DE2216163C3 - Steuerungsanordnung für die Kontrolle der Abweichungen von den vorwählbaren Sollwerten für Atemdruck, Beatmungsfrequenz, Atemminuten- und Atemzugvolumen, O2 -Aufnahme und CO2 -Abgabe bei Beatmungsgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stcucrungsanordnung für die Kontrolle der Abweichungen von den vorwählbaren Sollwerten für Atemdruck, Beatmungsfrequenz, Atemminulen- und Atemzugvolumen, O2-Aufnahme und CO2-Abgabe u. a., mit optischer An/cigc, bestehend aus logischen pneumatischen Schalt- und Sicuerelementen mit einem Flip-Flop, einem Impulsformer und einem Trigger.

Bei einem großen Teil der bekannten Bcalmungsgerälc wird während einer kontrollierten und assistierten Beatmung mittels einer druck-, frequenz- oder volumengesteuerten Vorrichtung dem Patienten eine bestimmte Atemgasmenge zugeführt. Allerdings wird bei der kontrollierten Beatmung der Zeitpunkt der Einatmung gesteuert, dagegen bestimmt ihn bei der assistierten Beatmung der Patient selbst. Diese im zunehmenden Maße angewandte Bcatmungsart ist besonders in der postoperativen Phase vorteilhaft, da einerseits der Patient schneller vom Beatmungsgerät wieder abgesetzt werden kann und andererseits gewisse Synchronisationsschwierigkeiten zwischen dem Beatmungsgerät und dem Patienten entfallen.

Die assistierte Beatmung kommt zur Anwendung, wenn der Patient in der Erwachungsphase mit zunächst schwachen Eigenatmungsversuchen beginnt. In dieser Erwachungs- bzw. Übergangsphase mußte bisher durch den Anaesthesisten der Patient des öfteren vom Beatmungsgerät getrennt werden, um festzustellen, ob Eigenatmung schon vorhanden ist.

Zur Beseitigung der sich wiederholenden Kontrollvorgänge wurde ein Gerät vorgeschlagen, dessen speziell ausgebildete Steuerschaltung einen Mikrozylinder mit Steuerimpulsen beaufschlagt, sobald bei eingeschalteter assistierter Beatmung die vei einem negativen Druckgeber infolge der eingesetzten Eigenatmung hervorgerufenen Impulse eintreffen. Zwar war damit für die spezielle Steuerung des Gerätes ein Erkennen der Eigenatmung der Patienten möglich geworden, jedoch fehlte nach wie vor ihre Anzeige in der postoperativen Phase, d.h., unabhängig von der eingestellten Beatmungsart war der Beginn bzw. das Vorhandensein der Eigenatmung nicht sofort erkennbar.

Es ist auch bekannt, während der Beatmung die Beatmungseffekte und die Arbeitsweise des Beatmungsgerätes über einen mit dem Atemraum des Patienten verbundenen Atemdruckmesser indirekt zu überwachen, primär aber Aufschluß über den Atemdruck zu erhalten. Ebenso kann durch die Anordnung von Volumenmeßeinrichtungen in der Ausatemleitung das Atemminuten- und Atemzugvolumen bei der Beatmung erfaßt werden. In diesem Zusammenhang wurde schon ein Gerät zur Messung des mittleren Atemzeitvolumens vorgeschlagen, bei dem im Nebenschluß und nach dem Prinzip der Temperaturverschiebung die Impulse des Atemstromes elektrokalorimetrisch gemessen werden können.

Darüber hinaus sind Geräte zur fortlaufenden und dabei selbsttätigen Registrierung des Gasstoffwcchscls am menschlichen Körper bekannt, die eine direkte Ablesung der aufgenommenen oder ausgeschiedenen Mengen an O2 bzw. CO2 in jedem Zcilaugcnblick graphisch veranschaulicht. Zur Messung des Aiemvcrlaufes und der Atemfrequenz gib! es ebenfalls Vorrichtungen, die vorzugsweise frei bewegende Personen telcmctrisch untersuchen und zu diesem Zweck als Wandlcrelement ein Thcrinistorkügelchen benutzen. Dieses kann mit einem zweiten Thcrmistorwandler in an sich bekannter Weise als Widerstand in einem Zweig einer Wheatsloneschcn Brücke geschaltet sein, wodurch infolge Umgebungseinflüssen hervorgerufene Temperaturschwankungen wcitcstgchcnd kompensiert werden sollen.

Mit den bekannten Vorrichtungen kann lediglich ein spezieller Parameter überwacht und kontrolliert wcrden. Eine Warnung bei Abweichungen von den eingestellten Sollwerten ist nicht vorgesehen. Außerdem fehlt eine direkte Verbindung zur Funktionsweise der Bcatmungsapparatur. so daß diese nur mittelbar über den sich einstellenden Atemdruck beurteilt werden kann. Ein Mangel ist auch, daß Thermistoren zu empfindliche Geber sind, die zudem durch Überdeckung von Sekret ausfallen.

Schließlich ist noch ein Alcmdruck-Überwachungsgcrät bekannt, das die bisher zum Ansprechen eines

^⁰ Warnsignalgerätes vorgeschlagenen Ansprechzeit-Ycrzögerungsvorrichlungen ablöst und eine bessere Betriebssicherheit und Arbeitsgenauigkeit gewährleisten soll. Das Atemdruck-Überwachungsgerät steht mit einer Kammer der Beatmungsvorrichtung in Verbin-

⁶ⁱ dung, in welcher der Druck der Atemluft während des Ein- und Ausatmens eines Patienten darauf überwacht wird, ob er über einen vorbestimmten Wert ansteigt bzw. unter diesen Wert abfällt. Hierzu dienen optische

oder akustische Signalglieder, die bei einer Abweichung vom Sollwert ansprechen. Kennzeichnend bei diesem Gerät ist ein Schalter, dessen Betätigungsglied mit einer als vorgespannte Membran ausgebildeten Kammer verstellbar ist und mittels dem bei jedem Atemzyklus wechselweise zwei Zeitschaltvorrichtungen einschaltbar sind, wobei beim Umlegen des Schalters die jeweils nicht eingeschaltete Zeitschaltvorrichtung in ihre Ruhestellung turückstellbar ist. Beim Überschreiten der vorgegebenen Zeitverzögerung geht von der betreffenden Zeitschaltvorrichtung ein Schaltimpuls aus, der mit Hilfe von Umschaltern einen Signalstromkreis schließt

Wenn auch die Kammer des Atemdruck-Überwachungsgerätes möglichst nahe am Patienten mit dem Luftröhrenweg verbunden werden kann und so die größte Ansprechempfindlichkeit sicherstellt, wenn außerdem zur Erhöhung der Betriebssicherheit auch noch eine zusätzliche Signalanlage vorgesehen ist, die beim Ausfall des Versorgungsnetzes ein Warnsignal abgibt, so erfordert seine direkte Verbindung zur Funktionsweise der Beatmungsapparatur einen relativ umfangreichen Aufwand. Ferner ist dieses Gerät nur für die Atemdrucküberwachung ausgelegt, wodurch wesentliche Vorgänge in der postoperativen Phase nicht ausreichend erfaßt und signalisiert werden können. Es feht auch die Möglichkeit zur Kontrolle und Warnung bei Über- oder Unterschreiten der Beatmungsfrequenz sowie sich einstellenden Abweichungen von den Veniilationseffekten wie OrAufnahme und COi-Abgabe. Das gleiche gilt für die Alarmieruiig bei Gerätestil!- stand durch Versagen der Steuertechnik u. a. m.

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung vorgenannter Mängel und eine Verbesserung dahingehend, daß unabhängig vom Gerätetyp und unabhängig von der eingestellten Beat mti ngsart in der postoperativen Phase der Beginn bzw. das Vorhandensein der Eigenatmung sofort erkannt wird, ohne erst den Patienten vom Beatmungsgerät trennen zu müssen. Außerdem soll eine Verknüpfung zwischen dem Bcatmungscffckt und der exakten Arbeitsweise des bei der Beatmung benutzten Beatmungsgerät hergestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Steuci ungsanordnung für die Kontrolle der Atmung und den Abweichungen ihrer vorwählbarcn .Sollwerte zu schaffen, die bei entsprechender Bcaimungsaufgabe und gewählter Beatmungsmethode eine durch Undichtigkeit, Über- und Unterschrcitung des Beatmungsdruckes bzw. der Beatmungsfrequenz. Versagen der Steuertechnik oder Ausfall der Spciseenergic, aber auch durch Abweichung von den Vcntilationseffcktcn von O^-Aufnähme und CCVAbgabe hervorgerufene Gefährdung des Patienten ausschließt. Entsprechend der Gcräicart sind primär von Interesse bei voluniengesteuertcn Bealmungsgeräten. Atcmdruck und -frequenz, bei zci!gesteuerten Bealmungsgeräten Atcmdruck und Flow sowie bei druckgesteuerten Bealmungsgeräten Flow und Beatmungsfrequenz.

Außerdem beinhaltet die Aufgabe die Schaffung einer von Beginn der Eigenatmung an fortwährend optischen Anzeige, welche erkennen lassen soll, ob der Impuls, der zum Ansprechen des Beatmungsgerätes geführt hat, vom Patienten oder einem Zeitschalter (Timer) ausgelöst wurde.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein erster Eingang des Flip-Flop-Bausleins mit einem Schalter und der zweite Eingang mit einem Druckwandler und über den Impulsformerbausteiti mit einem Torbaustein verbunden ist, dessen einer Eingang über ein Und-Glied mit dem Hilfsluftanschluß und mit dem Schalter und dessen Ausgang über ein Zeitglied und einen Schwellwertschalter mit einem Oder-Glied verbunden ist. daß der Ausgang des Flip-Flop-Bausteins ebenfalls über ein Und-Glied mit dem Oder-Glied und ein dem Flip-Flop-Baustein und dem Schwellwertschalter parallel liegender zweiter Schwellwertschalter, dessen Eingang mit dem einen Eingang eines weiteren Und-Gliedes, dem Ausgang des zuerst genannten

ίο Und-Gliedes und dem einen Eingang eines vierten Und-Gliedes und dessen Ausgang ebenfalls mit dem Oder-Glied verbunden ist, daß der Trigger über das vorletzt genannte Und-Glied mit dem optischen Signalgeber für die Eigenatmung verbunden ist und daß ein zweiter Druckwandler über das letzte der verwendeten Und-Glieder mit dem optischen Signalgeber für die Druckunterschreitung- bzw. mit einem P/E-Wandler und über ein zweiten Oder-Glied dieser Steuerungsanordnung mit dem akustischen Signalgeber sowie das erste Oder-Glied η ■'.; dem optischen Signalgeber für den Arbeitsdruck und :inem weiteren P/E-Wandler und über das zweite Oder-Glied mit dem akustischen Signalgeber verbunden ist.

Die logische Verknüpfungen der Steuerungsanordnung <■ .-möglichen eine vorteilhafte Verquickung aller die Beatmung beeinflussenden Vorgänge und erzeugen bei Ausfall einer Teilfunklion bzw. bei Abweichung von den vorwählbaren Sollwerten entsprechende Warnsignale. Damit wird eine Schädigung des Patienten

jo verhindert. Außerdem erhält das Bedienungspersonal mehr Zeit für andere Aufgaben und es können besonders bei Intensivpflegestationen mehr Patienten mit geringem Aufwand überwacht werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus der frühstmöglichen Durch-

(i führung der assistierten Beatmung, aus dem sicheren Erkennen der Eigenatmung des Patienten und aus der schnelleren Bereitstellung des abgesetzten Beutmungsgcrätcs für den nächsten Patienten.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung

■in dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

in der schematischen Darstellung ist die Steuerungsanordnung mit einem Schalter 1, einem Druckwandler 2 für Mindestarbeitsdruck (p mind) und einem zweiten Druckwandler 3 für Maximalarbeitsdruck (p max)

•'ι verschen. Mit der Bezugszahl 4 ist ein Eingang für das Inspirationssignal .v/ und mit der Bezugszahl 5 ein Hilfsluftanschluß bezeichnet. Der erste Eingang eines Flip-Flop-Bausteines 6 ist über Anschluß a\ mit dem Schalter I und sein zweiler Eingang mit dem

">ii Druckwandler 2 verbunden. Außerdem besteht über einen Impulsfonnerbaustein 9 eine Verbindung mit einem Torbauslein 10, dessen einer Eingang über ein Unt¹ Glied 13 und Anschluß c₂ mit dem Hilfsluftanschluß 5 und über Anschluß C\ mit dem Schalter 1 verbunden

« ist. Der Ausgang des Torbausteines 10 ist über ein Zeitglied 11 und einen Schwellwertschalter 12 über Anschluß es an ein Oder-Glied 8 geführt.

Der Ausgang des Flip-Flop-Bausteines 6 ist über den Anschluß es eines Und-Gliedes 7 und über die

ho Anschlüsse a? und e? mit dem Oder-Glied 8 verbunden. An dieses ist über Anschluß») auch ein dem Schwellwertschalter 12 parallel liegender zweiter Schwellwertschalter 14 angeknüpft, dessen Eingang mit dem einen Eingang cn eines weiteren Und-Gliedes 22, dem

ho Ausgang /?j des Und-Gliedes 13 und dem Eingang ej eines vierten Und-Gliedes 15 in Verbindung steht. Weitere Verbindungen bestehen einmal von einem Trigger 23 über Anschluß e_!2 an das Und-Glied 22 und

über Anschluß «ι? /um optischen Signalgeber 24 fiir die Eigenatmung und zum anderen vom Druckwandler } über Anschluß e> an das Und-Glicd 15 und über Anschluß fl4 zum optischen Signalgeber 19 für die Druckunterschreitung. Das Und-Glied 15 ist aber auch s mit einem P/E-Wandler 21 und über Anschluß en eines Oder-Gliedes 16 mit einem akustischen Signalgeber 17 verbunden, der seinerseits über Anschluß ;i6 des Oder-Gliedes 16 und dessen anderen Eingang C\n einen Anschluß an den Ausgang .-I₅ des Oder-Gliedes 8 in aufweist. Dieser Ausgang n-, ist noch mit dem optischen Signalgeber 18 fin den Arbeitsdruck und mit einem P/E-Wandler 20 verbunden.

Mit dieser Schaltungsanordnung werden die fin¹ ilen Patienten lebensbedrohlichen Zustünde b/w. die mn ι'■ vorwählbaren Sollwerten eintretenden Abweichungen signalisiert. Das geschieht /. H. bei Annäherung an ilen vnriviihlharfMl iruiviimilrn nr>i.iliw;n !''."1!'.!11'.!PfI'-'.'¹'¹''¹' (ρ η nix. 'pos) durch ein entsprechend der Atemfrequen/ vom Tastverhältnis unabhängiges optischen und oder :n akustisches Signal b/w. bei Überschreitung des vorgewählten Beatmungsdriickes durch ein Dauersignal fur die Dauer der Drucküberschreitung. Im umgekehrten Rill, wenn als Folge von Undichtigkeiten oder l.oscn tier Patientenverbindung der vorwählbare positive Ji Bcatmungsdruck (p mind pen) nicht erreicht wird, erfolgt ein der Atemfrequen/ mit dem T.ist\erhaltnis. d. h. dem Verhältnis f| : t\ entsprechendes Blink- oder unierbrochenes Tonsignal.

Wird dagegen eine \orwiihlbare Mindestfrequen/ i" infolge von Gerätefchlern oder eine \ eranderung im S>stern Patient-Cierät unterschritten, dann wird ein Intervallsignal aufbereitet.dessen Biene ein MaH tür die Frequcnzunterschreitung darstellt: I requen/ gleich 0 bedeutet Dauerton. Bei Unterschreitiing \on Mindest- r> werten der Antriebsenergie entstein ein Dauersigt;.:i fiir die D.iuerder Antriebsenergiereserse

Die nur beispielsweise aufgetiihnen Warn/usianJe werden über den Schalter I suwie die he.den Druckwandler 2 und 3 eingeleitet. In Verbindung mit dem Eingang 4 für das Inspirationssigna! ist dessen signale Verknüpfung mit der Beatnuingsgerätestcucrung (nicht gezeichnet) und dem I lip-Flop-Baustein b besonders vorteilhaft, da bei gc'chzeiliger Belegung seiner Eingänge mit Signalen dominierende Speicherungen und Löschungen erzielt werden. Diese Zustande werden über das Und-Glicd 7 weilergeleitet und /ur Erzeugung eines mit der Atemfrequenz im Atem/eitverhalinis wirkenden Warnsignals hei unzureichend positivem -Steindruck genutzt

Andererseits ist das über den l.ingang 4 eingeleitet Inspirationssignal fiir die Erzeugung eines im Impiilslor merbaustem ^ signalisierenden Impulsen z'Mandig. ilci das als Drossel-Voliimenkomhination auigcNiuie Zeit glied Il im Rlnthmiis der Atemfrequen/ eiH.ult. Wird nämlich eine an der Dros-.el des Zeilirliedes Ii ν ι »rir₍i\i ithl t»¹ Λ li'nif rt'nxiijri t imti'!-*.!'!!!! IItMl il h liir ihr Aufladung des Zeitgl'cdcs 11 steht eine längere Zeit zur Verfügung, dann spricht der Schwellwertschalter 12 an und ein Warnsignal wird erzeugt. Hei einem trequen/losen Zustand wird ein Dauersignal gegeben

Der über den llilfsluftanschlufi "> eingespeiste Arbeitsdruck von l.4kpcm' liegt zusammen mit dem Signal \om Schalter I am Schwellw erlschalter 14 an. Hei Unterschreitung des eingestellten Mindestdruckes entsteht ei·- Dauersignal für die Dauer der Arbeitsdruckreserve, weiches über das Oder-Cilied 8 /um Signalgeber 18 b/w. P,'E-Wandler 20 geleitet wird. Dieser erlaubt eine Fernanzeige und zugleich eine weitere VcrarKi tiing des Signales über die Dauer ('.er Arbeitsdruckreser- \e hinaus SchlieHlich ist der UilfsluftanschluH 5. also der sorgenannte Arbeitsdruck mit dem Signal des Wandlers } für maximalen Bealmungsdruek verknüpft. Bei einer Druckübersehre.Huig wird für deren Zeitraum ein Signal aulbereitet und über das Oder-Glied 16 an die Signalgeber 17 und 19 sowie den P E Wandler 21 geleitet.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuerimgsanordnung für die Kontrolle der Abweichungen von den vorwählbaren Sollwerten für Atemdruck, Beatmungsfrequenz, Atemminuten- und Atemzugvoiumen, (VAufnahme und COrAbgabe u.a., mit optischer Anzeige, bestehend aus logischen pneumatischen Schalt- und Steuerelementen mit einem Flip-Flop, einem Impulsformer und einem Trigger, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Eingang des Flip-Flop-Bausteins (6) mit einem Schalter (1) und der zweite Eingang mit einem Druckwandler (2) und über den Impulsformerbaustein (9) mit einem Torbaustein (10) verbunden ist, dessen einer Eingang über ein Und-Glied (13) mit dem Hilfsluftanschluß (5) und mit dem Schalter (1) und dessen Ausgang über ein Zeitglied (11) und einem Schwellwertschalter (12) mit einem Oder-Glied (8) verbunden ist, daß der Ausgang des Flip-Flop-Pausteines (6) über ein Und-Glied (7) mit dem Oder-Glied (8) und ein dem Flip-Flop-Baustein (6) und dem Schwellwertschalter (12) parallel liegender zweiter Schwellwertschalter (14), dessen Eingang mit dem einen Eingang eines Und-Gliedes (22), dem Ausgang des Und-Gliedes (13) und dem einen Eingang eines Und-Gliedes (15) und dessen Ausgang ebenfalls mit dem Oder-Glied (8) verbunden ist, daß der Trigger (23) über das Und-Glied (22) mit dem optischen Signalgeber (24) für die Eigenatmung verbunden ist und daß ein zweiter Druckwandler (3) über das Jnd-Glied (15) mit dem optischen Signalgeber (19) für die Drur^.unterschrcilung bzw. mit einem P/E-Wandlc· (21) und über ein Oder-Glied (16) mit dem akustisch-,n Signalgeber (17) sowie das Oder-Glied (8) mil dem optischen Signalgeber (18) für den Arbeitsdruck und einem P/E-Wandler (20) und über das Oder-Glied (16) mit dem akustischen Signalgebcr(17) verbunden ist.