DE3712388A1 - Atemhilfegeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Atemhilfegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der DE-A1-32 40 897 bzw. der EP-PS 01 12 979 ist ein Atemhilfegerät beschrieben, das zur Wiederherstellung der Spontanatmung von Patienten dient, wobei die Atemwege unter einem kontinuierlich positiven Atemwegdruck (CPAP) stehen. Um die Unter- und Überschwingweiten um das eingestellte Druckniveau (Peep-Niveau) gering zu halten, wurde bei einem kontinuierlichen Gasfluß ein zusätzliches Peep-Ventil im inspiratorischen Zweig angeordnet. Hierdurch gelangt während der Exspirationsphase ausschließlich vom Patienten ausgeatmete Luft in den exspiratorischen Zweig, wobei die ausgeatmete Luft über ein auf Peep-Niveau eingestelltes Exspirationsventil ins Freie gelangt. Eine zusätzliche Druckkonstanthalteeinrichtung erlaubt einen minimalen Gasfluß mit zusätzlicher Einspeisung von Gas sofern ein Bedarf vorhanden ist.

In der zuvor genannten Druckschrift sind die unterschiedlichen Bautypen von Geräten ausführlichst beschrieben. Auf den sachlichen Inhalt dieser Vorveröffentlichungen wird deshalb in vollem Umfang ausdrücklich verwiesen.

Bei Beatmungsmaschinen unterscheidet man zwischen zwei Prinzipien, nämlich dem High-Flow-CPAP oder dem Demand- CPAP.

Beim High-Flow-CPAP wird dem Patienten ein ständiger Gasstrom angeboten, wobei der gewünschte Überdruck auf Peep-Niveau durch ein am Ende des Exspirationszweigs angeordnetes Peep-Ventil einstellbar ist. Der ständig fließende Gasstrom beim High-Flow-CPAP-Gerät wird im allgemeinen auf die höchstmögliche Entnahme des Patienten in der Inspirationsphase eingestellt, so daß sich ein hoher Gasverbrauch dadurch ergibt, daß in der Exspirationsphase das Gas ungenutzt aus dem Überstromventil (Peep-Ventil) ausströmt. Hohe Atemwegwiderstände in der Exspirationsphase ergeben sich dadurch, daß zusätzlich zum ständigen Gasfluß die ausgeatmete Luft hinzukommt, so daß sich eine Druckerhöhung in der exspiratorischen Phase einstellt. Infolge des beim Einatmen auftretenden Unterdrucks im inspiratorischen Zweig und infolge des auftretenden Überdrucks durch den Gasstau im exspiratorischen Zweig beim Ausatmen, stellen sich bei den bekannten High-Flow- CPAP-Geräten große Unter- und Überschwingweiten der Atemdruckkurve um das eingestellte Peep-Niveau ein.

Bei dem bekannten Gerät gemäß DE-A1-32 40 897 wird die beim Ausatmen auftretende Überschwingweite der Atemdruckkurve dadurch reduziert, daß das Gas während der Exspirationsphase über ein zusätzliches, im inspiratorischen Zweig vorhandenes Peepventil abgelassen wird, so daß der exspiratorische Zweig beim Ausatmen ausschließlich mit Patientenatemgas belegt ist. Dies hat auch den Vorteil, daß im exspiratorischen Zweig vorgesehene Meßgeräte ausschließlich mit Patientenatemgas beaufschlagt sind.

Bei dem bekannten Gerät ist das Patienten-Anschluß-T-Stück durch ein Rückschlagventil vom inspiratorischen Zweig getrennt. Hier hat das Rückschlagventil die Aufgabe, den inspiratorischen Zweig während der Exspirationsphase vom exspiratorischen Zweig abzutrennen, so daß der ständig fließende Gasstrom über das im inspiratorischen Zweig vorgesehene Peep-Ventil und nicht über den exspiratorischen Zweig abströmen kann.

Bei dem zuvor beschriebenen bekannten Gerät gemäß DE-A1-32 40 897 ist zusätzlich ein Druckkonstanthalter vorgesehen, der über eine Regelung mit Druckmeßgeräten im exspiratorischen Zweig zu dem ständig fließenden Gasstrom während der Inspirationsphase dem Patienten ein weiteres Gasvolumen bei Bedarf zuführen kann. Dies entspricht grundsätzlich dem Demand-Prinzip, bei welchem der vom Patienten gewünschte inspiratorische Gasstrom über einen Drucksensor und ein regelbares Inspirationsventil bedarfsgerecht angeboten wird. Bei Geräten nach dem Demand-Prinzip wird dem Patienten nur das jeweils gewünschte Atemzugvolumen geliefert. Hierbei führen erforderliche Meß- und Schaltzeiten der Drucksensoren bzw. des Inspirationsventils ebenfalls zu Druckschwankungen in der Gasversorgung des Patienten. Weiterhin sind bei derartigen Geräten regelbare Inspirations- und Exspirationsventile notwendig, die einen erheblichen Strömungswiderstand aufweisen.

Um die Menge des ständig fließenden Gasstromes auf ein Minimum zu halten, ist es bei normalen High-Flow-CPAP- Geräten bekanntgeworden, im inspiratorischen oder im exspiratorischen Zweig ein zusätzliches Reservoir, zum Beispiel Atembeutel oder Wetterballon, mit einer Frischgasbefüllung vorzusehen, um Druckschwankungen um das Peepniveau bzw. zusätzlich notwendige Atemluft zur Verfügung zu stellen. Derartige Atembeutel oder Wetterballons haben ein Füllvolumen von ca. 3 bis 40 Liter Gasmenge.

Beim Ausatmen, d. h. in der Exspirationsphase, wird das Reservoir mit Exspirationsgas teilweise gefüllt, so daß eine unerwünschte CO₂-Rückatmung stattfindet, wobei zusätzlich Frischgas vom ständig strömenden Gasfluß in das Reservoir strömt. Vor dem Patienten-Anschluß-T-Stück ist weiterhin im allgemeinen im inspiratorischen Zweig ein Befeuchter mit Heizung vorgeschaltet, um die Gastemperatur auf ca. 34° und 100% Luftfeuchtigkeit einzustellen.

Derartige als Atembeutel oder Wetterballon ausgebildete Gasreservoirs haben den Nachteil, daß der gesamte Bereich dieser Atembeutel einschließlich dazwischen geschalteter Befeuchter durch den Patienten kontaminiert wird, da diese Bauteile unmittelbar mit der Patientenatemluft beaufschlagt werden.

Das Dazwischenschalten eines Rückschlagventils zwischen Atembeutel im inspiratorischen Zweig und Patienten- Anschluß-T-Stück ist bei derartigen bekannten Geräten nicht vorgesehen, da ein Rückschlagventil im inspiratorischen Zweig beim Einatmen einen zusätzlichen Druckverlust von ca. 2 bis 3 mbar erzeugt, um die Öffnung und Durchströmung des Rückschlagventils zu bewirken. In diesem Fall könnte der Atembeutel auch nicht als Dämpfungsglied in der Exspirationsphase dienen.

Weiterhin fällt der Druck im Atembeutel mit abnehmender Menge linear ab, so daß kein konstanter Druck während der Inspirationsphase herrscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein High-Flow- CPAP-Gerät vorzuschlagen, welches die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, bei welchem insbesondere eine Kontaminierung des inspiratorischen Zweigs mit vorhandenem Reservoir bzw. Druckkonstanthalteeinrichtung vermieden wird und welches einen möglichst konstanten Atemwegdruck in der inspiratorischen Phase beibehält und zwar ohne aufwendige Regeleinrichtungen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Atemhilfegerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gedankens aufgeführt.

Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß zur Vermeidung einer Kontaminierung des inspiratorischen Zweigs beim Exspirationsvorgang dieser Zweig durch ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil vom Patienten beim Ausatmen abgeschlossen sein muß. Bakterien, Infektionen usw. können daher nicht in den inspiratorischen Zweig gelangen.

Um das High-Flow-CPAP-Prinzip beizubehalten, muß jedoch der ständig fließende Gasstrom während des Exspirationsvorgangs abgeleitet werden, was erfindungsgemäß dadurch geschieht, daß die Druckkonstanthalteeinrichtung diese Gasmenge beim Exspirationsvorgang aufnimmt. Die Druckkonstanthalteeinrichtung wird grundsätzlich beim Einatmen wenigstens teilweise entleert, so daß sich beim Ausatmen der ständig fließende Gasstrom im inspiratorischen Zweig in der Druckkonstanthalteeinrichtung sammeln kann.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß während der exspiratorischen Phase der inspiratorische Zweig völlig abgeschlossen und damit nicht mehr kontaminiert werden kann.

Gemäß der Weiterbildung der Erfindung nach Unteranspruch 2 ist die Druckhalteeinrichtung als federbelastbarer Balg ausgebildet, der unter einer Vorspannung steht, so daß der Atemwegdruck in der Inspirationsphase unabhängig vom Entnahmevolumen konstant gehalten werden kann, wobei die Vorspannung an das eingestellte Peep-Niveau angepaßt ist. Durch die zusätzliche Entleerung der Druckhalteeinrichtung während der inspiratorischen Phase kann der kontinuierliche Gasfluß im inspiratorischen Zweig kleiner gehalten werden, als dies der maximal notwendigen Menge pro Zeiteinheit zur Beatmung entspricht. Das Gerät arbeitet deshalb wirtschaftlich und gleicht Druckschwankungen aus.

In Weiterbildung der Erfindung nach Unteranspruch 3 ist im Exspirationszweig ein zusätzlicher Atembeutel oder Wetterballon mit einem Füllvolumen von ca. 0,5 Liter vorgesehen. Dieses Reservoir dient zur Abschwächung des Druckimpulses der zu Beginn der Exspirationsphase entsteht, um das Peep-Ventil am Ende des Exspirationszweigs zu öffnen. Durch die Glättung dieser Druckspannungsspitzen wird der Patient weniger belastet.

Gemäß der Weiterbildung der Erfindung nach Unteranspruch 4 wird als Rückschlagventil im inspiratorischen Zweig ein spezielles Ventil verwendet, welches einen besonders niedrigen Öffnungswiderstand aufweist. Gegenüber herkömmlichen runden Gummi-Membranen oder einer Glimmerscheibe in bekannten Rückschlagventilen unterscheidet sich dieses Rückschlagventil erfindungsgemäß dadurch, daß die Gummi-Membran in radialer Richtung mehrere Schlitze aufweist, die jedoch im geschlossenen Zustand durch zugehörige Stege auf der Befestigungsplatte oder Abstützplatte abgedichtet sind. Infolge dieser Schlitze weist die Membran zu ihrer Verbiegung einen wesentlich geringeren Eigenwiderstand auf, wodurch der Öffnungswiderstand des Rückschlagventils entscheidend herabgesetzt ist. Hierdurch kann eine sonst übliche Druckspannungsspitze vermieden werden.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Unteranspruch 5 sieht vor, daß das Peepventil am Ende des exspiratorischen Zweigs entweder als federbelasteter Dichtungskolben oder als Wasserschloß in an sich bekannter Weise ausgebildet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Atemhilfegeräts,

Fig. 2a bis c eine nähere Darstellung des erfindungsgemäßen Rückschlagventils.

Das erfindungsgemäße Atemhilfegerät (1) zum Anschluß an einen Patienten (2) besteht aus einem inspiratorischen Zweig (3) und einem exspiratorischen Zweig (4). Zwischen diesen beiden Zweigen ist ein Patienten-Anschluß-T-Stück (5) vorgesehen, im allgemeinen über einen Anschluß mittels eines Patienten-Schlauchsystems (6). Die Pfeile (7) und (8) sollen nochmals die Trennlinie zwischen inspiratorischem Zweig (3) und exspiratorischem Zweig (4) anzeigen.

Das für die Atmung notwendige ständig fließende Gasgemisch wird über die Luftleitung (9) und die Sauerstoffleitung (10) über Regelventile (11) jeweils getrennten Druckminderer mit Durchflußmesser (12) zugeführt, bevor es in die gemeinsame Leitung (13) im inspiratorischen Zweig zusammengeführt wird.

Der inspiratorische Zweig enthält weiterhin eine Druckkonstanthalteeinrichtung (14) mit einem Reservoir oder Speicher (14) der als Faltenbalg (15) ausgebildet ist. Über das Hebelsystem (16) ist der obere Teil (17) des Faltenbalgs mit dem Drehpunkt (18) der mechanischen Befestigung (19) verbunden. Eine in der Federkraft verstellbare Feder (20) dient zur Verstellung des Faltenbalgs (15). In der Fig. 1 ist die Feder (20) als Zugfeder ausgebildet, d. h. das Zusammendrücken des Faltenbalgs (15) wird mittels der Feder (20) verstärkt. Die Verstellung der Zugfeder (20) geschieht mittels der Verstellmechanik (21).

Kurz vor dem Patienten-Schlauchsystem (6) befindet sich im inspiratorischen Zweig das Rückschlagventil (22), welches in der inspiratorischen Phase geöffnet und in der exspiratorischen Phase geschlossen ist. Hinter dem Rückschlagventil (22) ist mit Bezugszeichen (23) ein Befeuchter mit Heizvorrichtung zur Einstellung der Gastemperatur auf ca. 34° und 100% Luftfeuchtigkeit vorgesehen.

Das Rückschlagventil (22) ist in Fig. 2a bis c näher dargestellt. In der Fig. 2a weist die Gasleitung (24) im Abschlußquerschnitt eine Abschlußplatte (25) auf, wie sie in Fig. 2b in Stirnansicht dargestellt ist. Der Rohrquerschnitt wird danach durch sich kreuzende Stege (26, 27) begrenzt, die zwischen sich Öffnungen (28) einschließen. Auf der gasstromabwärtsliegenden Seite dieser Abschlußplatte (25) sitzt die Gummi-Membran (29) (Fig. 2c), die radiale Einschnitte (30) in entsprechender Anzahl wie die Stege (26, 27) aufweist. Die kreisförmige Gummi-Membran (29) besteht demnach aus Kreissegmenten, die sich leicht in axialer Richtung (Achse 31) verbiegen lassen. Die Segmente der Gummi-Membran (29) dienen zum Verschluß der Öffnungen (28) der Abschlußplatte (25), wobei die radialen Einschnitte (30) durch die Stege (26, 27) abgeschlossen sind. Die radialen Einschnitte (30) müssen deshalb in ihrer Breite kleiner ausgeführt werden, als die Breite der Stege (26, 27).

Der exspiratorische Zweig in Fig. 1 enthält ein Abschlußventil (32), welches als Peep-Ventil (32) in an sich bekannter Weise ausgebildet ist. Zur Erzeugung eines kontinuierlich positiven Atemwegdrucks (CPAP) verschließt der Ventilstößel mit Abschlußkolben (33) die exspiratorische Leitung (34) mit einer Kraft, die auf ca. 5 bis 10 mbar eingestellt wird. Die Druckkraft wird durch eine verstellbare Feder (35) erzeugt. Öffnet sich der Ventilstößel, so strömt die Atemluft über die Leitung (36) (Pfeil 37) ins Freie.

Ein Beutel (38) im exspiratorischen Zweig dient zur Dämpfung des Öffnungs-Anstiegdrucks des Peep-Ventils (32).

Die Erfindung arbeitet wie folgt:

Inspiratorische Phase: Beim Einatmen entsteht im Patienten-Anschluß-T-Stück ein Unterdruck, der zur Öffnung des Rückschlagventils (22) führt. Sodann strömt nach dem High-Flow-CPAP-Prinzip der ständig fließende Gasstrom im inspiratorischen Zweig zum Patienten, wobei die federunterstützte Druckkonstanthalteeinrichtung ebenfalls Gas aus dem Reservoir (14) zum Patienten strömen läßt, und zwar mit einem konstanten und durch die Feder einstellbaren Atemwegdruck.

In der exspiratorischen Phase entsteht durch den Ausatmungsvorgang des Patienten (2) ein Druckanstieg im Patienten-Anschluß-T-Stück der zum Verschluß des Rückschlagventils (22) führt. Während dieser Phase strömt der ständig fließende Gasstrom im inspiratorischen Zweig in das Reservoir (14) und füllt den Faltenbalg (15) wieder auf. Die ausgeatmete Luft gelangt über die exspiratorische Leitung (34) zum Peep-Ventil (32) und öffnet infolge des Überdrucks den Abschlußkolben (33) gegen die Federkraft (35). Die Atemluft kann dann durch die Leitung (36) ins Freie strömen. Der Atembeutel (38) dämpft dabei die Druckspannungsspitze, die durch den Öffnungswiderstand des Peep-Ventils (32) entsteht.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sie umfaßt auch vielmehr sämtliche fachmännischen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ohne erfinderischen Gehalt.

•  1 Atemhilfegerät
   2 Patienten
   3 inspiratorischer Zweig
   4 exspiratorischer Zweig
   5 Patienten-Anschluß-T-Stück
   6 Patienten-Schlauchsystem
   7 Pfeil
   8 Pfeil
   9 Luftleitung
  10 Sauerstoffleitung
  11 Regelventile
  12 Druckminderer/Durchflußmesser
  13 Leitung
  14 Druckkonstanthalteeinrichtung Reservoir/Speicher
  15 Faltenbalg
  16 Hebelsystem
  17 obere Teil von 15
  18 Drehpunkt
  19 mechanische Befestigung
  20 Zugfeder
  21 Verstellmechanik
  22 Rückschlagventil
  23 Befeuchter
  24 Gasleitung
  25 Abschlußplatte
  26 Stege
  27 Stege
  28 Öffnungen
  29 Gummimembran
  30 radiale Einschnitte
  31 Achse
  32 Peepventil
  33 Abschlußkolben/Dichtungskolben
  34 exspiratorische Leitung
  35 verstellbare Feder
  36 Leitung
  37 Pfeil
  38 Atembeutel/Wetterballon

Claims (5)

1. Atemhilfegerät zur Wiederherstellung der Spontanatmung von Patienten, mit einem inspiratorischen und einem exspiratorischen Zweig, wobei ein kontinuierlich positiver Atemwegdruck (CPAP) mittels eines am Ende des exspiratorischen Zweigs angeordneten Peep-Ventils auf Peep-Niveau einstellbar ist und Mittel im inspiratorischen Zweig zum Erzeugen eines dauernd fließenden Gasstroms (High-Flow-CPAP) vorgesehen sind, mit einer im inspiratorischen Zweig angeordneten Druckkonstanthalteeinrichtung, Atembeutel o. dgl. und einem im inspiratorischen Zweig angeordneten Rückschlagventil, dadurch gekennzeichnet, daß der dauernd fließende Gasstrom derart eingestellt ist, daß während der Inspirationsphase eine Gasentnahme aus der Druckkonstanthalteeinrichtung (14) oder dem Atembeutel (14) erfolgt, daß der inspiratorische Zweig während der Exspirationsphase über ein Rückschlagventil (22) vom Patienten (2) abgeschlossen ist und daß während der Exspirationsphase der dauernd fließende Gasstrom der Druckkonstanthalteeinrichtung (14) bzw. dem Atembeutel (14) zugeführt wird.

2. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkonstanthalteeinrichtung (14) als federbelastbarer Balg (15) mit einem Füllvolumen von ca. 3 bis 5 Liter ausgebildet ist, der mittels einer Vorspanneinrichtung (20) unter einer Vorspannung steht, wobei die Vorspannung an den eingestellten Peep-Druck angepaßt ist, und daß mittels des Faltenbalgs (15) der Atemwegdruck nahezu unabhängig vom Entnahmevolumen aus dem Faltenbalg und insbesondere konstant ist.

3. Atemhilfegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem im exspiratorischen Zweig angeordneten Peep-Ventil (32) ein Atembeutel (38) oder Wetterballon (38) mit einem Füllvolumen von ca. 0,5 Liter als Dämpfungsglied für das Peep-Ventil (32) vorgesehen ist.

4. Atemhilfegerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (22) im inspiratorischen Zweig eine radial geschlitzte Gummi-Membran (29) mit radialen Einschnitten (30) vorgesehen ist, deren Schlitze (30) durch zugehörige Stege (26, 27) auf einer im Rohrquerschnitt befindlichen Abstützplatte (25) bei Druckbeaufschlagung in Sperrichtung abgedeckt sind.

5. Atemhilfegerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Peep-Ventil (32) als Standrohr mit Wasserschloß oder als mit einer verstellbaren Feder (35) belasteter Dichtungskolben (33) ausgebildet und auf einem Peep-Niveau von 5 bis 25 mbar, insbesondere bis 10 mbar einstellbar ist.