichermaßen der Umfang des zirkulierenden Atemweggases über ein entsprechend angesteuertes Auslaßventil ebenfalls geregelt wird. Dem erfindungsgemäßen Anästhesiegerät mit den Baueinheiten Narkosegerät, Narkosesystem sowie BeatmungsSystem ist deshalb eine Steuerung oder Regelung zugeordnet, die die verschiedensten Funktionen der einzelnen Bauelemente und insbesondere das Inspirationsventil sowie das Überschußventil oder Auslaßventil steuert oder regelt und damit die optimalen Zustände herbeiführt. Dabei ist es für die Erfindung wesentlich, daß ein Wechseldruck-Gasspeicher vorgesehen ist, der mit hohem Druckniveau die inspiratorische Phase beeinflußt. Hierdurch kann die Regelung des inspiratorischen Gases über das Inspirationsventil sehr feinfühlig und genau durchgeführt werden, wobei Frischgas und/oder wiederverwendbares exspiratorisches Gas aus dem Wechseldruck/Gasspeicher verwendet werden kann.
Für die Erfindung ist es dabei wichtig, daß das exspiratorische und wiederzuverwendete Gas einfach in den Wechseldruck-Gasspeicher während der Exspirationsphase gelangen kann. Dies wird zum einen durch die Einstellung des ansteuerbaren Auslaßventils und zum anderen durch den Unterdruck im Wechseldruck-Gasspeicher selbst bestimmt.
"Wechseldruck" im Sinne der Erfindung bedeutet, daß der Druck im Gasspeicher für die Aufnahme des exspirierten Gases und/oder des Frischgases auf Null oder geringfügig unter Null abgesenkt werden kann und für die Durchführung der Beatmung auf einen definierten Arbeitsdruck vor dem Einsetzen der Inspirationsphase komprimierbar ist.
Neben der genauen Dosierung des inspiratorischen Gasflusses und damit einhergehend auch des inspiratorischen Gasvolumens ergeben sich bei den herkömmlichen Narkosemaschinen im halbgeschlossenen Narkosesystem immer dann erhebliche Probleme, wenn der Patient bei neueren Narkose- und Therapieverfahren längere Zeit spontan aus der Narkosemaschine atmen muß. Die technischen Schwierigkeiten bei dieser Anwendungsform bestehen darin, daß die Narkosemaschine den Gasfluß zum Patienten an das Spontanatemverhalten des Patienten anpassen muß. In besonders schwierigen Situationen ist es darüber hinaus notwendig, dem Patienten nicht nur die notwendige Gasmenge für die Spontanatmung zu liefern, sondern auch noch -bei sehr schwachen Patieten- eine zusätzliche Atemhilfe oder Spontanatmungsunterstützung zu gewähren. Beim erfindungsgemäßen System gelingt dies, indem durch eine Messung des vom Patienten bei der Spontanatmung erzeugten Unterdrucks und/oder Gasflusses die Gaslieferung über das Steuer- und regelbare Inspirationsventil erfolgt. Die Meßeinrichtung für den durch den spontan atmenden Patienten erzeugten Unterdruck und/oder Gasfluß wird als Triggereinrichtung bezeichnet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die anhand der Figurendarstellungen näher beschrieben sind. Es zeigen
Figur la, 1b ein Standardsystem für ein halboffenes, halbgeschlossenes und geschlossenes Narkosesystem;
Figur 2a, 2b ein Einfachsystem für ein halbgeschlossenes Narkosesystem?
Figur 3a, 3b ein Narkoseatemsystem bei bestehendem Kreissystemtypen mit integriertem, austauschbaren Inspirationsventil;
Figur 4a, 4b eine Ventilkombination für den Anschluß von Narkoseatemsystemen bei bestehenden Kreissystemtypen und
Figur 5a, 5b ein System nach der Variation der Figuren 1 bis 4 mit zuschaltbarer Handbeatmung,
wobei die Figur a jeweils den inspiratorischen und die Figur b den exspiratorischen Beatmungsvorgang zeigt. Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung:
In den Figuren 1 bis 5 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sofern sie bei der Beschreibung des Standes der Technik nach den Figuren 6 bis 13 für gleiche Teile bereits verwendet worden sind.
Generell erfolgt die Problemlösung bei allen Ausführungsbeispielen nach Figur 1 bis 5 dadurch, daß grundsätzlich zwischen inspiratorischem Zweig 10 und exspiratorischem Zweig 7 eine Verbindungsleitung 25 ggf. mit Rückschlagventil 26 vorhanden ist, die eine Rückführung des exspiratorischem Atemgases 9' in den inspiratorischen Zweig 10 erlaubt. Für die inspiratorische Phase ist ein ansteuerbares Inspirationsventil 18 sowie ein ansteuerbares Auslaßventil 27 vorhanden, die mit einer Steuer- oder Regeleinheit 28 verbunden sind. Zusätzlich ist ein als Wechseldruck-Gasspeicher ausgebildeter Druckerzeuger 29 als Beatmungsteil 3 vorgesehen, der über eine separate oder integrierte pneumatische oder elektrische Kolbenzylindereinheit 30 bewegbar ist. Mittels der Kolbenzylindereinheit 30 kann im Wechseldruck-Gasspeicher 29 eine Absenkung des Druckes bewirkt werden, um eine problemlose Aufnahme des Exspirationsgases während der Exspirationsphase zu ermöglichen.
Der Wechseldruck-Gasspeicher 29 kann als
Druckkonstanthalteeinrichtung jeglicher Bauart ausgebildet sein. In den Ausführungsbeispielen nach Figur 1 bis 5 besteht dieser Gasspeicher aus einer festen Platte 31, sowie einer beweglichen Platte 32 mit einem dazwischenliegenden Federbalg 33. Ein unterhalb der beweglichen Platte 32 angeordnetes Federsystem 34 dient dem selbständigen Antrieb des Gasspeichers. Selbstverständlich kann auch eine zwangsangetriebene Kolbenzylindereinheit zur Herstellung des Gasraumes 35 innerhalb des Gasspeichers 29 verwendet werden. Die Kolbenzylindereinheit 30 weist eine pneumatisch oder elektrisch angetriebene Kolbenstange 36 auf, die die bewegliche Platte 32 während der exspiratorischen Phase derart mit Kraft beaufschlagt, daß das Gasvolumen 35 vergrößert wird. Dabei erfolgt die Steuerung der Kolbenstange 36 wiederum über entsprechende Zuleitungen zur Steuereinheit 28.
Die in der Figur la dargestellte Inspirationsphase arbeitet wie folgt:
Kurz vor Beginn der eigentlichen Inspirationsphase wird die hier beispielhaft gezeigte Kolbenstange 36 in die Ausgangsposition durch die Steuereinheit 28 zurückgefahren, wodurch die bewegliche Platte 32 des Wechseldruck- Gasspeichers 29 freigegeben wird. Die nun wirksam werdende Federkräfte des FederSystems 34 komprimieren den Gasspeicher und erzeugen den für die Inspiration erforderlichen Arbeitsdruck. Dieser Arbeitsdruck liegt in der Größenordnung des zwei- bis dreifachen des üblichen Beatmungsdruckes, d. h. z. B. bei ca. 60 mbar. Durch die Steuerung der Steuereinheit 28 wird für die eigentliche Inspiration des Patienten 6 das Exspirationsventil 13 über eine entsprechende Steuerleitung geschlossen und gleichzeitig das Inspirationsventil so geöffnet, daß zwischen dem Gasspeicher 29 und dem Patienten 6 der gewünschte inspiratorische Gasfluß zustandekommt. Dabei stellt die Lunge des Patienten ein elastischen Gasspeicher dar, in welchen das Atemgas einströmt. Durch dieses in die Lunge einströmende Atemgas erhöht sich der Lungendruck in Abhängigkeit der Gewebeelastizität und der einströmenden Gasmenge. Zur Aufrechterhaltung des inspiratorischen Gasflußes muß daher das Inspirationsventil 18 durch die Steuer- und Regeleinheit 28 entsprechend nachgeregelt werden. Nach der Applikation des erforderlichen Atemhubvolumens in Abhängigkeit des Patienten wird das Inspirationsventil 18 geschlossen und die Lunge des Patienten für kurze Zeit im geblähten Zustand belassen. Dies wird als sogenannte inspiratorische Pause bezeichnet.
Während der Inspirationsphase kann das aus dem Narkosegerät 2 mit Hochdruckgasversorgung entnommene Frischgas über eine separate Leitung 37 dem inspiratorischen Zweig 10 gesondert zugeführt werden. Dabei kann eine kontinuierliche oder diskontinuierliche FrischgasZuführung 5 über die Leitung 37 erfolgen.
Die Zufuhrleitung 37 für das Frischgas kann gemäß der Darstellung in Figur la, 1b zwischen dem Inspirationsventil 18 und dem Patienten-Anschluß-T-Stück 38 liegen. In diesem Fall wird die FrischgasZuführung von der Einstellung des regelbaren Inspirationsventils 18 während der Inspirationsphase nicht berührt. Gleiches gilt für die in Figur lb dargestellte Exspirationsphase, in welcher die FrischgasZuführung zweckmäßigerweise diskontinuierlich betrieben wird. Auch dieser Betrieb wird durch die Steuer- -_ und Regeleinheit 28 geregelt.
Gemäß der Darstellung nach Figur la, lb kann die FrischgasZuführung 37' für das Frischgas 5 auch zwischen dem Wechseldruck-Gasspeicher 29 und dem Inspirationsventil 18 angeordnet sein, wie dies gestrichelt dargestellt ist. In diesem Fall wird der Gasfluß der FrischgasZuführung durch die Regelung des Inspirationsventils 18 erfaßt, so daß auch Frischgas in den Gasspeicher 29 und damit in das Beatmungsteil 3 gelangen kann.
Die in der Figur lb dargestellte Exspirationsphase arbeitet wie folgt: Kurz vor oder gleichzeitig mit der Umschaltung auf die Exspirationsphase, d. h. im Zeitpunkt des Öffnens des Exspirationsventils 13 wird durch die Steuerung bzw. Regelung der Einheit 28 die Kolbenstange 36 ausgefahren und dadurch entgegen den Federkräften des FederSystems 34 die bewegliche Platte 32 nach unten gedrückt. Durch die Volumenvergrößerung des Gasraumes 35 im Gasspeicher 29 sinkt der Druck in diesem Gasspeicher auf Null oder unter Umständen auch auf einen geringfügig unterhalb Null liegenden Unterdruck ab. Nach dem Öffnen des Exspirationsventils 13 strömt aufgrund des positiven Lungendrucks des Patienten 6 das Exspirationsgas über den exspiratorischen Zweig 7 und die Verbindungsleitung 25 über das in diesem Fall geöffnete Rückschlagventil 26 in den Gasspeicher 29. Während dieser Phase erfolgt auch eine Regelung des Auslaßventils 27. Je nach Öffnungsgrad des Auslaßventils oder Überschußventils 27 wird das Exspirationsgas 9' in den Gasspeicher 29 oder aus dem System (Pfeil 19) geleitet. Die nicht benötigte Exspirationsgasmenge kann demzufolge über das Überschußventil in die Narkosegasabsaugung 8 (Pfeil 19) abgeleitet werden. Dies gilt insbesondere in Abhängigkeit des ansteigenden Drucks im Speichersystem.
Bei dem erfindungsgemäßen Gerätesystem liegt demnach der Hauptvorteil in der genauen Regelung des inspiratorischen . Gasflusses. Dabei wird vorzugsweise das halbgeschlossene Narkosesystem mit einem Wechseldruck-Gasspeicher 29 verwendet, wobei das exspiratorische Gas dem Gasspeicher teilweise oder vollständig (geschlossenes Narkosesystem) zugeführt wird und nur die nicht benötigte Ausate menge in die Narkosegasabsaugung abgeführt wird. Die Regelung erfolgt dabei über den Gasdruck im Gasspeicher 29 und der Regelung des Auslaßventils 27, welches dem Exspirationsventil 13 nachgeschaltet ist. Durch die erfindungsgemäße Kolbenzylindereinheit 30 läßt sich der Zufluß des exspiratorischen Gases in den Gasspeicher 29 problemlos lösen, wobei auch eine andere angetriebene Gas- Zylindereinrichtung 29 verwendbar ist.
Selbstverständlich kann auch das Exspirationsventil 13 als sogenanntes Peep-Ventil ausgebildet sein.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Figur 2a, 2b kommt ein vereinfachtes System für das halbgeschlossene Narkosesystem zur Anwendung. Dabei sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren la, lb bezeichnet.
Beim vereinfachten Ausführungsbeispiel nach Figur 2a, 2b wird auf das Rückschlagventil 26 in der Leitung 25 verzichtet, da diese Verbindungsleitung 25 zwischem dem exspiratorischen Zweig 7 und dem inspiratorischen Zweig 10 während der inspiratorischen Phase gemäß Figur 2a auch anderweitig verschlossen werden kann. Hierfür wird das in Figur la vorhandene Exspirationsventil 13 durch ein einfaches Einwegventil 39 ersetzt, während das Auslaßventil 27' als Kombiventil, d. h. als kombiniertes Überschuß-, Exspirations- und/oder Peep-Ventil ausgebildet ist. Hierdurch kann während der inspiratorischen Phase gemäß Figur 2a der exspiratorische Zweig 7 und die Umgebung bzw. die Narkoseabgasabsaugung verschlossen bleiben.
Während der exspiratorischen Phase gemäß Figur 2b öffnet sich das Einwegventil 39 so daß das exspiratorische Gas 9 ' je nach Einstellung des Kombiventils 27' ebenfalls über die Verbindungsleitung 25 in den Gasspeicher 29 oder über das Kombiventil 27' in die Narkosegasabsaugung 8 (Pfeil 19) gelangen kann. Die Funktionsweise dieser Gasführung erfolgt auf gleichem Wege wie zu Figur la, lb beschrieben.
Beim weiterhin vorhandenen Ausführungsbeispiel nach Figur 3a, 3b ist ein Narkoseatemsystem nach der Bauart nach Figur 2a, 2b vorgesehen, bei welchem bestehende Kreissystemtypen mit integriertem, austauschbaren Inspirationsventil 18 verwendet werden. Dabei sind wiederum gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2a, 2b ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3a, 3b eine erste Gasrückführleitung 25' im bestehenden Kreissystem vorgesehen, die eine kreisförmige Leitung bildet, wie dies in Figur 8 für das geschlossene Narkosesystem dargestellt ist. Das exspiratorische Gas 9' wird demnach grundsätzlich über das Einwegventil 39 in den inspiratorischen Zweig 10 zurückgeführt und gelangt über ein T-Stück 40 in die inspiratorische Leitung 41 zwischem Gasspeicher 29 und dem regelbaren Inspirationsventil 18, wie dies auch im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 der Fall ist. Im Gegensatz zu den beiden genannten Ausführungsbeispielen ist jedoch das Kombiventil 27' nicht im exspiratorischen Zweig 7 sondern im inspiratorischen Zweig 10 über ein weiteres T- Stück 42 an die inspiratorische Leitung 41 zwischen Gasspeicher 29 und Inspirationsventil 18 angeschlossen, so daß sich eine zusätzliche Gasleitung 43 für den exspiratorischen Zweig ergibt.
Während der inspiratorisehen Phase wird demnach sowohl das Rückschlagventil 39 als auch das Kombiventil 27' geschlossen, so daß das inspiratorische Gas über den inspiratorischen Zweig 41, 10 aus dem Gasspeicher 29 sowie der zusätzlichen FrischgasZuführung 37 bzw. 37' zum Patienten 6 gelangt. Dies entspricht der Gasführung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2a.
Während der exspiratorischen Phase gemäß der Darstellung nach Figur 3b öffnet sich das Rückschlagventil 39 und das exspiratorische Atemgas gelangt über die Verbindungsleitung 25' zum T-Stück 40 und von dort über die Leitung 41 in den Gasspeicher 29. Je nach der Stellung des regelbaren Kombiventils 27' erfolgt eine Ableitung des exspiratorischen Überschußgases über die zusätzliche Gasleitung 43 in die Narkosegasabsaugung 8 (Pfeil 19). In dieser exspiratorischen Phase kann der Inspirationszweig über ein zusätzliches Einwegventil 44 geschlossen sein. Dieses Einwegventil 44 ist zwischen dem Patienten-Anschluß-T-Stück 38 und dem Inspirationsventil 18 angeordnet. Zwischem dem Einwegventil 44 und dem Inspirationsventil 18 befindet sich die FrischgasZuführung 37 des nicht näher dargestellten Narkosegerätes 2.
In der Figur 4a, 4b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Figur 3a, 3b dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Diese Ventilkombination dient für den Anschluß eines Narkoseatemsystems bei bestehenden Kreissystemtypen.
In Weiterbildung bzw. Abwandlung des Systems nach Figur 3a, 3b befindet sich das Inspirationsventil 18 außerhalb des Kreissystems. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Figur 4a, 4b wird das exspiratorische Gas in einer zu Leitung 41 parallel geschalteten Leitung 45 vom T-Stück 40 im inspiratorischen Zweig 10 über ein weiteres T-Stück 46 der Parallelleitung 45 zugeführt, um das Inspirationsventil 18 zu umgehen. In dieser Parallelleitung 45 befindet sich ein weiteres Einwegventil 47, welches während der inspiratorischen Phase nach Figur 4a geschlossen und während der exspiratorischen Phase nach Figur 4b geöffnet ist. Insofern kann während der inspiratorischen Phase das inspiratorische Gas bei geschlossenem Einwegventil 47 und geschlossenem Kombiventil 27' nur über das ansteuerbare Inspirationsventil 18 zum Patienten gelangen.
Während der Exspirationsphase nach Figur 4b gelangt das exspiratorische Gas 9' über das Einwegventil 39 und die Rückführleitung 25 in den inspiratorischen Zweig 10 und von dort aus über die Verbindungsleitung 45, das Einwegventil 47 in die zusätzliche Gasleitung 43. Je nach Öffnung des Kombiventils 27' erfolgt wiederum eine Zufuhr des Exspirationsgases zum Gasspeicher 29 oder über das Kombiventil 27' zur Narkosegasabsaugung 8. Ggf. kann die Leitung 25' direkt mit der Leitung 45 verbunden werden.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Figur 5a, 5b stellt eine einfache Weiterbildung des Ausführungsbeispiels nach Figur 4a, 4b dar. Gleiche Teile sind mit gleichem Bezugszeichen versehen. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5a, 5b kann das System nach Figur 4, prinzipeil auch das System der Figuren 1 bis 3 mit einer zuschaltbaren Handbeatmung versehen werden. Hierfür ist an die Leitung 45 ein weiteres regelbares Ventil 48 angeschlossen, welches zum inspiratorisσhen Zweig über das obere T-Stück 46 führt. Hierdurch kann während der inspiratorischen Phase zusätzlich mittels eines Handbalgs 49 eine handgesteuerte Beatmung des Patienten durchgeführt werden, soweit das regelbare Ventil 48 geöffnet ist.
Während der exspiratorischen Phase kann das Ventil 48 offen sein, damit Frischgas und ggf. exspiratorisches Gas in den Handbeatmungsbalg 49 gelangen kann.
In Figur la ist zur Erfassung der Spontanatemtätigkeit des Patienten noch eine patientennahe Meßeinrichtung 50 für den durch die Spontanatmung erzeugten Unterdruck und/oder den Gasfluß angedeutet. Diese " riggereinrichtung" steuert das regelbare Inspirationsventil 18 an und erzeugt eine zusätzliche Atemhilfe oder SpontanatmungsunterStützung.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens. Insbesondere kann der Wechseldruck-Gasspeicher 29 auch als Kolben/Zylindereinheit mit einem eigenen regel- oder steuerbaren Antrieb in beiden Richtungen ausgebildet sein.
Anästhesiemaschine Narkosegerät mit Hochdruckgas Versorgung Beatmungsteil Narkosesystem Frischgasfluß Patient Leitung exsp. Zweig Narkoseabsaugung Atemgas exsp. Zuführleitung insp. Zweig Kreislauf Pfeil Exspirationsventil Druckgasspeicher feste Platte bewegliche Platte Druckfedersystem ansteuerbares Insp. Pfeil Kolbenpumpe "Bag in the bottle"-Prinzip Rückschlagventil Beutel Behälter Verbindungsleitung Rückschlagventil Auslaßventil Regel/Steuereinheit Wechseldruck-Gasspeicher/Druckerzeuger Kolben-Zyliiidereinheit feste Platte bewegliche Platte Federbalg Federsystem Gasraumes Kolbenstange Leitung Patienten-Anschluß-T-Stück Einweg-Ventil T-Stück Leitung T-Stück Gasleitung Einweg-Ventil Leitung T-Stück Einweg-Ventil regelbares Ventil Handbalg Meßeinrichtung für Unterdruck/Gasfluß / Triggereinrichtung

Claims

Patentansprüche:
1. Anästhesiemaschine bestehend aus einem Narkosegerät (2) zur Lieferung von Frischgas (5), aus einem Beatmungsteil (3) zur Unterstützung oder Durchführung der Beatmung des Patienten sowie einem Narkosesystem (4) zur Durchführung des eigentlichen Gasaustausches zwischen Maschine und Patient, wobei das Narkosesystem (4) einen inspiratorischen (10) und einen exspiratorischen Zweig (7) aufweist, die über einen Patientenanschluß T-Stück (38) miteinander verbunden sind, mit einem im inspiratorischen Zweig (10) angeordneten Druckerzeuger (29) für den Beatmungsteil (3) oder dergleichen und einem nachgeschalteten Inspirationsventil (18) und einem im exspiratorischen Zweig (7) angeordneten Exspirationsventil bzw. Auslaßventil (13, 27) und mit einer Verbindungsleitung (25, 25') zwischem dem inspiratorischem und dem exspiratorischen Zweig (7, 10) zur Herstellung eines halbgeschlossenen, eines geschlossenen oder eines halboffenen Narkosesystems, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckerzeuger
(29) als Wechseldruck-Gasspeicher (29) oder dergleichen ausgebildet ist, welchem eine steuerbare Antriebseinrichtung
(30) wenigstens zur Vergrößerung des Hubvolumens des Gasspeichers (29) zugeordnet ist, daß das exspiratorische Atemgas (9') des Patienten (6) über den exspiratorischen Zweig (7) und über die Verbindungsleitung (25, 25') in einstellbarer Menge dem Gasspeicher (29) zuführbar ist, wobei ein Steuer- oder regelbares Überschußventil (27) im exspiratorischen Zweig (7) die abzuleitende Atemgasmenge bestimmt und daß der unter Druck gesetzte Gasinhalt des Gasspeichers (29) in der inspiratorischen Phase über ein Steuer- oder regelbares Inspirationsventil (18) entnehmbar ist.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Atemgas für die Durchführung der Inspiration unter hohem Druck im Gasspeicher (29) bereitgehalten und über das Inspirationsventil (18) geregelt wird und daß der Druck im Gasspeicher (29) während der Exspirationsphase soweit abgesenkt ist, daß das vom Patienten über die Verbindungsleitung (25) zurückströmende Exspirationsgas ganz oder teilweise im Gasspeicher (29) gesammelt wird.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei teilweiser Wiederverwendung des Exspirationsgases im Gasspeicher (29) das überschüssige Exspirationsgas über das Überströmventil (27) abgeleitet wird.
4. Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Exspirationsventil (13) als Peep- Ventil einen dauernden positiven Atemwegsdruck erzeugt.
5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die FrischgasZuführung zum Patienten über eine Zuführleitung (37) im inspiratorischen Zweig (10) erfolgt, die vor oder nach dem Inspirationsventil (18) angeordnet ist.
6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die FrischgasZuführung zum Gasspeicher (29) und/oder zum Patienten (6) über eine Frischgaszuführleitung (37, 37') kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.
7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicher (29) als Wechseldruck-Gasspeicher ausgebildet ist und eine feststehende (31) sowie eine bewegliche Platte (32) aufweist, wobei die bewegliche Platte (32) über ein Federsystem (34) im Sinne einer Verkleinerung des Hubvolumens antreibbar ist.
8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckentlastung und/oder der Antrieb des Gasspeichers (29) durch eine pneumatische oder elektrische Stelleinrichtung und insbesondere eine pneumatische oder elektrische Kolben/Zylindereinheit (30) erfolgt.
9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (25) ein Rückschlagventil (26) aufweist, welches während der inspiratorischen Phase geschlossen ist.
10. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im exspiratorischen Zweig ein Exspirationsventil (13) und ein Überschußventil (27) als regelbare Ventile angeordnet sind, wobei die Verbindungsleitung (25) zwischen den Ventilen (13, 27) abzweigt.
11. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im exspiratorischen Zweig ein- Rückschlagventil (39) vorgesehen ist, welches während der inspiratorischen Phase den exspiratorischen Zweig (7) gegenüber dem inspiratorischen Zweig (10) verschließt und daß das Überschußventil als kombiniertes Überschuß-, Exspirations- und/oder Peep-Ventil (27') ausgebildet ist.
12. Maschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der exspiratorische Zweig (7) über eine Verbindungsleitung (25') zum inspiratorischen Zweig (10) zur Atemgasrückführung zum Gasspeicher (29) führt und daß am inspiratorischen Zweig (10) ein kombiniertes Überschuß. Exspirations- und/oder Peep-Ventil (27') angeschlossen ist.
13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (25') vom exspiratorischen (7) zum inspiratorischen Zweig (10) zwischen Patient und Rückschlagventil (18) im inspiratorischen Zweig (10) mündet und daß eine Bypassleitung (45) mit Rückschlagventil (47) das regelbare Inspirationsventil (18) überbrückt, wobei das Rückschlagventil (47) in der Inspirationsphase geschlossen ist.
14. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zuschaltbare Handbeatmungseinrichtung (49) mit Schaltventil (48) dem inspiratorischen Zweig (10) zugeordnet ist.
15. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechseldruck-Gasspeicher (29) in Verbindung mit dem regelbaren Inspirationsventil (18) und einer zusätzlichen Triggereinrichtung (50) den Patienten- Gasbedarf eines spontanatmenden Patienten liefern kann.
16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinrichtung (50) den Patienten bei einer Spontanatmung eine inspiratorische Atemhilfe gewähren kann.
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