DE3712389A1 - Atemhilfegeraet - Google Patents

Description

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

In 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 nach dem Demand-Prinzip, sofern ein Gasbedarf vorhanden ist. Im übrigen arbeitet dieses bekannte Gerät nach dem High-Flow- Prinzip.

In der zuvor genannten Druckschrift sind die unterschiedlichen Bautypen von Geräten ausführlichst beschrieben. Auf den sachlichen Inhalt dieser Vorveröffentlichung 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.

Bei dem zuvor beschriebenen bekannten Gerät gemäß EP-PS 01 12 979 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 sogenannten 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 Gasfluß- und Druckschwankungen in der Gasversorgung des Patienten. Weiterhin sind bei derartigen Geräten aufwendige regelbare Inspirations- und Exspirationsventile notwendig, die einen erheblichen Strömungswiderstand aufweisen und einen hohen technischen Aufwand mit sich bringen.

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 Peep-Niveau auszugleichen bzw. zusätzlich notwendige Atemluft zur Verfügung zu stellen. Ein während der Inspirationsdauer konstanter Druck kann jedoch mittels diesen einfachen Geräten nicht erzielt werden.

Das gleiche gilt für die herkömmlichen als Federbalg ausgebildeten Reservoirs, die durch eine innere oder äußere Federbelastung zusammengedrückt werden. Durch die lineare Federkennlinie verringert sich der Druck in dem Maße, wie der Balg zusammengedrückt und Gas entnommen wird. Ein auf konstantem Peep-Niveau liegender Druck kann mit derartigen, nach einer Federkennlinie arbeitenden Zusatzeinrichtungen nicht erzielt werden. Das gleiche gilt für die Verwendung von Atembeutel und Wetterballons, die ebenfalls einen linearen Druckabfall während der Inspirationsphase aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Atemhilfegerät vorzuschlagen, welches mit äußerst einfachen Mitteln, d. h. ohne die Verwendung von schweren Beatmungsgeräten, einen während der Inspirationsdauer konstanten, jedoch variablen Beatmungsdruck erzeugt.

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

Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß ein während der Inspirationsdauer konstanter Beatmungsdruck (kontrollierte Ventilation) mittels einer einfachen Druckkonstanthalteeinrichtung dann erzielt werden kann, wenn die bei einem Federbalg, einem Atembeutel oder Wetterballon auftretende linear ansteigende Federkennlinie, d. h. proportionaler Anstieg zwischen dem Federbalgdruck und dem Federbalgweg, vermieden werden kann. Vielmehr soll ein eingestellter Beatmungsdruck unabhängig vom Weg des Federbalgs konstant bleiben.

In einem Balg, Atembeutel oder Wetterballon stellt sich ein nahezu konstanter Ausgangsdruck unabhängig vom Zusammendruck-Weg dann ein, wenn man dieses Gerät mit einer konstanten Kraft beaufschlagt. Diese Kraft erzeugt einen gleichbleibenden Druck über die gesamte Weglänge beim Zusammendrücken des Geräts. Die dem Speichergerät, zum Beispiel Federbalg, inhärente Druck-Weg-Kennlinie überlagert sich mit derjenigen p = Konstant-Kennlinie, die durch Kraftbeaufschlagung entsteht, so daß eine leicht geneigte resultierende Druck-Weg-Kennlinie im Bereich des eingestellten Peep-Niveaus, zum Beispiel 5 oder 10 mbar entsteht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruchs angegebenen Atemhilfegeräts möglich.

Vorteilhaft ist die Verwendung eines Rückschlagventils im inspiratorischen Zweig, um diesen während der Exspirationsphase vom Patienten abzuschließen und eine Kontaminierung des inspiratorischen Zweigs zu vermeiden.

Vorteilhaft ist weiterhin die Verwendung eines variablen Auflagegewichts auf die Druckkonstanthalteeinrichtung, um gewünschte unterschiedliche Drücke im Balg zu erzeugen. Hierdurch kann beispielsweise das Peep-Niveau für den Patienten zwischen 5 und 10 mbar variabel je nach Anwendungsfall eingestellt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kraftbeaufschlagung auf die Druckkonstanthalteeinrichtung mittels eines einarmigen oder zweiarmigen Hebelarms erfolgt, an welchem entweder verschiebbare Gewichte oder eine verstellbare und/oder verschiebbare Federkraft zur Verstellung des Drehmoments und damit zur Veränderung der Kraftbeaufschlagung auf das Druckkonstanthaltegerät angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Gerät wird entweder im Konstant-High- Flow-Betrieb oder im intermittierenden Betrieb verwendet. Je nach Betriebsweise müssen hierfür unterschiedlich gesteuerte Ventile für die Druckkonstanthalteeinrichtung verwendet werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Exspirationsventil durch die Druckkonstanthalteeinrichtung auf Peep-Niveau-Druck gesteuert ist.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Exspirationsventil als druckbeaufschlagter Balg ausgebildet ist, der von der Druckkonstanthalteeinrichtung gesteuert wird, wobei der axial verschiebbare Boden als Ventildeckel wirkt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher erläutert und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Atemhilfegeräts mit verschiedenen Ausführungsvarianten für intermittierenden und Konstant-Flow- Betrieb.

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform für ein Exspirationsventil.

Fig. 3a und 3b eine Variante zur Verstellbarkeit des Hebeldrehmoments.

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 dem inspiratorischen Zweig (3) und exspiratorischen Zweig (4) anzeigen.

Das für die Atmung notwendige Gasgemisch wird über die Luftleitung (9) und die Sauerstoffleitung (10) über Regelventile (11) jeweils Druckminderer mit Durchflußmesser (12) zugeführt, bevor es in die gemeinsame Leitung (13) im inspiratorischen Zweig zusammengeführt wird. Die Gaszufuhr erfolgt dabei im intermittierenden Betrieb über ein schaltbares Steuerventil (14) oder im Konstant-High-Flow-Betrieb, bei welchem das Ventil (14) ununterbrochen geöffnet ist.

Der inspiratorische Zweig (3) enthält weiterhin eine Druckkonstanthalteeinrichtung (15) als Reservoir oder Speicher, der als Faltenbalg (15) ausgebildet ist. Die Leitung (13) ist über das Ventil (14) mit dem Faltenbalg (15) als Druckkonstanthalteeinrichtung verbunden.

Vom Faltenbalg (15) führt eine Leitung (16) über einen Befeuchter (17) und ein Rückschlagventil (18) zum Patienten-Anschluß-T-Stück (5).

Der exspiratorische Zweig (4) führt über eine Leitung (19) zu dem Exspirationsventil (20), welches als Peep-Ventil in an sich bekannter Weise ausgebildet sein kann. Zur Erzeugung eines kontinuierlich positiven Atemwegdrucks (CPAP) verschließt der Ventilsitz (46) die exspiratorische Leitung (19) mit einer Kraft, die auf ca. 5 bis 10 mbar (Peep-Niveau) eingestellt wird. Die Druckkraft des Ventilstößels (21) kann mittels einer Feder (22) variabel eingestellt sein. Öffnet sich der Ventilstößel (21) so strömt die Atemluft über die Leitung (23) ins Freie (Pfeil 47). Ein Beutel (24) im exspiratorischen Zweig dient zur Dämpfung des Öffnungs-Anstiegdrucks des Peep-Ventils (20).

Erfindungsgemäß ist die als Faltenbalg (15) ausgebildete Druckkonstanthalteeinrichtung zur Erzeugung eines konstanten Druckniveaus im Faltenbalg (15) und damit im inspiratorischen Zweig (3) mittels einer Kraft (25) beaufschlagt. Diese Kraft (25) kann durch ein variables Gewicht (26) auf den Balg erzeugt werden.

Anstelle des variablen Gewichts (26) zur Erzeugung eines gleichmäßigen Druckniveaus im Balg (15) kann ein einarmiges Hebelsystem (27) mit Drehpunkt (28) und Hebelarm (29) verwendet werden. Ein auf dem Hebelarm (29) verschiebbares Gewicht (30) (siehe Verschiebungspfeil 31, 31′) kann zur Erzeugung eines unterschiedlichen Drehmoments (32) und damit zu einer Krafteinwirkung auf den Balg (15) verwendet werden. Anstelle des verschiebbaren Gewichts (30) kann auch eine in der Federkraft verstellbare Feder (33) verwendet werden, die in Fig. 1 als Zugfeder mit der verstellbaren Zugkraft (34) ausgebildet ist. Die Verstellbarkeit der Feder zur Veränderung der Federkennlinie ist mit Pfeil (35) angedeutet, der Verstellmechanismus ist mit (36) bezeichnet.

Anstelle der verstellbaren Federkraft kann zur Erzeugung eines variablen Drehmoments auch eine im Hebel- Angriffspunkt (49) verschiebbare Feder (33) mit konstanter Federkraft verwendet werden. Hierzu ist in Fig. 3a und 3b der Hebelarm (29) mit einer Kulissenführung (50) zur Verschiebung des Angriffspunkts (49) der Feder (33) ausgebildet. Dabei kann der untere Befestigungspunkt (51) ortsfest gehalten werden. Die Kulissenführung (50) in Fig. 3a ist eben in Fig. 3b als gebogene Kurve (50′) ausgebildet. Die Verschiebung des Angriffspunkts (49) der Feder (33) am Hebelsystem (27) ist mit den Pfeilen (52) zur Vergrößerung, mit den Pfeilen (53) zur Verkleinerung des Drehmoments (32) dargestellt. Die zuvor beschriebenen Maßnahmen zur Beaufschlagung des Faltenbalgs (15) mit der Kraft (25) werden im allgemeinen alternativ verwendet. Das Gewicht (26) sowie das Hebelgewicht (30) sind deshalb gestrichelt eingezeichnet.

Die Bewegung (Pfeil 37) des Faltenbalgs wird am oberen und unteren Ende über Anschläge (38) und (39) erfaßt und über eine elektrische oder mechanische Steuereinrichtung (40) auf das Steuerventil (14) übertragen.

Der Faltenbalg ist über eine Leitung (41) und ein Überdruckventil (42) mit der Umgebung verbunden.

Eine Druckleitung (43) verbindet den Faltenbalg mit dem Exspirationsventil (20).

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform für das Exspirationsventil (20) dargestellt. Anstelle der Kolben- Zylindereinheit in Fig. 1 wird als Verstelleinheit ein in axialer Richtung verstellbarer Faltenbalg (44) verwendet, der über die Druckleitung (43) im Inneren mit Druck beaufschlagt wird, so daß das untere Ende (45) in der Fig. 2 axial nach unten verschoben wird. Dieses untere Ende (45) dient dann als Ventilsitz für den Abschluß der Leitung (19) des exspiratorischen Zweigs. Die Betätigung des Faltenbalgs (44) hängt demnach unmittelbar mit der Druckbeaufschlagung aus der Leitung (43) zusammen. Ist der Druck in der Exspirationsleitung (19) größer als in der Druckleitung (43) so strömt das aus der Leitung (19) strömende Gas über die Leitung (23) ins Freie.

Das erfindungsgemäße Atemhilfegerät arbeitet wie folgt:

I. Intermittierender Betrieb

Während der inspiratorischen Phase, d. h. beim Einatmen entsteht im Patienten-Anschluß-T-Stück ein Unterdruck, der zur Öffnung des Rückschlagventils (18) führt. Sodann strömt nach dem Demand-CPAP-Prinzip ein durch den Druck im Faltenbalg (15) definierter Gasstrom im inspiratorischen Zweig (3) zum Patienten, wobei die Krafteinwirkung (25) auf den Faltenbalg (15) einen vorgegebenen definierten Beatmungsdruck (Peep-Niveau) und damit pro Zeiteinheit ein definiertes Gasvolumen zum Patienten strömen läßt. Der gewünschte Atemwegdruck wird durch Variation der Kraft (25) eingestellt. Während der Inspirationsphase ist das Exspirationsventil (20) über die Druckleitung (43) mit dem eingestellten Druck des Faltenbalgs (15) druckbeaufschlagt, so daß das Exspirationsventil (20) ebenfalls mit Peep-Niveau geschlossen ist. Während der Inspirationsphase kann weiterhin gleichzeitig aus der Leitung (13) über das Steuerventil (14) Frischgas dem Balg (15) zusätzlich zugeführt werden.

In der exspiratorischen Phase, d. h. beim Ausatmungsvorgang des Patienten (2) entsteht ein Druckanstieg im Patienten-Anschluß-T-Stück (5) der zum Verschluß des Rückschlagventils (18) führt. Der Patient atmet dann gegen den Druck des Peep-Ventils (20) (Peep- Niveau), gesteuert durch den Druck im Balg (15) über die Leitung (43). Da der Ausatmungsdruck größer ist als das Peep-Niveau, öffnet sich das Ventil (46) des Peep-Ventils (20) gegen den Druck in der Leitung (43) (Peep-Niveau). Die Atemluft kann dann durch die Leitung (23) ins Freie strömen (Pfeil 47).

Während dieser Exspirationsphase strömt der Gasstrom aus der Leitung (13) über das Regelventil (14) in den Balg (15) und füllt diesen wieder auf. Die obere Stellung des Faltenbalgs (15) wird durch den Anschlag (38) erfaßt, wodurch über die Steuereinrichtung (40) das Steuerventil (14) wieder geschlossen wird.

Sobald der Faltenbalg (15) zusammengedrückt wird, was durch die Lage des Endschalters (38) erkannt wird, öffnet das Steuerventil (14) und leitet den Frischgasstrom über die Leitung (13) in den Balg (15).

Der untere Anschlag (39) dient zur Erkennung der zusammengedrückten Lage des Faltenbalgs. Nach diesem Zustand kann der Patient (2) nur noch direkt über die Leitung (13) mit Frischgas versorgt werden.

Während der Exspirationsphase dämpft der Atembeutel (24) die Druckspitze, die durch den Öffnungswiderstand des Peep-Ventils (20) entsteht.

I. Konstant-Flow-Betrieb

Der Konstant-Flow-Betrieb unterscheidet sich von dem intermittierenden Betrieb im wesentlichen dadurch, daß ein ständig fließender Gasstrom im inspiratorischen Zweig vorhanden ist. Damit fehlt das Steuerventil (14) und die Steuervorrichtung (40). In der inspiratorischen Phase strömt dann nach dem High-Flow-CPAP-Prinzip der ständig fließende Gasstrom im inspiratorischen Zweig über den Balg (15) oder von der Leitung (13) direkt in die Leitung (16) (siehe gestrichelte Leitung 48) zum Patienten, wobei die kraftunterstützte Druckkonstanthalteeinrichtung bzw. der Balg (15) ebenfalls Gas aus diesem Reservoir mit konstantem Druck strömen läßt. Der Druck wird wiederum mittels der Feder (33), dem Gewicht (26) oder dem Gewicht (30) eingestellt.

Während der exspiratorischen Phase schließt wiederum das Ventil (18) und der Balg (15) füllt sich durch den ständig fließenden Gasstrom. Ist der Balg (15) gefüllt, so muß der ständig fließende Gasstrom während der Exspirationsphase über die Leitung (41) und das Ventil (42) ins Freie geleitet werden. Der Gasstrom von der Gasquelle (9, 10) ist dann größer als das vom Patienten angenommene Gas.

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

Claims (8)

1. Atemhilfegerät zur Wiederherstellung der Spontanatmung von Patienten, mit einem inspiratorischen und einem exspiratorischen Zweig, wobei ein kontinuierlicher positiver Atemwegdruck (CPAP) mittels eines am Ende des exspiratorischen Zweigs angeordneten Exspirationsventils auf Peep-Niveau einstellbar ist, und mit Mittel im inspiratorischen Zweig zur Erzeugung eines dauernd fließenden Gasstroms (High-Flow-CPAP) oder eines intermittierenden Gasstroms, und mit einer Druckkonstanthalteeinrichtung im inspiratorischen Zweig zur Unterstützung der Beatmung in der inspiratorischen Phase mit konstantem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkonstanthalteeinrichtung (15) als Balg, insbesondere Faltenbalg (15) ausgebildet ist, der mit einer einstellbaren, äußeren Kraft (25) beaufschlagbar ist, daß die Beaufschlagung des Balgs (15) mit Frischgas intermittierend oder im Konstant-Flow-Betrieb erfolgt, wobei beim intermittierenden Betrieb ein schaltbares Steuerventil (14) zwischen Frischgasquelle (9, 10) und Balg (15) angeordnet ist, welches den Gasstrom zwischen unterster und oberster Stellung des Balgs (15) zuführt, und wobei im Konstant-Flow-Betrieb ein Überlaufventil (42) in der obersten Balgstellung anspricht.

2. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der inspiratorische Zweig (3) durch ein Rückschlagventil (18) vom Patienten-Anschluß-T-Stück (5) abtrennbar ist.

3. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung des Balgs (15) durch ein variables Auflagegewicht (26) auf den Balg (15) erfolgt.

4. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung des Balgs (15) mittels eines einarmigen oder zweiarmigen Hebelsystems (27) erfolgt, an welchem über einen Hebelweg verschiebbare Gewichte (30) zur Verstellung des Drehmoments (32) angeordnet sind.

5. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung des Balgs (15) mittels eines einarmigen oder zweiarmigen Hebelsystems (27) erfolgt, an welchem über einen Hebelweg der Angriffspunkt (49) einer Feder (33) zur Verstellung des Drehmoments (32) vorzugsweise in einer Kulissenführung (50, 50′) verschiebbar angeordnet ist oder eine verstellbare Federkraft (34) mit vorzugsweise flacher Federkennlinie zur Momentenverstellung (32) in einem Abstand vom Drehpunkt (28) angreift.

6. Atemhilfegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Exspirationsventil (20) über eine Druckleitung (43) durch den Balg (15) auf Peep-Niveau druckgesteuert ist.

7. Atemhilfegerät nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Exspirationsventil (20) aus einer axial verschiebbaren Kolben-Zylindereinheit oder aus einem Balg besteht, wobei der innere Verstelldruck auf den Kolben oder den Balg durch die Druckkonstanthalteeinrichtung (15) oder durch eine verstellbare Feder (22) steuerbar ist.

8. Atemhilfegerät nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das als Balg (44) ausgebildete Exspirationsventil (20) durch den Druck der Druckkonstanthalteeinrichtung bzw. des Balgs (15) im inspiratorischen Zweig axial verschiebbar ist, wobei der axial verschiebbare Boden (45) des Balgs (44) als Ventildeckel (46) für den Abschluß des exspiratorischen Zweigs (Leitung 19) dient.