DE60025443T2

DE60025443T2 - Therapiegerät zur Erzeugung eines kontinuierlichen positiven Atemwegdruckes

Info

Publication number: DE60025443T2
Application number: DE60025443T
Authority: DE
Inventors: Rex A. Oneida Niles; Lawrence A. Oneida Weinstein; Stephen D. Waterville Diehl
Original assignee: Smiths Medical ASD Inc
Current assignee: Smiths Medical ASD Inc
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: EP1078646B1; DE60025443D1; EP1078646A2; ES2254108T3; EP1078646A3; US6253766B1; ATE315417T1

Description

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Atemtherapievorrichtungen und im Besonderen eine Atemtherapievorrichtung, die einen kontinuierlichen Überdruck an der Lunge eines Patienten aufrechterhält, indem ein Strömungsverstärker zur Aufrechterhaltung des Überdrucks während der Abschnitte der Einatmung, der Atempause und der Ausatmung des Atemzyklus verwendet wird.
Spezifischer noch, aber ohne Beschränkung auf die bestimmte Ausführungsform und/oder Verwendung, die hierin zur Veranschaulichung dargestellt und beschrieben sind, betrifft diese Erfindung eine Atemtherapievorrichtung für den kontinuierlichen Luftweg-Überdruck, die einen Strömungsverstärkungskörper umfasst und zum Anschluss an eine Druckluft- oder Sauerstoffquelle geeignet ist, um während der Einatmung, der Atempause und der Ausatmung einen Luftweg-Überdruck zu erzeugen.
Vorrichtungen zur Aufrechterhaltung oder Induzierung eines konstanten Überdrucks in den Luftwegen eines Patienten sind im Allgemeinen in Atemgerätsystemen, wie etwa in Anästhesiegeräten und Beatmungsgeräten, eingebaut. Dementsprechend sind solche Geräte kompliziert, eher schwerfällig und teuer. Kontinuierlicher Luftweg-Überdruck wird für zahlreiche Arten der Atemtherapie, wie etwa die Behandlung von (kardiogenen und nicht kardiogenen) Lungenödemen, hypoxämischem Lungenversagen, Thoraxtraumata, Asthma, chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung, Pneumonitis, Atelektase und Schlafapnoe, verwendet, doch würde die Verfügbarkeit einer einfachen, kostengünstigen und zuverlässigen Durchflussvorrichtungen die therapeutische Modalität dieser Therapieform steigern.
Das US-Patent Nr. 5.036.847 beschreibt ein Atemhilfsgerät mit einem Hauptkanal, der den Atemtrakt eines Patienten mit der Umgebungsluft verbindet und in dem ein Ventilationsgas über Hilfskanäle, die rund um den Umfang des Hauptkanals angeordnet sind, in den Hauptkanal eingeführt wird, wobei das Atemhilfsgerät eine Ab lenkfläche aufwiest, um das Ventilationsgas zum Inneren des Hauptkanals hin zu leiten.
Es wäre wünschenswert, über eine Atemtherapievorrichtung für den kontinuierlichen Luftweg-Überdruck zu verfügen, die imstande ist, einen Überdruck an das Respirationssystem eines Patienten während des gesamten Ein- und Ausatemzyklus des Patienten anzulegen, während die von der Vorrichtung geleistete Atemarbeit minimiert wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine derartige Vorrichtung unter Verwendung einer Nenndruckgasquelle bereit, wobei ein Coanda-Querschnitt und eine interne Öffnung verwendet werden, um eine turbulente Hochgeschwindigkeitsströmung aus der Druckgasquelle zu erzeugen, die Umgebungsluft wirksam mitreißt und zum Patienten hin strömt, um so einen Überdruck zu erzeugen. Dieser Luftweg-Überdruck verstärkt bei der Einatmung die Strömung der Umgebungsluft zum Patienten, hält den Überdruck während der Atempause aufrecht, während der Druckgasstrom nicht zum Patienten geleitet wird, und stellt noch immer den Luftweg-Überdruck bereit, wenn der Druckgasstrom bei der Ausatmung vom Ausatemluftstrom des Patienten überwunden wird.
Vorzugsweise besteht ein Ziel dieser Erfindung in der Verbesserung von Therapievorrichtungen für kontinuierlichen Luftweg-Überdruck. Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Therapievorrichtung für kontinuierlichen Luftweg-Überdruck als Ein-Patienten-Produkt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist vorzugsweise die Bereitstellung einer Therapievorrichtung für kontinuierlichen Luftweg-Überdruck, die ein Druckgas zur Erzeugung eines Luftweg-Überdruck während der Einatmung, Atempause und Ausatmung des Patienten verwendet.
Noch ein Ziel dieser Erfindung ist vorzugsweise die Bereitstellung einer Therapievorrichtung für kontinuierlichen Luftweg-Überdruck, die während der Einatmung, Atem pause und Ausatmung des Patienten einen Luftweg-Überdruck erzeugt, indem ein Druckgas durch eine Ringöffnung eingeführt wird, die die Gas-/Luftströmung durch Einsaugen von Umgebungsluft wirksam verstärkt.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Therapievorrichtung für kontinuierlichen Luftweg-Überdruck bereit, die eine Ringöffnung umfasst, durch welche Druckluft oder Sauerstoff eingeführt wird, um die Luftströmung zum Patienten durch Einsaugen von Umgebungsluft wirksam zu verstärken, sodass ein kontinuierlicher Überdruck der Patientenlunge während aller Abschnitte des Atemzyklus aufrechterhalten wird.
Weitere bevorzugte Merkmale dieser Erfindung und zusätzliche, zu diesen beitragende Merkmale und sich daraus ergebende Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hervor, die in den beigefügten Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile kennzeichnen, dargestellt ist und die gemeinsam mit den folgenden Zeichnungen zu lesen ist, in denen:
1 eine perspektivische Vorderansicht der verbesserten Therapievorrichtung für kontinuierlichen Luftweg-Überdruck mit einem Mundstück und einem Druckschlauch, die an diese anbringbar sind, ist
2 eine Explosionsansicht der Therapievorrichtung für kontinuierlichen Luftweg-Überdruck ist, um den Patienteneingangs- und den Umgebungsluftabschnitt der Vorrichtung und ihrer Komponenten besser zu veranschaulichen;
3 ein Seitenaufriss der Erfindung ist, wobei einige Abschnitte aufgebrochen sind, um die Struktur zur Erzeugung des Coanda-Effekts besser darzustellen;
3a eine vergrößere Ansicht eines Abschnitts aus 3 ist;
4 eine Rückansicht der in 3 dargestellten Vorrichtung ist, die vom Patienteneingangsabschnitt der Vorrichtung nach innen blickt;
5 ein rückseitiger Aufriss der in 3 dargestellten Vorrichtung ist, der vom Umgebungsluftabschnitt der Vorrichtung nach innen zum Patienteneingangsabschnitt blickt;
6 eine Querschnittsansicht des Patienteneingangsabschnitts der in 3 dargestellten Vorrichtung entlang der Linie 6-6 aus 5 ist;
7 eine Rückansicht des Umgebungsluftabschnitts der in 3 dargestellten Vorrichtung ist, die vom Patienteneingangsabschnitt der Vorrichtung nach innen blickt;
8 eine Querschnittsansicht des Umgebungsluftabschnitts der in 3 dargestellten Vorrichtung entlang der Linie 8-8 ist; und
die 9a, 9b und 9c schematische Darstellungen der Luftströmung sind, die während der Einatmung des Patienten von Einatemluft, der Pause des Atemzyklus bzw. der Ausatmung von Ausatemluft durch die Therapievorrichtung für kontinuierlichen Luftweg-Überdruck hindurch strömt.
Diese und weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nun durch die folgende detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung besser verständlch, in der die veranschaulichte Ausführungsform beschrieben wird.
In dieser Beschreibung sollten die bevorzugte Ausführungsform und Beispiele als exemplarisch und nicht als Einschränkungen der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist eine Therapievorrichtung für kontinuierlichen Luftweg-Überdruck (CPAP) 100 dargestellt, die einen zylindrischen Patienteneingangsabschnitt 50, durch den ein Patient einatmet, und einen zylindrischen Um gebungsluftabschnitt 80, durch den Umgebungsluft hindurchtritt, wenn der Patient einatmet, und durch den Ausatemluft hindurchtritt, wenn der Patient ausatmet, umfasst. Ein distales Ende 55 des Patienteneingangsabschnitts 50 ist von solcher Größe, dass es ein 22-mm-ID-Standardmundstück 31 oder eine Maske (nicht dargestellt) aufnehmen kann. Eine integrale Drucköffnung 53 ist mit dem Patienteneingangsabschnitt 50 verbunden, sodass der Luftwegdruck des Patienten während der Vorbereitung der Vorrichtung und während der Therapie überwacht werden kann. Die Drucküberwachungsöffnung 53 ist angepasst, um mit einem biegsamen Standardschlauch (nicht dargestellt) zum Anschluss an eine Drucküberwachungsvorrichtung, etwa ein Aneroidbarometer, verbunden zu werden. Eine Drucköffnungskappe 54 ist am Patienteneingangsabschnitt 50 angebracht, sodass die Drucköffnung verschlossen und die Vorrichtung 100 ohne Druckmessung verwendet werden kann. Die Drucköffnung 53 ist an einer Stelle ausgebildet, die von der Luftströmungs-Verstärkungskammer 70, die nachstehend noch detailliert erörtert wird, entfernt liegt, damit die durch diese hindurch vollzogene Druckablesung durch die Abgabe von Druckgas durch eine Gaseinlassöffnung 73 in den Patienteneingangsabschnitt 50 nicht beeinträchtigt wird.
Wie in 1 am deutlichsten zu erkennen ist, ist eine Druckgas- oder Sauerstoffquelle mit der CPAP über die Gaseinlassöffnung 73 verbunden, deren Inneres mit dem Inneren der CPAP, so wie in 6 dargestellt ist, in Fluidkommunikation steht. Die Druckluft-/Sauerstoffquelle ist vorzugsweise durch eine einrichtungsinterne Luft- oder Sauerstoffquelle, etwa in einem Krankenhaus, bereitgestellt, mithilfe eines biegsamen Schlauchs 33 mit der Gaseinlassöffnung 73 verbunden und von einem Typ, der an ein Strömungsmesser (nicht dargestellt) angeschlossen werden kann und über diesen gesteuert wird. Es versteht sich aber, dass die Druckluft- oder Sauerstoffquelle auch als tragbarer Behälter eines solchen Gases bereitgestellt sein kann.
Druckgas wird durch die Drucköffnung 73 in eine Verstärkungskammer 70 eingeführt, wobei ein Teil dieser sowohl im Patienteneingangsabschnitt 50 als auch im Umgebungsluftabschnitt 80 angeordnet ist. Die Verstärkungskammer 70 ist durch eine ringförmige Rückwand 51 innerhalb des Patienteneingangsabschnitts 50 der CPAP 100 und durch eine ringförmige Frontwand 81 innerhalb des Umgebungsluftab schnitts 80 definiert. Die ringförmige Frontwand 81 weist eine Öffnung 82 auf, die darin mit einem vorbestimmten Durchmesser ausgebildet ist und den nachstehend beschriebenen Zweck erfüllt. Ein Teil 80a des Umgebungsluftabschnitts 80 kann in den Patienteneingangsabschnitt 50 eingeführt werden, und zu diesem Zweck trägt die Außenoberfläche des einführbaren Teils 80a einen O-Ring 83, der in einer Rille 84 an einer Außenseite dieser angeordnet ist, um einen Dichtung zu bilden, die das einführbare Teil 80a des Umgebungsluftabschnitts 80 zum Patienteneingangsabschnitt 50 abdichtet. Eine Vielzahl an Rippen oder Flügeln 74 sind gleichmäßig um den Innenumfang der Verstärkungskammer 70 herum, angrenzend an die ringförmige Frontwand 81 und an die ringförmige Rückwand 51, ausgebildet. Diese Flügel 74 dienen der Ausrechterhaltung einer korrekten fluchtenden Ausrichtung eines zylindrischen Kanals 75 mit der Mündung 82.
Wie in 6 am deutlichsten zu erkennen ist, weist der zylindrische Kanal 75 ein verjüngtes, offenes Inneres auf und erstreckt sich von der Rückwand 51 der Verstärkungskammer 70 zu einer zur Mündung 82 benachbarten, von dieser beabstandeten Stelle. Auf diese Weise ist die Verstärkungskammer 70 zum distalen Ende 55 des Patienteneingangsabschnitts 50 bis auf den Durchlass durch den Kanal 75 abgedichtet. Ein freies, offenes Ende 75a des Kanals 75 erstreckt sich nach vorne, um in dem Teil der Verstärkungskammer 70 aufgenommen zu werden, der innerhalb des Umgebungsluftabschnitts 80 angeordnet ist. Das offene Ende 75a des Kanals 75 erstreckt sich von der Rückwand 51 der Verstärkungskammer 70 aus um eine Distanz, die in etwa jener der zylindrischen Außenwand 50a des Patienteneingangsabschnitts 50 entspricht, nach außen. Nach dem Einführen des Teils 80a des Umgebungsluftabschnitts 80 in den Patienteneingangsabschnitt 50, ist das Ende 75a benachbart zur Mündung 82 angeordnet, die in der ringförmigen Frontwand 81 der Verstärkungskammer 70 ausgebildet ist. Durch die Anordnung des offenen, freien Endes 75a des zylindrischen Kanals 75 benachbart zu, aber beabstandet von der in der ringförmigen Frontwand 81 ausgebildeten Mündung 82 bildet sich dazwischen ein ringförmiger Spalt 85, durch welchen Druckluft oder ein anderes Druckgas, das über die Drucköffnung 73 in die Verstärkungskammer 70 einströmt, abgegeben wird. Das durch den so ausgebildeten ringförmigen Spalt 85 tretende Gas strömt bei der Ein atmung des Patienten zum distalen Ende 55 des Patienteneingangsabschnitts 50, während der Atempause sowohl in den Patienteneingangsabschnitt 50 als auch in den Umgebungsluftabschnitt 80 und bei der Ausatmung des Patienten in den Umgebungsluftabschnitt 80, wie anhand der 9a, 9b und 9c noch erläutert wird.
Das offene vordere Ende 75a des zylindrischen Kanals 75 ist mit einem nach innen gestuften Coanda-Querschnitt 76 ausgebildet, der auf das darüber hinweg strömende Gas wirkende Oberflächenspannungskräfte erzeugt, um den Gasstrom als Reaktion auf den Atemzyklus eines Patienten entlang dem Weg der Spannungskräfte erzeugenden Oberflächen zu lenken. Dieses Phänomen der Strömungslenkung ist als Coanda-Effekt bekannt. Zur Erzeugung eines Coanda-Effekts ist das freie Ende 75a des zylindrischen Kanals 75 in einer vorbestimmten Distanz zur Mündung angeordnet, vorzugsweise zwischen etwa 0,00254 cm–0,0127 cm (0,001–0,005 Zoll) und insbesondere etwa 0,00508 cm (0,002 Zoll), da sich herausgestellt hat, dass diese den Coanda-Effekt erzeugt, wenn Gas mit einer Rate von 5 bis 15 l/min eingeführt wird.
Es hat sich herausgestellt, dass zur Erzeugung des Coanda-Effekts ein Coanda-Querschnitt 76 ausgebildet werden kann, indem nach innen gerichtet gestufte Abschnitte des freien Endes 75a des zylindrischen Kanals 75 in einer Winkelbeziehung von etwa 25° und etwa 35° zur horizontalen Achse des Zylinders 75 ausgebildet werden, Wird Druckgas mit der bevorzugten Strömungsrate durch die Gasleinlassöffnung 73 eingeführt, so strömt das Gas über den Coanda-Querschnitt 76, der eine turbulente Hochgeschwindigkeitsströmung erzeugt, die Umgebungsluft, welche vom Patienten in die CPAP gesogen wird, wirksam mitreißt, und lenkt den Strom zum distalen Ende 55 der Vorrichtung. Beim Einatmen wird für den Patienten und den zum Patienten strömenden Umgebungsluftstrom ein Überdruck bereitgestellt, da der vom Coanda-Querschnitt 76 erzeugte Coanda-Effekt diese Strömung verstärkt, um einen Luftweg-Überdruck zu generieren.
Bezug nehmend auf 9b entsteht kein Umgebungsluftstrom, wenn der Patient im Zuge des Atemzyklus eine Atempause einlegt. Daher fließt das durch die ringförmige Öffnung 85 strömende Druckgas von diesem nach außen aus, es tritt kein Coanda-Effekt auf, und der Überdruck wird beibehalten, wenn die Druckgasströmung einer Kurve entlang zurück zum Umgebungsluftabschnitt 80 der Vorrichtung strömt.
Während der Ausatmung des Patienten, die in 9c dargestellt ist, überwindet der Ausstoß der Ausatemluft des Patienten die Kraft des Druckgases, das durch den ringförmigen Spalt 85 entlang dem Coanda-Querschnitt 76 strömt, sodass kein Coanda-Effekt auftritt und die Ausatemluft aus dem Umgebungsluftabschnitt 80 der Vorrichtung austritt, während an die Lunge des Patienten weiterhin ein Überdruck angelegt ist.
Obwohl diese Erfindung in der Beschreibung und in den Zeichnungen unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen, deren Strukturen hierin geoffenbart wurden, beschrieben und veranschaulicht wurde, versteht es sich für Fachleute auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung, dass daran verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und dass Elemente der Erfindung durch Gleichwertiges ersetzt werden können, ohne dadurch den Schutzumfang der Patentansprüche zu verlassen. Daher soll die in der Beschreibung geoffenbarte und in den Zeichnungen veranschaulichte Ausführungsform als die derzeit beste Art der Umsetzung dieser Erfindung, die den Erfindern derzeit bekannt ist, weder als der Einschränkung der Erfindung auf diese betrachtet werden noch soll die Erfindung auf die dargelegten Einzelheiten eingeschränkt werden, sondern die Erfindung umfasst alle Ausführungsformen, Modifikationen und Änderungen, die sich innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Patentansprüche ergeben.

Claims

Atemtherapievorrichtung (100) zum Anlegen eines kontinuierlichen Luftweg-Überdrucks an das Respirationssystem eines Benutzers während eines Atemzyklus aus Einatmen, Halten und Ausatmen, umfassend: ein Gehäuse mit einer durch dieses hindurch ausgebildeten Öffnung, durch welche ein Benutzer Einatemluft in das Respirationssystem des Benutzers einatmen und Ausatemluft aus dem Respirationssystem des Benutzers ausatmen kann, wobei das Gehäuse ein distales Ende (55) aufweist, um von einem Benutzer gehalten zu werden und durch welches der Benutzer ein- und ausatmet, wobei das Gehäuse ein proximales Ende (80) aufweist, das zur Umgebungsluft hin offen ist und durch welches vom Benutzer erzeugte Ein- und Ausatemluftströme hindurchtreten, eine Luftströmungs-Verstärkungskammer (70) im Inneren des Gehäuses, welche zwischen dem distalen Ende (55) und dem proximalen Ende (80) angeordnet ist, um die Strömung der Umgebungsluft durch das proximale Ende (80) zu verstärken, während ein Benutzer Luft durch das distale Ende (55) des Gehäuses einatmet, eine Gasöffnung (73) in Fluidkommunikation mit der Verstärkungskammer (70), um eine Druckgasquelle durch das Gehäuse in die Verstärkungskammer (70) einzukoppeln, und einen Kanal (75), der im Inneren der Verstärkungskammer (70) getragen ist und zur Leitung von Einatemluft und Ausatemluft zwischen dem distalen Ende (55) des Gehäuses und der Verstärkungskammer (70) dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (75) ein offenes Ende (75a) aufweist, dessen Form die eines Coanda-Querschnitts (76) ist, um auf das hierüber strömende Gas einen Coanda-Effekt auszuüben, und in einem vorbestimmten Abstand vom offenen Ende (75a) des Kanals (75) eine Mündung (82) ausgebildet ist, um um das offene Kanalende herum eine ringförmige Öffnung auszubilden, durch welche Gas, das aus der Gasöffnung (73) in die Verstärkungskammer (70) eintritt, hindurch strömen kann, um während des Einatmens von Umgebungsluft durch einen Benutzer einen Coanda-Effekt zu schaffen, der während des Einatmens von Umgebungsluft einen kontinuierlichen Luftweg-Überdruck an das Respirationssystem des Benutzers anlegt.
Atemtherapievorrichtung nach Anspruch 1, weiters umfassend eine Drucköffnung (53) in Fluidkommunikation mit dem distalen Ende (55) des Gehäuses, um den Druck im Inneren des distalen Endes (55) des Gehäuses an einen Druckmesser anzukoppeln.
Atemtherapievorrichtung nach Anspruch 1, worin der im Inneren der Verstärkungskammer (70) getragene Kanal (75) mit dem Gehäuse konzentrisch ist.
Atemtherapievorrichtung nach Anspruch 1, worin Druckgas durch die Gasöffnung (73) mit einer Rate von etwa fünf bis fünfzehn Litern pro Minute zur Verstärkungskammer (70) geleitet wird.
Atemtherapievorrichtung nach Anspruch 2, weiters umfassend einen Deckel (54) zum selektiven Verschließen der Drucköffnung.
Atemtherapievorrichtung nach Anspruch 1, weiters umfassend ein Mundstück (31), das am distalen Ende des Gehäuses angekoppelt ist.
Atemtherapievorrichtung nach Anspruch 1, worin die Verstärkungskammer (70) benachbart zum distalen Ende (55) des Gehäuses eine erste Stirnwand (51) und benachbart zum proximalen Ende (80) des Gehäuses eine zweite Stirnwand (81) aufweist und worin der Kanal (75) von der ersten Stirnwand (51) der Verstärkungskammer (70) getragen ist und die Mündung (82) in der zweiten Stirnwand (81) der Verstärkungskammer (70) ausgebildet ist.
Atemtherapievorrichtung nach Anspruch 7, worin der von der ersten Stirnwand (51) getragene Kanal (75) und die in der zweiten Stirnwand (81) ausgebildete Mündung (82) koaxial sind.
Atemtherapievorrichtung nach Anspruch 8, worin der in der Verstärkungskammer (70) getragene Kanal (75) mit dem Gehäuse konzentrisch ist.
Atemtherapievorrichtung nach Anspruch 9, worin das offene Ende (75a) des Kanals (75) und die in der zweiten Stirnwand (81) ausgebildete Mündung (82) im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.
Atemtherapievorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin der Coanda-Querschnitt (76), der am offenen Ende des Kanals (75) ausgebildet ist, nach innen gerichtet stufige Winkelabschnitte mit einer Winkelbeziehung von etwa 25° und etwa 35° zur horizontalen Achse des Kanals umfasst.