DE69318982T2

DE69318982T2 - Atemhilfsgerät

Info

Publication number: DE69318982T2
Application number: DE69318982T
Authority: DE
Inventors: Guy F-91370 Verrieres-Le-Buisson Bourdon
Original assignee: Nellcor Puritan Bennett France Developpement
Current assignee: Nellcor Puritan Bennett LLC
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2013-09-18
Also published as: EP0662009B1; FR2695830B1; AU4823193A; JP3540814B2; US5664562A; ATE166789T1; JPH08503863A; EP0662009A1; CA2144983A1; DE69318982D1; CA2144983C; AU672032B2; FR2695830A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beatmungsvorrichtung, die auch als "Ventilationsvorrichtung" oder "Ventilator" bezeichnet wird.
Die Beatmung durch Inspirationsunterstützung ist eine wohlbekannte Art der teilweisen Beatmung bei der Wiederbelebung.
In der Folge werden als "Beatmung" die durch ein Gerät bewirkten und/oder unterstützten respiratorischen Austauschvorgänge bezeichnet. Als "Patientenkreislauf" werden Leitungselemente wie eine Maske, eine Leitung etc. bezeichnet, welche die Luftwege des Patienten mit den Erzeugungsmitteln des Gasstromes in dem Beatmungsgerät verbinden. Die Geräte, die die Erfindung betrifft, sind dazu bestimmt, Patienten, die unzweifelhaft Atemschwierigkeiten haben, jedoch weiter eine Atemtätigkeit und einen Atemrhythmus zeigen, die es zu berücksichtigen gilt, durch einen leichten Überdruck beim Einatmen zu unterstützen.
Die Inspirationsunterstützung besteht darin, während der Inspirationsphase, die im Prinzip von dem Patienten eingeleitet wird, einen konstanten positiven Druck in dem Patientenkreislauf eines Beatmungsgerätes anzuwenden.
Bei den Beatmungsgeräten mit Inspirationsunterstützung ist die Exspiration, die ebenfalls von dem Patienten eingeleitet wird, passiv und erfolgt bei Atmosphärendruck oder unter einem positiven Exspirationsdruck, der auch als PEP bezeichnet wird.
Die zur Wiederbelebung verwendeten Ventilatoren sind komplexe Maschinen, die mehrere Beatmungsarten einschließen, mittels Druckgasen arbeiten und für intubierte oder tracheotomierte Patienten ausgelegt sind, das heißt, mit einer Atemkanüle versehen sind, die durch die Nase beziehungsweise durch einen Schnitt im Hals in die Luftröhre eingeführt wird.
Aus der EP-B-317417 ist eine Beatmungsvorrichtung bekannt, bei der der Patientenkreislauf ein Exspirationsventil mit pneumatischer Steuerung umfaßt. Während der Inspirationsphase ist der Steuereingang dieses Ventils dem Druck einer Druckförderstromquelle ausgesetzt, was das Exspirationsventil schließt und folglich den Patientenkreislauf dicht mit der Druckförderstromquelle verbindet. Wenn eine signifikante Verringerung des eingeatmeten Förderstromes erfaßt wird, unterbricht eine elektronische Steuerung den Betrieb der Druckförderstromquelle, die so beschaffen ist, daß ihre Ausgangsöffnung dann auf Atmosphärendruck gebracht wird. Dieser Druck wird folglich an das Exspirationsventil angelegt, was eine Öffnung desselben ermöglicht.
Diese Vorrichtung kann nur unter einem Exspirationsdruck arbeiten, der dem Atmosphärendruck entspricht.
Aus der EP-A-0 425 092 ist außerdem eine Beatmungsvorrichtung bekannt, die anstelle des Exspirationsventils eine kalibrierte Dauerausströmöffnung aufweist, während man den Druck einer Förderstromquelle auf zwei verschiedene Niveaus einstellt, je nachdem, ob man sich in der Inspirations- oder Exspirationsphase befindet.
Diese Vorrichtung kann nur unter einem positiven Exspirationsdruck arbeiten, so daß die Richtung des Stromes zwischen der Förderstromquelle und dem Patienten auch während der Exspirationsphasen immer von der Quelle zum Patienten gerichtet ist, um zu verhindern, daß während der Exspirationsphasen Exspirationsgas zur Förderstromquelle zurückgelangt und bei der folgenden Inspirationsphase erneut eingeatmet wird.
Überdies sind aus der FR-A-2 291 739 und der EP-A- 0 042 321 volumetrische Geräte bekannt, welche für die Patienten, die keinen Atemreflex mehr besitzen, die Atemvolumina und -rhythmen bestimmen.
Die FR-A-1 492 136 bestimmt ebenfalls den Atemrhythmus.
Die US-A-4 838 257 steuert auf entsprechende Weise die dem Patienten auferlegten Wellenformen.
Die drei ersten dieser Dokumente beschreiben ein Verteilerventil, das in der Inspirationsleitung angeordnet ist und so gesteuert wird, daß es während der Exspiration geschlossen ist. Es handelt sich jedoch um ein Ventil, das nach Eigenparametern des Beatmungsgerätes selbst gesteuert wird, um einen Patienten im Komazustand dazu zu zwingen, in einem bestimmten Takt und mit bestimmten Volumina zu atmen.
Das Ziel der Erfindung ist es somit, eine Beatmungsvorrichtung vorzuschlagen, deren Grundstruktur sowohl mit der Exspiration unter Atmosphärendruck als auch mit der Exspiration unter positivem Exspirationsdruck kompatibel ist, wobei sie relativ wirtschaftlich und kompakt ist, und die sich insbesondere für den Betrieb im Heim des Patienten eignet.
Erfindungsgemäß umfaßt die Beatmungsvorrichtung einen Patientenkreislauf mit einem Inspirationszweig, der mit einer Quelle für einen Inspirations-Druckförderstrom verbunden ist, und einem Exspirationszweig, in dem ein Exspirationsventil angeordnet ist, das so gesteuert wird, daß es während der Inspiration geschlossen ist, wobei die Vorrichtung außerdem Steuermittel, die mit mindestens einem Meßfühler verbunden sind, der die Atemtätigkeit des Patienten erfaßt, und Verteilermittel umfaßt, die in der Inspirationsphase die Verbindung zwischen der Inspirationsförderstromquelle und dem Inspirationszweig des Patientenkreislaufs herstellen und in der Exspirationsphase diese Verbindung wenigstens teilweise unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilermittel von den Steuermitteln gesteuert werden, welche die Unterbrechung der Verbindung befehlen, wenn der Meßfühler feststellt, daß der Patient eine Exspirationsphase vorbereitet, und daß die Steuermittel außerdem wenigstens indirekt das Exspirationsventil steuern, damit dieses einen vordefinierten Exspirationsdruck bestimmt, der im wesentlichen unabhängig von dem Betriebszustand der Inspirationsförderstromquelle ist.
Erfindungsgemäß steuert man nicht mehr die Inspirationsförderstromquelle des Beatmungsgerätes, um sie bei der Exspiration des Patienten in besonderer Weise zu betreiben, sondern befiehlt man eine Unterbrechung der Verbindung zwischen der Inspirationsförderstromquelle und dem Patientenkreislauf und regelt den Exspirationsdruck durch Mittel, die vom Betriebszustand der Inspirationsförderstromquelle unabhängig sind. Diese Unterbrechung der Verbindung besitzt die Neuartigkeit, auch im Vergleich zu Geräten zur Druckbeatmung, daß sie hauptsächlich durch die Atemtätigkeit des Kranken gesteuert wird, wobei die Steuermittel des Gerätes nur als Relais dienen.
Die Unterbrechung der Verbindung zwischen der Inspirationsförderstromquelle und dem Inspirationszweig während der Exspiration verhindert, daß der Inspirationszweig die ausgeatmeten Gase ansammelt. Dies beseitigt die Gefahr, daß große Mengen ausgeatmeter Gase anschließend wieder eingeatmet werden. Man muß also bei der Bestimmung des Druckes, dem der Patient während der Exspiration ausgesetzt wird, nicht mehr das Problem der erneuten Einatmung berücksichtigen.
Überdies ermöglicht die Trennung zwischen der Steuerung des Exspirationsventils und dem Betriebszustand der Inspirationsförderstromquelle während der Exspirationsphasen eine Bestimmung des Exspirationsdruckes ohne Berücksichtigung der Betriebserfordernisse der Inspirationsförderstromquelle. Folglich gestattet die Erfindung eine freie Wahl des Exspirationsdruckes.
Der Begriff der Unabhängigkeit zwischen dem vom Exspirationsventil bestimmten Exspirationsdruck und dem Betriebszustand der Inspirationsförderstromquelle ist relativ zu bewerten und insbesondere in Hinsicht auf den Stand der Technik. Gemäß der EP-B-317417 ist man gezwungen, den Betrieb der Inspirationsförderstromquelle zu ändern, damit das Exspirationsventil bei den Übergängen zwischen den Atmungsphasen seine Wirkungsweise wechselt.
Dagegen befreit man sich erfindungsgemäß von dieser lästigen Beziehung. Dies schließt jedoch zum Beispiel nicht aus, daß das Exspirationsventil von der pneumatisch gesteuerten Art ist und durch eine Druckquelle gesteuert wird, die anhand einer mit dem Ausgang der Inspirationsförderstromquelle verbundenen kalibrierten Zweigleitung realisiert ist, wie man in einem weiter unten beschriebenen Beispiel sehen wird. In diesem nicht einschränkenden Fall schafft die Kalibrierung die Unabhängigkeit, da man die Kalibrierung so wählen kann, daß das Exspirationsventil den gewünschten Exspirationsdruck gewährleistet.
Vorzugsweise ist die Inspirationsförderstromquelle eine Quelle deren Förderstrom gegen Null geht, wenn der Druck an ihrem Ausgang einen maximalen Wert annimmt, der in der Größenordnung eines Beatmungsdruckes liegt.
So erfordert die Inspirationsförderstromquelle, wenn die Verteilermittel während einer Exspirationsphase die Verbindung zwischen der Inspirationsförderstromquelle und dem Inspirationszweig des Patientenkreislaufs wenigstens teilweise unterbrechen, keine besondere Steuerung: sie arbeitet mit nur einer leichten Erhöhung ihres Druckes bei einem Förderstrom von Null weiter.
Es ist vorteilhaft, daß das Exspirationsventil, wie oben dargestellt, von der pneumatisch gesteuerten Art ist. Damit es den Exspirationsdruck bestimmt, verbinden die Steuermittel seinen Steuereingang mit einer Niederdruckquelle. Diese kann eine Verbindung zwischen dem Ausgang einer zweiten Förderstromquelle und einem Auslaßstutzen umfassen. Die Regelung des Förderstromes dieser zweiten Förderstromquelle ermöglicht die Einstellung des an den Steuereingang des Exspirationsventils angelegten Druckes und ermöglicht folglich die Einstellung des Druckes, unter dem der Patient ausatmen muß, um die Öffnung des Exspirationsventils zu bewirken. Wenn der Förderstrom der zweiten Förderstromquelle auf den Wert Null eingestellt ist, steht der Steuereingang über den Auslaßstutzen mit der Atmosphäre in Verbindung und der Exspirationsdruck entspricht folglich dem Atmosphärendruck.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich, die sich auf nicht einschränkende Beispiel bezieht.
Zu den beigefügten Zeichnungen:
- Figur 1 ist ein Schema einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- Figur 2 ist ein Ablaufdiagramm der Steuerung der Vorrichtung von Figur 1;
- Figur 3 ist ein Schema einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Figur 1;
- Figur 4 ist ein vereinfachtes Schema, das sich auf eine Variante bezieht; und
- Figur 5 ist ein Figur 3 entsprechendes Schema, das sich jedoch auf eine Variante bezieht.
In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel umfaßt die Beatmungsvorrichtung einen Patientenkreislauf 1, der seinerseits eine Gesichts-, Nasen- oder Mundmaske 2 umfaßt, die an einem Inspirationszweig 3 und an einem Exspirationszweig 4 angeschlossen ist. Der Exspirationszweig 4 enthält ein Exspirationsventil VE von der pneumatisch gesteuerten Art, das einen Steuereingang 6 aufweist, der mit einem Steuerkreis 7 verbunden ist.
Das Exspirationsventil VE enthält einen Verschluß 8, der das Ventil schließt, wenn der Überdruck am Steuereingang 9 wenigstens einem vorbestimmten Teil des Überdruckes am Eingang des Ventils entspricht, der hier auf der Seite der Maske 2 liegt. Der Verschluß 8 besteht zum Beispiel aus einer aufblasbaren Kammer, die dem Druck des Steuereingangs 6 ausgesetzt wird, oder auch aus einer Membran, deren dem Ventileingang entgegengesetzte Seite dem Druck ausgesetzt ist, der am Steuereingang 6 herrscht.
Während der Exspirationsphasen der Atmung des Patienten steht der Exspirationszweig mit der Atmosphäre in Verbindung, unter der Voraussetzung, daß der Patient einen ausreichenden Exspirationsdruck erzeugt, um das Exspirationsventil VE zu öffnen, dessen Steuereingang 6 dann auf eine Weise, die später noch erläutert werden wird, mit einer Niederdruckquelle 9 verbunden ist. Den vorhergehenden Angaben zufolge öffnet sich das Exspirationsventil VE, wenn der von der Niederdruckquelle 9 erzeugte Überdruck Null ist, das heißt dem Atmosphärendruck entspricht, ohne daß der Patient einen bedeutend höheren Exspirationsdruck als den Atmosphärendruck liefern muß. Wenn dagegen der Überdruck der Quelle 9 größer als Null ist, muß der Patient selbst einen bestimmten Überdruck liefern, um auszuatmen.
Der Inspirationszweig 3 des Patientenkreislaufs 1 ist mi dem Ausgang einer Quelle für einen Inspirations-Druckförderstrom (11) verbunden, die aus einer Motorturbine, einem Strahlpumpen- oder Venturisatz bestehen kann, der von einem Kompressor oder einer Druckgasflasche etc. gespeist wird.
Verteilermittel, die ein Inspirationsventil VI umfassen, das zwischen dem Ausgang der Inspirationsförderstromquelle und dem Inspirationszweig 3 des Patientenkreislaufs 1 angeordnet ist, steuern die Gasaustauschvorgänge, wie sie von dem Patienten eingeleitet werden. Erfindungsgemäß wird das Inspirationsventil VI von der Steuerelektronik 12 so gesteuert, daß es den Ausgang der Inspirationsförderstromquelle während der Inspirationsphasen der Atmung des Patienten mit dem Inspirationszweig 3 verbindet und diese Verbindung während der Exspirationsphasen unterbricht.
Die Inspirationsförderstromquelle 11 ist von der Art, daß sie ihren Förderstrom mit nur einer leichten Druckerhöhung auf Null reduzieren kann, wenn ihr Ausgang versperrt ist. So ist es nicht erforderlich, die auf die Inspirationsförderstromquelle 11 angewendeten Steuerbefehle je nachdem, ob das Inspirationsventil VI geöffnet oder geschlossen ist, zu ändern. Wenn die Inspirationsförderstromquelle eine Motorturbine ist, können ihre Eigenschaften die folgenden sein:
- Förderdruck bei Maximalgeschwindigkeit: 45 cm H&sub2;O (4,5 kPa),
- Förderstrom bei Maximalgeschwindigkeit und Ausgangsdruck Null: 280 bis 300 l/min.
Zum Zwecke der Sicherheit ist stromabwärts vom Inspirationsventil VI eine Rückschlagklappe 13 vorgesehen, die den Inspirationszweig 3 mit der Atmosphäre verbindet, wenn der Druck in dem Inspirationszweig 3 unter den Atmosphärendruck fällt. So wird im Falle, daß eine Störung das Inspirationsventil VI in Verschlußposition hält, dem Patienten nicht die Frischluft entzogen.
Die Steuerelektronik 12 steuert einen Steuerschieber VC1 synchron mit dem Inspirationsventil VI. Der Steuerschieber VC1 von der Art eines Dreiwegventils ist in dem Steuerkreis 7 des Exspirationsventils VE angeordnet. Wenn das Inspirationsventil VI geschlossen ist, verbindet der Steuerschieber VC1 den Steuereingang 6 des Exspirationsventils VE mit der Niederdruckquelle 9. Wenn das Ventil VI geöffnet ist, verbindet der Steuerschieber VC1 den Steuereingang 6 mit dem Ausgang der Inspirations-Druckförderstromquelle 11.
Die Niederdruckquelle 9 besteht aus einer Verbindung 14 zwischen einer zweiten Förderstromquelle 16 und einer Auslaßdüse 17 zur Atmosphäre hin. Die zweite Förderstromquelle ist in einem Bereich einstellbar, der beim Wert Null beginnt. In diesem Fall wird der Druck in der Verbindung 14 durch die Auslaßdüse 17 auf Atmosphärendruck gebracht, und folglich ist in der Exspirationsphase der dem Patienten auferlegte Druck gleich dem Atmosphärendruck. Wenn dagegen der Förderstrom der zweiten Quelle 16 nicht Null ist, baut sich ein bestimmter Druck, der von diesem Förderstrom abhängt, in der Verbindung 14 auf, und der Patient wird folglich einem positiven Exspirationsdruck ausgesetzt. Die von der Niederdruckquelle 9 erzeugten Drücke sind geringer als der von der Inspirationsförderstromquelle 11 erzeugte Druck.
Wenn das Inspirationsventil VI geöffnet ist, verbindet der Steuerschieber VC1 den Steuereingang 6 des Exspirationsventils VE durch eine Leitung 10 mit dem stromaufwärts vom Inspirationsventil VI herrschenden Druck der Inspirationsförderstromquelle. Aufgrund dessen, was weiter oben über die Funktion des Exspirationsventils VE gesagt wurde, bewirkt ein solcher Druck die Schließung des Exspirationsventils VE, und folglich wird die Maske 2 dicht mit dem Ausgang der Inspirationsförderstromquelle verbunden.
Um den Übergang vom Exspirationsmodus in den Inspirationsmodus und umgekehrt zu gewährleisten, empfängt die Steuerelektronik 12 Meßsignale, die von einem Durchflußmesser 18 und einem Manometer 19 erzeugt werden, welche Daten über Förderstrom D und Druck P der Strömung durch den Inspirationszweig 3 liefern.
Es werden nun unter Bezugnahme auf Figur 2 einige Besonderheiten der Funktionsweise und der Automatik von Figur 1 genauer beschrieben.
Wenn ein Test 21 feststellt, daß das Inspirationsventil VI geöffnet ist, überwacht man in einem Teil 22 des Ablaufdiagramms die Entwicklung des Inspirationsförderstromes. Man weiß, daß der Inspirationsförderstrom zu Beginn jeder Inspirationsphase schnell ein Maximum DMAX erreicht. Durch den Test 23 und den Schritt 24 wird der Wert des maximalen Förderstroms DMAX immer wieder aktualisiert, solange der Förderstrom ansteigt.
Wenn dagegen der Inspirationsförderstrom zu sinken beginnt, gelangt man zu einem Test 26, der bestimmt, ob der momentane Förderstrom D unter einen bestimmten Bruchteil (Koeffizient k zum Beispiel gleich 0,6) des maximalen Förderstromes DMAX gesunken ist. Wenn ja, dann entscheidet die Steuerelektronik 12, daß die Inspirationsphase beendet ist, und sie befiehlt die Schließung des Inspirationsventils VI und die Betätigung des Steuerschiebers VC1, um ihn mit der Niederdruckquelle 9 zu verbinden. Wenn die Antwort auf den Test 26 negativ ist, wird noch durch einen Test 28 überprüft, ob die Inspirationsdauer eine maximale Dauer TMAX überschreitet, die willkürlich auf zum Beispiel 3 Sekunden festgesetzt wurde. Wenn ja, wird ebenfalls die Entscheidung getroffen, die Inspirationsphase durch den Schritt 27 zu beenden.
Man gelang dann erneut zum Anfang des Tests auf den Zustand des Inspirationsventils VI.
Wenn dieses Inspirationsventil geschlossen ist, überwacht man durch einen Test 29 im Druck-Zeit-Diagramm das Auftreten einer Ableitung oder Steigung (P&sub2;-P&sub1;)/(T&sub2;-T&sub1;), die kleiner als ein vorbestimmter negativer Wert A ist. Ein Absinken des Druckes am Ende einer Exspirationsphase ist nämlich kennzeichnend für einen Luftzug seitens des Patienten. Wenn eine solche negative Steigung festgestellt wird, ermöglicht es ein Test 31 anhand eines logischen Parameters Q zu erkennen, ob es sich um die erste Iteration handelt, bei der die negative Steigung während dieses Exspirationszyklus festgestellt wird. Wenn ja, dann setzt man durch einen Schritt 32 den logischen Parameter Q auf 1, und man nimmt unter dem Register TA den Zeitpunkt T&sub2; des Beginns der Steigung auf, die kleiner als A ist. Bei den folgenden Iterationen (negativer Ausgang des Tests 31) wird man durch einen Test 33 die Dauer dieser negativen Steigung untersuchen. Wenn diese Dauer größer als eine vorbestimmte Luftzugdauer DA wird, dann beschließt die Elektronik das Ende der Exspirationsphase, das heißt, die Öffnung des Inspirationsventils VI und die Betätigung des Steuerschiebers VC1, um den Steuereingang 6 des Exspirationsventils VE mit dem Ausgang der Inspirationsförderstromquelle 11 zu verbinden.
Solange der Ausgang des Tests 29 oder der Ausgang des Tests 33 negativ ist, überwacht man durch einen Test 34 den Fortschritt der Zeit TINS, die seit dem Beginn der vorhergehenden Inspirationsphase abgelaufen ist. Wenn diese Dauer größer als eine vorbestimmte maximale Atemperiode TF wird, geht die Steuerelektronik zum Schritt 36 der Beendigung der Exspiration über.
Gemäß einer Variante, die in Figur 1 gestrichelt dargestellt ist, kann die zweite Förderstromquelle 16 durch eine kalibrierte Leitung 15 realisiert werden, welche die Verbindung 14 mit dem Ausgang der Inspirationsförderstromquelle verbindet. Um den Förderstrom durch die Leitung 15 zu verändern, kann die Kalibrierung durch ein Leitungsventil erfolgen, das bis zu einer Position des völligen Verschlusses verstellbar ist. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Niederdruckquelle als von der Inspirationsförderstromquelle "unabhängig" oder "getrennt" bezeichnet, insofern als der Druck der Niederdruckquelle und folglich das an den Steuereingang 6 des Exspirationsventils VE angelegte Niederdrucksignal den für die Exspiration gewünschten Wert annehmen, ohne daß der Betrieb der Inspirationsförderstromquelle zu diesem Zweck verändert werden muß.
In dem in Figur 3 dargestellten Beispiel besteht die Inspirationsförderstromquelle 11 aus einer Motorturbine, die von einem Regelantrieb 37 betrieben wird, der an seinem positiven Eingang 38 ein Drucksollwertsignal PC und an seinem negativen Eingang 39 ein Signal empfängt, das von dem Druckfühler 19 kommt. Je nach der Differenz zwischen seinen beiden Eingängen 38 und 39 liefert der Regelantrieb 37 der Motorturbine 11 an seinem Ausgang 40 ein geeignetes Leistungssignal, das darauf abzielt, den Druck P während der Inspirationsphasen ständig auf dem Sollwert PC zu halten. Während der Exspirationsphasen wird der Regelantrieb 37 auf eine nicht dargestellte Weise kurzgeschlossen, und der Mikroprozessor sendet an die Motorturbine ein Signal, das die Motorturbine im wesentlichen auf der Geschwindigkeit hält, die sie während der vorhergehenden Inspiration hatte.
Das Inspirationsventil VI besteht aus einem pneumatisch gesteuerten Ventil mit einer Struktur, die der des Exspirationsventils VE ähneln kann. Insbesondere besitzt das Ventil VI einen Steuereingang 41, der im Betrieb einem Druck ausgesetzt ist, welcher den offenen oder geschlossenen Zustand des Ventils bestimmt.
Das Inspirationsventil VI ist mit einem Steuerschieber VC&sub2; assoziiert, der von der Art eines Dreiwegventils ist, um selektiv den Steuereingang 41 mit einer Leitung 42 zu verbinden, die mit dem Ausgang der Motorturbine 11 verbunden ist, um die Schließung des Inspirationsventils durchzuführen, oder mit einer Leitung 43, die mit der Bahn des einatembaren Gases stromabwärts von dem Ventil VI verbunden ist, um den offenen Zustand des Inspirationsventils VI herzustellen. Es wird verständlich, daß sich der Druck stromabwärts vom Inspirationsventil VI zwangsläufig auf einen Gleichgewichtswert einstellt, der die Öffnung des Ventils ermöglicht, da der stromabwärtige Überdruck bei einer Schließung des Ventils verschwinden würde und sich folglich das Ventil sofort wieder weit öffnen würde.
Überdies werden das Inspirationsventil V1I die Sicherheitsklappe 13, der Anschluß der Leitung 43 an die Hauptinspirationsbahn und der Durchflußmesser 18 durch eine Bahn zum Verlustausgleich 44 kurzgeschlossen, die den Ausgang der Motorturbine 11 mit dem Inspirationszweig 3 verbindet. Die Aufgabe dieser Leitung 44 ist es, die Verluste auszugleichen, die zum Beispiel während der Exspirationsphase zwischen der Maske 2 und dem Gesicht des Patienten bestehen können. Ein solcher Verlust kann nämlich die Aufrechterhaltung des gegebenenfalls durch die zweite Förderstromquelle 16 auferlegten positiven Exspirationsdruckes verhindern.
Die zweite Förderstromquelle 16 besteht aus einem Kompressor mit veränderlichem Förderstrom, der nach einem Sollwert gesteuert wird, welcher von der Steuerelektronik 12 geliefert wird, die ihrerseits in Form eines Mikroprozessors verwirklicht ist.
Außerdem ist in dem Beispiel von Figur 3 die Leitung 10 an den Eingang des Inspirationszweiges 3 angeschlossen, das heißt insbesondere stromabwärts vom Inspirationsventil VI und vom Durchflußmesser 18.
Der Mikroprozessor 12 empfängt am Eingang zum Beispiel mittels einer nicht dargestellten Tastatur verschiedene Einstellungen 46, die sich insbesondere auf die Parameter A, DA, TF, TMAX, K, welche in dem Ablaufdiagramm von Figur 2 auftreten, sowie den Parameter PC, der den an den Eingang 38 des Regelantriebs 37 angelegten Sollwert repräsentiert, und den positiven Exspirationsdruck PEP beziehen, der zur Steuerung des Kompressors 16 dient.
Der Mikroprozessor 12 steuert eine Anzeigevorrichtung 47, die eine Anzeige des von dem Meßfühler 19 gemessenen Druckes P, des Volumens V jedes Atemzuges, das von dem Mikroprozessor anhand der von dem Manometer 19 und dem Durchflußmesser 18 gelieferten Signale berechnet wird, und der in dem Schritt 48 von Figur 2 in Zyklen pro Minute berechneten Atemfrequenz F ermöglicht.
Wenn der von dem Durchflußmesser gemessene Förderstrom während einer vorbestimmten Dauer einen maximalen Wert beibehält, wird dies von dem Mikroprozessor 12 erfaßt, der einen akustischen und/oder visuellen Loslösungsalarm 49 auslöst, um zu signalisieren, daß sich ein Vorfall von der Art einer Loslösung der Maske 2 ereignet hat.
In dem in Figur 4 dargestellten Beispiel, das nur hinsichtlich seiner Unterschiede zu dem von Figur 1 beschrieben werden wird, folgt auf das Inspirationsventil VI ein zweites Inspirationsventil V'I, das gleichzeitig mit dem Ventil VI geöffnet und geschlossen werden kann oder das auch aus einer Rückschlagklappe bestehen kann, welche verhindert, daß das Gas aus dem Inspirationszweig 3 zur Motorturbine 11 gelangt. Der Steuereingang 6 des Exspirationsventils VE ist direkt mit einer kalibrierten Auslaßöffnung 17 verbunden und andererseits mit dem Teil 51 der Inspirationsbahn, der sich zwischen den zwei Inspirationsventilen VI und V'I befindet. Der Steuereingang 6 ist ebenfalls direkt mit der Niederdruckquelle verbunden, die hier aus einer kalibrierten Verbindung 15 mit dem Ausgang der Motorturbine 11 besteht.
Die Funktionsweise ist die folgende:
Wenn die zwei Inspirationsventile VI und V'I geöffnet sind, ist der Steuereingang 6 des Exspirationsventils VE durch die Verbindung mit dem Teil 51 der Inspirationsbahn dem von der Motorturbine 11 gelieferten Inspirationsdruck ausgesetzt. Das Ventil VE ist folglich geschlossen, und die kalibrierte Öffnung 17 erhält den Druckunterschied zwischen dem Inspirationsdruck und dem Atmosphärendruck aufrecht.
Für die Exspiration werden die beiden Ventile VI und V'I geschlossen, und der Steuereingang 6 ist dem von der Verbindung 15 bestimmten Druck oder auch, wenn die Verbindung 15 durch Verstellen geschlossen wird, durch die kalibrierte Öffnung 17 dem Atmosphärendruck ausgesetzt. Der Patient atmet also unter dem auf diese Weise von dem Exspirationsventil VE bestimmten Druck aus.
Die Vorrichtung von Figur 5 wird nur hinsichtlich ihrer Unterschiede zu der von Figur 3 beschrieben werden. Sie umfaßt ein zusätzliches Ventil VR, das den Ausgang der Motorturbine mit der Atmosphäre verbindet und von dem Steuerkreis 7 des Exspirationsventils VE und folglich von demselben Magnetschieber VC1 wie das Exspirationsventil VE gesteuert wird. In einer Zweigleitung 53, welche den Ausgang der Motorturbine 11 mit dem zusätzlichen Ventil VR verbindet, ist eine Verengung 52 angeordnet.
Die Verlustausgleichleitung 44 ist einerseits zwischen dem Ventil VR und der Verengung 52 und andererseits stromabwärts vom Inspirationsventil VI angeschlossen.
Die Funktionsweise ist die folgende:
- Während der Inspiration ist das Ventil VR geschlossen, da es wie VE gesteuert wird.
- Während der Exspiration erhält das Ventil VR auf seiner stromaufwärtigen Seite einen dem Exspirationsdruck PEP entsprechenden Druck aufrecht, da es wie das Ventil VE von dem Minikompressor 16 gesteuert wird.
Es gibt einen Förderstrom, der über das Ventil VR in die Atmosphäre entweicht, da der Druck am Ausgang der Motorturbine 11 größer als der Exspirationsdruck PEP ist. Dieser Förderstrom dient zur Kühlung der Motorturbine. Es gibt außerdem einen Förderstrom, der in den Patientenkreislauf gelangt, wenn der Druck in diesem kleiner als der Exspirationsdruck PEP ist, das heißt im Falle einer Undichtigkeit.
Im Gegensatz zur Vorrichtung von Figur 3 ist der Förderstrom zum Verlustausgleich nicht mehr anhaltend, sondern greift nur ein, wenn eine Undichtigkeit besteht.
Die Verengung 52 ermöglicht es, am Ausgang der Motorturbine einen beträchtlichen Druck (nahe dem Beatmungsdruck) aufrechtzuerhalten, der für die Schließung des Inspirationsventils VI erforderlich ist, und den Kühlförderstrom zu begrenzen, damit das zusätzliche Ventil VR den Druck auf seiner stromaufwärtigen Seite regulieren kann.
Dank der Erfindung verfügt man über ein einfaches, leichtes Gerät, das keine Gasflaschen benötigt und in einem sehr großen Bereich pathologischer Fälle den Heimgebrauch ermöglicht.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt.
Zum Beispiel könnte man in Figur 3, statt die Leitung 43 zur Steuerung der Öffnung des Inspirationsventils VI mit der Atemgasbahn zu verbinden, diese mit dem von der Niederdruckquelle 14 bestimmten geringen Druck verbinden.
In den Beispielen sind die Begriffe "Ventil" und "Schieber" passend für die Definition der Elemente VE und VI bzw. VC&sub1; und VC&sub2;. Diese Begriffe dürfen jedoch nicht einschränkend aufgefaßt werden, da das "Ventil" VI insbesondere in Form eines Schiebers mit mechanischer oder elektromechanischer Steuerung ausgeführt sein kann.
Das Exspirationsventil VE könnte von anderer Art als mit pneumatischer Steuerung sein, zum Beispiel mit elektrischer Steuerung.

Claims

1. Beatmungsvorrichtung von der Art, bei der die Inspiration unter einem im wesentlichen gleichbleibenden Druck erfolgt, umfassend einen Patientenkreislauf (1) mit einem Inspirationszweig (11), der mit einer Quelle für einen Inspirations-Druckförderstrom (3) verbunden ist, und einem Exspirationszweig (4), in dem ein Exspirationsventil (VE) angeordnet ist, das so gesteuert wird, daß es während der Inspiration geschlossen ist, wobei die Vorrichtung außerdem Steuermittel (12), die mit mindestens einem Meßfühler (18, 19) verbunden sind, der die Atemtätigkeit des Patienten erfaßt, und Verteilermittel (VI) umfaßt, die in der Inspirationsphase die Verbindung zwischen der Inspirationsförderstromquelle (11) und dem Inspirationszweig (3) des Patientenkreislaufs herstellen und in der Exspirationsphase diese Verbindung wenigstens teilweise unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilermittel (VI) von den Steuermitteln (12) gesteuert werden, welche die Unterbrechung der Verbindung befehlen, wenn der Meßfühler feststellt, daß der Patient eine Exspirationsphase vorbereitet, und daß die Steuermittel (12) außerdem wenigstens indirekt das Exspirationsventil (VE) steuern, damit dieses einen vordefinierten Exspirationsdruck bestimmt, der im wesentlichen unabhängig von dem Betriebszustand der Inspirationsförderstromquelle (11) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inspirationsförderstromquelle eine Motorturbine (11) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Inspirationsförderstromquelle (11) während der Exspirationsphasen in der den Inspirationsförderstrom liefernden Richtung in Betrieb gehalten wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Inspirationsförderstromquelle (11) so betrieben wird, daß sie einen Ausgangsdruck liefert, der während der Inspirationsphasen und während der Exspirationsphasen im wesentlichen gleich ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Inspirationsförderstromquelle (11) von einer Art ist, die einen Förderdruck aufweist, der über einen Förderstromwertebereich, der die Förderströme während der Inspirationsphasen und die verschiedenen Förderströme während der Exspirationsphasen einschließt, in derselben Größenordnung bleibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Förderströme einen Förderstrom von im wesentlichen Null einschließen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Inspirationsförderstromquelle (11) eine Quelle ist, deren Förderstrom gegen Null geht, wenn der Druck an ihrem Ausgang einen maximalen Wert annimmt, der in der Größenordnung eines Beatmungsdruckes liegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilermittel ein Inspirationsventil (VI) mit pneumatischer Steuerung umfassen, dessen Steuereingang (41) selektiv während der Exspiration mit dem Ausgang der Inspirationsförderstromquelle (11) und während der Inspiration mit einem geringeren Druck (43) verbunden wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der geringere Druck der Gasbahn zwischen dem Inspirationsventil (VI) und dem Patientenkreislauf (1) entnommen wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilermittel dafür ausgelegt sind, während der Exspiration zwischen der Inspirationsförderstromquelle (11) und dem Patientenkreislauf (1) einen Förderstrom zum Verlustausgleich (44) bestehen zu lassen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilermittel (VI) von einer Zweigleitung (53, 54) umgangen werden, die mit einer Verengung (52) und, stromabwärts von dieser Verengung, mit einem zusätzlichen Ventil (VR) versehen ist, das so gesteuert wird, daß es während der Inspiration geschlossen ist und während der Exspiration in der Zweigleitung stromabwärts von der Verengung (52) einen Druck nahe dem vordefinierten Exspirationsdruck (PEP) aufrechterhält.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Exspirationsventil (VE) pneumatisch gesteuert wird und daß zur Betätigung des Exspirationsventils (VE) die Steuermittel die Aktivierung einer Verbindung (7, VC1) zwischen einem Steuereingang (6) des Exspirationsventils (VE) und einer Niederdruckquelle (9, 15) befehlen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eine Ventileinrichtung (VC1) enthält, die in einem Steuerkreis (7) des Exspirationsventils (VE) angeordnet ist und von den Steuermitteln (12) so gesteuert wird, daß sie während der Exspiration des Patienten den Steuereingang (6) des Exspirationsventils mit der Niederdruckquelle (14) verbindet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Dreiwegventil (VC1) umfaßt, das selektiv den Steuereingang (6) des Exspirationsventils (VE) mit der Druckförderstromquelle (11) und mit der Niederdruckquelle (14) verbindet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckquelle eine Verbindung (14) zwischen einer Auslaßdüse (17) und einem Ausgang einer zweiten Förderstromquelle (16) umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Förderstromquelle einen Kompressor (16) umfaßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Förderstromquelle eine Vorrichtung (15) zur Verbindung mit der Inspirationsförderstromquelle (11) umfaßt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der vordefinierte Exspirationsdruck einstellbar ist und einen Wert gleich dem Atmosphärendruck annehmen kann.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (12) die Schließung des Exspirationsventils (VE) befehlen, wenn sich der Druck in dem Patientenkreislauf (1) am Ende der Exspirationsphase des Patienten verringert.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (12) empfindlich für die Ableitung des Druckes in dem Patientenkreislauf (1) nach der Zeit sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (18, 19) zur Messung des Druckes (P) und des Förderstromes (D) in dem Inspirationszweig (3) des Patientenkreislaufs (1) und Mittel zur Berechnung des Volumens des eingeatmeten Gases oder einer entsprechenden Größe umfaßt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch Mittel (12) zur Aktivierung eines Loslösungsalarmes (49), wenn der Förderstrom in dem Inspirationszweig (3) während einer vorbestimmten relativ großen Zeitdauer hoch bleibt.