DE69513042T2

DE69513042T2 - Beatmungsgerät

Info

Publication number: DE69513042T2
Application number: DE69513042T
Authority: DE
Inventors: James Biondi; Douglas Johnston; Gary Schroeder
Original assignee: Cardiopulmonary Corp
Current assignee: Cardiopulmonary Corp
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: WO1996017641A1; JPH10510182A; IL116236A0; IL116236A; AU689371B2; DE69513042D1; US5664563A; EP0796119B1; EP0796119A1; AU4639196A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet der Atemhilfsvorrichtungen und insbesondere Ventilatoren.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Eine Lebensunterstützung für Patienten mit beeinträchtigter Atemfunktion wird gewöhnlich durch periodisches Zuführen und Abführen von Atmungsgas durch mechanische Mittel, wie einen Ventilator über eine in die Luftröhre eines Patienten eingesetzte Röhre aufrechterhalten. Das Einführen des Atmungsgases bei einem Überdruck bewirkt, daß sich das Gas in die Lunge des Patienten bewegt und sie aufbläst. Nach einem vorbestimmten Zeitintervall verringert der Ventilator den Gasdruck, und die Lunge des Patienten entleert sich, was bewirkt, daß das Atmungsgas passiv ausgeatmet wird. Abwechselndes Unterdrucksetzen und Druckablassen aus der Lunge des Patienten mit Atmungsgas, das allgemein als Atmungszyklus bezeichnet wird, führt Sauerstoff in die Lunge ein und entfernt Kohlendioxid aus der Lunge, was nötig ist, um den Patienten am Leben zu halten.
Während des Atmungszyklus sind verschiedene Bestandteile des Ventilators den vom Patienten ausgeatmeten Gasen ausgesetzt und können daher dadurch verunreinigt werden. Dies birgt die Gefahr einer Kreuzinfektion zwischen aufeinanderfolgenden Patienten, die mit dem Ventilator behandelt werden. In Anbetracht des ausgedehnten Netzwerkes von Ventilen, Röhren und verschiedenen Kammern, die Teil eines Ventilatorsystems sind, ist die Herausforderung des Sterilisierens verunreinigter Bereiche entmutigend.
Obwohl die Gefahr einer Kreuzinfektion ein zu überwindendes Problem ist, sollte verstanden werden, daß sich weitere Probleme direkt auf die pneumatische Leistung eines Venti lators auswirken. Zum Beispiel ist eine schnelle Antwort auf den Bedarf eines Patienten sehr wünschenswert. Außerdem müssen Ventilatoren, die Gase zum direkten Einatmen aus einer Wandzufuhr oder einem Kompressor bereitstellen, dem Luftweg des Patienten dauernd Gas von der Zufuhrquelle zuführen. Dies stellt eine schwere Anforderung an die Gasquelle, die zu einer schnellen Erschöpfung der Gaszufuhr führen kann. Noch schlimmer: der Bedarf eines Patienten oder Ventilators kann die Fähigkeiten der Zufuhrquellen übersteigen.
Die Entgegenhaltung WO-A-9 003 820 aus dem Stand der Technik beschreibt ein Narkose-Rückatmungssystem, das einen strukturellen Abschnitt zum einmaligen Gebrauch und einen wiederverwendbaren strukturellen Abschnitt umfaßt, die so gestaltet sind, daß sie leicht aneinander eingerastet werden, um jeweilige Schnittstellenöffnungen für frisches Gas und Patienten-Überlauföffnungen automatisch zu koppeln.
Weitere relevante Entgegenhaltungen aus dem Stand der Technik, beinhalten EP-A-0 281 180, EP-A-0 166 305 und US-A-4 747 402. EP-A-0 281 180 beschreibt ein Beatmungsgerät, das eine Pumpe zum Umlaufenlassen von Atmungsgas in einem geschlossenen Leitungssystem umfaßt, worin der Druck entsprechend einem bestimmten Atmungsmuster variiert werden kann. EP-A-0 166 305 beschreibt eine Narkose- und/oder Beatmungsanordnung, die einen Gasvorbereitungsabschnitt, der dafür ausgelegt ist, ein aus einer oder mehreren Quellen gewähltes Behandlungsgas vorzubereiten, und einen normalerweise mechanisch betriebenen Ventilatorabschnitt umfaßt, in dem die vorbereitete Gasmischung dem Patienten zugeführt wird. US-A-4 747 402 beschreibt ein Verfahren zum Ventilieren eines Luft atmenden Tieres mit hoher Frequenz.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ventilator, der ein pneumatisches System umfaßt, nach Anspruch 1 ist mit einem pneumatischen Kreis versehen, der mit einem Einweg-Atmungskreis für den Patienten verbunden ist. Der Atmungskreis für den Patienten ist so gestaltet, daß er ausgeatmete Gase vom Patienten vom pneumatischen Kreis trennt, um die Gefahr einer Kreuzinfektion zu verringern. Das pneumatische System ist für eine Computersteuerung in Verbindung mit einer Benutzerschnittstelle zum Betreiben des Systems und Auf zeichnen der Atmung des Patienten ausgelegt.
Der pneumatische Kreis umfaßt einen Doppel-Venturiantrieb, ein Proportionalsteuerungsventil und einen integralen Befeuchter.
Der Einweg-Atmungskreis für den Patienten umfaßt einen Beutelbehälter. Ein Drucksensor kann vorgesehen sein, um den Druck am Luftweg des Patienten zu messen.
Der Atmungskreis für den Patienten gestattet, daß der Patient jederzeit aus dem Beutelbehälter spontan atmet, gestattet aber, daß der pneumatische Kreis einen Steuerungsatem durch den Beutel liefert, indem der Kanister, in dem sich der Beutel befindet, unter Druck gesetzt wird.
Der Atmungskreis für den Patienten stellt bedeutende Vorteile bereit, wenn er mit anderen Ventilatorkreisen verglichen wird, nämlich eine Leichtigkeit der spontanen Rückatmung durch den Patienten; externes Mischen des Gases, Gestatten eines kontinuierlichen Hineinmischens von Luft und Sauerstoff in den Beutelbehälter unabhängig vom Antriebsgas, für eine größere Genauigkeit und bessere Last Steuerung der Atmungsströme über einen weiten Bereich; und gestattet eine gesteuerte Rückatmung und eine Ausatmungs hilfe. Einige der Totraumgase kehren in den Beutelbehälter zurück, wenn gewünscht mit Unterstützung durch ein Vakuum um den Beutel herum, um die Kraft zu verringern, die der Patient aufwenden muß, um für das Ausatmen ihres Zunahme und Abnahmevolumens zu sorgen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung können unter Bezugnahme auf die Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des pneumatischen Systems einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Doppel-Venturiventils ist;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Einweg-Atmungskreises für den Patienten von Fig. 1 ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines beispielhaften Kanisters, flexiblen Behälters und Befeuchters einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines beispielhaften Befeuchters einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen beispielhaften Kanisterverteiler ist;
Fig. 7 eine Seitenrißansicht des Kanisterverteilers von Fig. 6 ist;
Fig. 8 eine weitere Seitenrißansicht des Kanisterverteilers von Fig. 6 ist;
Fig. 9 eine Schnittansicht des Känisterverteilers von Fig. 6 entlang der Linie 9-9 ist;
Fig. 10 eine Detailansicht eines Abschnitts des Kanisterverteilers von Fig. 9 ist;
Fig. 11 eine Unterseitenansicht des Kanisterverteilers von Fig. 6 ist;
Fig. 12 eine weitere Seitenrißansicht des Kanisterverteilers von Fig. 6 ist; und
Fig. 13 eine Schnittansicht des Kanisterverteilers von Fig. 6 entlang der Linie 13-13 ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bezug nehmend auf Fig. 1 ist ein Ventilator schematisch dargestellt, der ein pneumatisches System der Erfindung umfaßt, das einen pneumatischen Kreis 10 und einen Einweg-Atmungskreis 12 für den Patienten umfaßt. Um die Elemente der Kreise deutlicher zu trennen, sollte in Verbindung mit Fig. 1 auf Fig. 3 Bezug genommen werden, welche nur die Elemente des Einweg-Atmungskreises 12 für den Patienten darstellt.
Obwohl sich die folgende Beschreibung auf Steuerungseingaben und Eingaben einer Bedienperson bezieht, sind eine Steuerungseinheit, wie ein Rechner, eine Benutzerschnittstelle, wie eine Tastatur oder ein Sensorbildschirm, und Steuerungsdrähte oder -leitungen von der Steuerungseinheit zu verschiedenen elektromechanischen Einrichtungen, wie Ventilen oder Sensoren, nicht als solche Merkmale gezeigt, und ihre Ausführungen sind in der Technik allgemein bekannt.
Der pneumatische Kreis 10 ist mit beispielhaften Gaszufuhren, wie einer Quelle 14 für reinen Sauerstoff, einer Quelle 16 für "normale" Luft und einer Quelle 18 für komprimiertes Gas über Verbinder verbunden gezeigt, die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind. Das pneumatische System kann nach Bedarf für eine Verbindung mit zusätzlichen oder weniger Quellen konfiguriert sein. Die Merkmale des pneumatischen Systems und eine beispielhafte Konfiguration davon sind nachfolgend in Verbindung mit dem normalen Strom von Gasen durch das pneumatische System beschrieben.
Gase, die von den Quellen 14, 16 und 18 geliefert werden, treten in den pneumatischen Kreis 10 ein und werden Proportional-Stromsteuerungsventilen 20 und 22 gemischt, um eine Mischung bereitzustellen.
Eine kontinuierliche Gasströmung stromabwärts des Steuerungsventils 20 und 22 zum Patienten hin stellt einen Schutz davor bereit, daß Verunreinigungen durch den Atmungskreis 12 für den Patienten in das System eingeführt werden. Der Schutz kann jedoch erhöht werden, indem eine Zone oder Kammer 24 bereitgestellt wird, die von einer Heizeinrichtung 26 auf eine Temperatur erhitzt werden kann, die ausreicht, um eine Hitzesterilisation zu gestatten, wobei die Kammer stromabwärts der Stromsteuerungsventile 20 und 22 angeordnet ist.
Stromabwärts der Steuerungsventile und der heizbaren Kammern 24 ist ein Behälter 28 bereitgestellt, der für die Aufnahme einer Flüssigkeit, wie Wasser, ausgelegt ist, um die Mischung zu befeuchten, um eine befeuchtete Mischung bereitzustellen, indem sie durch oder über die Flüssigkeit geleitet wird. Der Behälter 28 kann über eine Einfüllöff nung 30 mit Flüssigkeit aufgefüllt werden, wenn erforderlich. Ein Heizer 32 hält die Flüssigkeit bei einer von der Bedienperson wählbaren Temperatur. Bei einer typischen Anwendung werden trockene Zufuhrgase mit einer kontinuierlichen Durchflußrate von 3 bis 20 Litern pro Minute durch die Kammer 26 geleitet. Das dies einen relativ konstanten Gasstrom bei niedrigem Gasdruck ist, kann der Behälter 26 relativ einfach gestaltet sein und aus preiswertem (d. h. Einweg-) Material hergestellt sein, das für die Verwendung bei einem einzigen Patienten geeignet ist. Fig. 5 ist eine Darstellung eines beispielhaften Behälters 26.
Die befeuchtete Mischung wird aus dem Behälter 28 in einen flexiblen Beutel oder Behälter 34 geleitet, der Teil des Atmungskreises 12 für den Patienten ist. Der Behälter 34, der für die Verwendung für einen einzigen Patienten vorgesehen ist, kann aus einem dünnwandigen Elastomermaterial oder einem flexiblen Kunststoff hergestellt sein. Ein beispielhafter Behälter ist aus einem 0,007 inch (0,18 mm) dicken Bogen aus Polyvinylchlorid (PVC) hergestellt, das fähig ist, einem Druck von 2 pounds per square inch (13,8 kPa) und Temperaturen über 180 Grad Fahrenheit (82ºC) zu widerstehen.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der flexible Behälter 34 in einem verschlossenen, steifen Kanister 36 angeordnet. Zum Kanister 36 kann eine Wärmequelle 38 gehören, um den flexiblen Behälter 34 zu erwärmen, um bei der Lieferung von Wärme und Feuchtigkeitsgasen im Atmungskreis 12 für den Patienten zu helfen. Das Heizen des flexiblen Behälters 34 verhindert auch eine Ansammlung von Kondensation aus den rückgeatmeten Gasen des Patienten, indem das Kondensat wieder verdampft und somit der Bedarf an zusätzlicher Feuchtigkeit durch einen Zusatzbefeuchter verringert wird. Eine beispielhafte Wärmequelle 38 umfaßt eine um einen Teil des Kanisters 36 gewickelte Wärmedecke. Die Wär mequelle 38 spricht auf einen Temperatursensor 76 an, der die Temperatur der an den Patienten gelieferten Gase aufzeichnet.
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Gestaltung des flexiblen Behälters 34, des Kanisters 36 und des Behälters 28, die in einem Gehäuse 40 angebracht sind. Der flexible Behälter ist in lösbar verschlossener Beziehung zu einem Verteiler 42 gezeigt, und der Verteiler ist lösbar am Kanister 36 verschlossen.
Fig. 6 bis 13 zeigen Einzelheiten des Verteilers 42 aus verschiedenen Winkeln und Querschnitte. Fig. 10 ist eine detaillierte Ansicht einer Lippe, die an einer komplementären Oberfläche angreift, um den Verteiler 42 an seinem Platz zu befestigen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 sollte bemerkt werden, daß der Verteiler 42 eine erste Öffnung 44 zur Verbindung mit dem Behälter 28, eine zweite Öffnung 46 zur Verbindung mit einem zum Patienten führenden Luftweg 48 (siehe Fig. 1 und 3) und eine dritte Öffnung 50 zur Verbindung mit einer Auslaßöffnung umfaßt, die unten beschrieben wird.
Der Kanister weist eine Öffnung 52 auf, durch welche Gas in beide Richtungen zum und aus dem Inneren des Kanisters 36 strömen kann. Ein Zweifach- oder Doppel-Venturiventil 54 steht mit dem Inneren des Kanisters 36 über die Öffnung 52 in Verbindung. Fig. 2 stellt das Doppel-Venturiventil 54 ausführlicher dar, bei dem erste und zweite Düsenröhren 56 und 58 so angeordnet sind, daß ihre Auslässe zu einem Hals 60 hin gerichtet sind, oder sie befinden sich auf entgegengesetzten Seiten des Halses. Aus der ersten Düsenröhre 56 ausgestoßenes Gas reißt Raumluft, die durch eine Öffnung 62 eintritt, die mit einem Filter 64 versehen sein kann (siehe Fig. 1), mit und richtet die Luft durch die Öffnung und in den Kanister 36, um eine Druckkraft auf das Äußere des flexiblen Behälters 34 bereitzustellen. Im Vergleich: aus der zweiten Düsenröhre 58 ausgestoßenes Gas reißt Gas im Kanister 36 mit und richtet es durch die Öffnung 62, um den Druck im Kanister und dadurch auf den flexible Behälter 34 zu verringern. Somit wird der Strom zum oder vom Patienten beeinflußt, da der Druck im Kanister 36 den auf den flexiblen Behälter 34 ausgeübten Druck beeinflußt.
Das Doppel-Venturiventil 54, das im Kanister 36 Druckbedingungen unterhalb des Umgebungsdrucks einführen kann, dient als Atmungshilfseinrichtung, die eine schnellere Beendigung der Ausatmungsphase des gesamten Atmungszyklus des Patienten gestattet, wobei gestattet wird, daß die nächste Einatmungsphase früher beginnt, als wenn nur der elastische Rückstoß der Lunge verwendet würde, um das Ausatmen zu vollenden. Dies gestattet schnellere Atmungsraten für eine verbesserte Therapie sowohl bei der Sauerstoffaufnahme der Lunge als auch beim Abführen von CO&sub2;. Dies gestattet auch die Verwendung kleinerer Zunahme- und Abnahmevolumina, geringerer Einatmungsdrücke und geringerer mittlerer Luftwegdrücke.
Bei der dargestellten Ausführungsform, wie in Fig. 2 gezeigt, ist ein Durchfluß-Meßwandler 66 zwischen dem Doppel- Venturiventil 54 und dem Kanister 36 angeordnet, um den Strom zum und aus dem Kanister zu messen. Die Signalausgabe aus dem Durchfluß-Meßwandler 66 kann verwendet werden, um das der Lunge des Patienten zugeführte Gasvolumen zu berechnen.
Wieder Bezug nehmend auf Fig. 1 kann ein Drucksensor 68 in Verbindung mit dem Inneren des Kanisters 36 bereitgestellt sein, um den Druck im Kanister zu messen. Es kann ein zweiter Drucksensor 70 bereitgestellt sein, um den der Lunge des Patienten zugeführten Gasdruck zu messen. Durch Verα gleichen der Signale des ersten und zweiten Drucksensors 68 bzw. 70 kann die Integrität des Systems und die Verifizierung des Betriebsdrucks überwacht werden.
Eine Steuerung des Drucks im Kanister 36 erfolgt durch Betätigung eines Proportionalstromventils 72, das einen variablen Gasstrom an ein Drei-Wege-Ventil 74 liefern kann, das so angeordnet werden kann, daß der Gasstrom zu einer oder keiner der ersten und zweiten Düsenröhren 56 bzw. 58 gerichtet wird. Somit kann der Strom und der Druck im Luftweg des Patienten sowohl in der Einatmungs- als auch der Ausatmungsphase mit einem einzigen Proportionalstromventil 72, wie einem Solenoid, gesteuert werden. Es sollte bemerkt werden, daß die dem Patientenzugeführte Mischung von Gasen von dem Gas verschieden sein kann, das durch das Proportionalstromventil 72 hindurchgeht. Beispielsweise kann das Doppel-Venturiventil 54 mit normaler Luft betrieben werden, während der Patient mit reinem Sauerstoff versorgt wird.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Merkmalen sollte bemerkt werden, daß die Kombination des Doppel-Venturiventils 54, das von einem Proportionalventil 72 angetrieben wird, ein schnelles Einsetzen eines starken Stroms gestattet, wenn das Proportionalventil betätigt wird. Dies wird erreicht, indem nur erforderlich ist, einen Bruchteil des notwendigen Gesamtstroms in den Atmungskreis 12 der ausgewählten Venturi-Düsenröhre zuzuführen, während der Hauptteil des Stroms durch Mitreißen von umgebender Luft erreicht wird, wenn der Düsenstrom in Gang gebracht ist. Da beide Ströme zur selben Zeit beginnen, führt ein schwacher Strom von der Düse zu einem starken Strom zum Patienten, bei einer Antwortzeit, die durch das Proportionalventil bestimmt ist, das nur die Düse antreibt. Da die Düse einen schwächeren Strom erfordert, als am Venturi-Auslaß geliefert wird, ist nur ein relativ kleines und daher schnell reagierendes Ventil erforderlich.
Steuersignale zum Betätigen des Proportionalstromventils 72 können vom Drucksensor 68 in einem Rückführungskreis oder von einem fakultativen Durchfluß-Meßwandler 71 in der Nähe ausgehen, die dafür verwendet werden können, das Einatmungs- und Ausatmungsvolumen es Patienten zu überwachen. Somit können entweder Druck- oder Durchflußsignale verwendet werden, um das Proportionalstromventil 54 zu steuern.
Ein Ausatmungs- oder Auslaßventil 78 gestattet, daß Gase aus dem Atmungskreis 12 für den Patienten ausgestoßen werden. Das Ventil kann ein Diaphragma 80 und einen Sitz 82 umfassen. Eine Seite des Diaphragmas 80 steht mit dem Inneren des Kanisters 36 in Verbindung, um auf den Druck im Kanister anzusprechen. Wenn der Druck im Kanister 36 erhöht wird, wie während des Beginns einer Einatmungsphase, wird das Diaphragma 80 gegen den Sitz 82 gedrückt, wodurch das Auslaßventil 78 für die Dauer des Einatmens geschlossen wird. Wenn die Einatmungsphase beendet ist, fällt der Druck im Kanister 36 ab oder es wird bewirkt, daß er abfällt, wodurch der Druck auf das Diaphragma 80 nachläßt und gestattet wird, daß Gas aus dem Auslaßventil 78 austritt. Bei einer Ausführungsform des pneumatischen Systems erfordert das Auslaßventil 58 einen Vorlastdruck von etwa 2 cm H&sub2;O, um sicherzustellen, daß der flexible Behälter 34 wieder aufgeblasen wird, bevor sich das Auslaßventil 78 öffnet.
Bei einer typischen Anwendung kehrt ein erster Teil der Ausatmung eines Patienten, der nicht für den Gasaustausch in der Lunge verwendet wird, zum flexiblen Behälter 34 zurück, aber wenn sich der flexible Behälter füllt, wird der spätere Teil der Ausatmung, der für den Gasaustausch verwendet wurde, durch das Auslaßventil 78 abgelassen.
Ein weiteres Merkmal des Auslaßventils 78 ist, daß es den Druck im Luftweg des Patienten auf einem hohen Niveau hält, um bei bestimmten Lungentherapien kleine Luftwege im Lungenflügel offen zu halten, was PEEP (Positive End Expiratory Pressure) genannt wird. PEEP wird beim pneumatischen System erreicht, indem während der Ausatmungsphase ein kontinuierlicher Druck auf den Kanister 36 mit dem Doppel-Venturiventil 54 ausgeübt wird, das veranlaßt wird, auf ein Druckregelungssignal vom Drucksensor 68 für den Kanister oder dem Drucksensor 70 für den Luftweg des Patienten anzusprechen. Indem Druck gleichzeitig an den Kanister 36 und das Auslaßventil 78 geliefert wird, kann ein erhöhter Druck über dem Umgebungsdruck in einem Zustand ohne Strömung aufrechterhalten werden. Weil das Proportionalstromventil 72 bereits während der Einatmungsphase den Strom und den Druck über das Doppel-Venturiventil 54 steuert, wird die servogesteuerte PEEP-Funktion erreicht, ohne die Komplexität oder die Kosten des Systems zu vermehren.
Wie oben beschrieben füllt sich der flexible Behälter 34 mit einem gesteuerten Teil des vom Patienten ausgeatmeten Gases, um ein Rückatmungsreservoir bereitzustellen, um eine oder mehrere der Gasquellen 14, 16, 18 zu ergänzen. Zusätzlich zur Verbesserung der Gasnutzung durch Wiederverwendung von Totraumgasen, die beim Gasaustausch in der Lunge nicht verwendet wurden, gestattet der Rückatmungsbehälter 34 ein teilweises Rückatmen, um die arteriellen CO&sub2;-Niveaus des Patienten einzustellen, wenn gewünscht.
Die Menge an vom Patienten ausgeatmetem Gas, das rückgeatmet wird, wird durch die Menge von ankommendem Gas reguliert, das durch die Steuerungsventile 20, 22 für den Zufuhrgasstrom zugeführt wird, die unter Verwendung von Signalen von einer Gasprüfanordnung 84 (siehe Fig. 3), die eingeatmete und/oder ausgeatmete CO&sub2;-Niveaus mißt, elektronisch gesteuert werden, um ein gewünschtes Rückatmungsniveau bereitzustellen, wobei somit eine unabhängige Steuerung einer CO&sub2;-Beseitigung und Sauerstoffaufnahme der Lunge des Patienten bereitgestellt wird. Die Gasmischung kann weiter modifiziert werden, indem die Steuerventile 20, 22 für den Zufuhrstrom eingestellt werden.
Ein weiterer von den dargestellten Gestaltungen bereitgestellter Vorteil im Vergleich mit einem herkömmlichen Ventilator mit Direktantrieb ist, daß die vorliegende Erfindung gestattet, daß die Steuerventile 20, 22 für den Strom gestatten, dem pneumatischen System eher kontinuierlich als mit Unterbrechungen Gas zuzuführen, so daß der Anforderungsstrom aus einem Wandauslaß eines Hospitals, Luftkompressor, Gaskonzentrator oder einer unter Druck stehenden Gasflasche beispielsweise geringer ist und weniger wahrscheinlich große Druckschwankungen bewirkt, die die Genauigkeit der gelieferten Volumina und Konzentrationen beeinflussen können.
Außerdem macht der flexible Behälter 34 der Erfindung für den Patienten ein Volumen der befeuchteten Mischung verfügbar, das die Kraft verringert, die erforderlich ist, um einen Atemzug durch den Patienten zu beginnen. Wenn der Patient einen Atemzug beginnt, wird das Gasvolumen im Behälter verringert, was vom Durchfluß-Meßwandler 66 wahrgenommen wird, und der Atemzug wird erhöht, wie vom Kliniker gewünscht. Dieser Volumentrigger verringert die vom Patienten bereitgestellte Gesamtatmungsarbeit, wobei die Ermüdung des Patienten verringert wird, und verringert die Wahrscheinlichkeit von unbeabsichtigten Triggern. Wenn der Patient auszuatmen beginnt, erhöht in ähnlicher Weise das ausgeatmete Gas den Druck im Volumen im flexiblen Behälter 34, ohne daß der Druck im Luftweg des Patienten erhöht wird, der vom Durchfluß-Meßwandler 66 wahrgenommen wird. Da der Patient die Steuerung des Atmungszyklus mit weniger Kraft aufrechterhalten kann, gibt es eine bessere Beibehaltung des Atmungsantriebs des Patienten unter mechanischer Ventilation.
Noch eine weiteres Merkmal des flexiblen Behälters 34 ist, daß er die Einführung von besonderen Gasmischungen, die geringe Prozentsätze an Meßgasen enthalten, gestattet. Bei einer Ausführungsform stellt eine zusätzliche Gasquelle eine besondere Gasmischung bereit, die stromaufwärts der Kammer 24 in des System eingeführt würde. Die Konzentrationen dieser Spurengase im Luftweg des Patienten werden von der Gasprüfanordnung 84 gemessen.
Der flexible Behälter 34 erleichtert auch Ausgleichstechniken für verdünntes Gas unter Verwendung der Gasmischung, wie gerade beschrieben. Bei einem Beispiel füllt ein inertes Gas, wie Methan oder Helium, das zur Messung der funktionellen Restkapazität oder des gesamten Lungenvolumens verwendet wird, den flexiblen Behälter 34 vollständig. Der Patient atmet das inerte Gas zurück, bis ein Gleichgewichtspunkt erreicht ist. Diese Rückatmungsfähigkeit gestattet eine Einschätzung der Ventilationsqualität und Lungenfunktion, während der Patient am Ventilator bleibt. Im Vergleich erfordern herkömmliche Ventilatoren, daß der Patient vom Ventilator abgenommen und für diese Art Prüfung, die im allgemeinen klinisch nicht durchführbar ist, in ein spezialisiertes Lungenfunktionslabor gebracht wird.
Der flexible Behälter kann auch dazu verwendet werden, eine Mischung besonderer Gase, wie Acetylen, vollständig zurückzuatmen, die zur Einschätzung eines Lungenblutstroms verwendet werden kann, indem die Verringerung der Konzentration gemessen wird, wie sie im Blutstrom absorbiert wird. Diese Prüfung kann durchgeführt werden, während der Patient mit dem pneumatischen System verbunden ist, indem der flexible Behälter 34 mit einer bekannten Konzentration dieser Gase gefüllt wird, und diese Mischung vollständig rückgeatmet wird, indem die Zufuhr von Gasen von der gemischten Quelle abgestellt wird, bis ein Gleichgewichtspunkt erreicht ist.
Wieder Bezug nehmend auf Fig. 1 und 3 ist der Drucksensor 70 für den Luftweg des Patienten vor dem ausgeatmeten Gas des Patienten durch einen in der Leitung befindlichen Filter 86 und durch einen kontinuierlichen Gasstrom vom pneumatischen Kreis zum Auslaß des Atmungskreises für den Patienten hin geschützt. Der Ort der Durcksensoren und Durchfluß-Meßwandler 70 bzw. 71 kann sich in verschiedenen. Teilen des Kreises befinden, um wirksam zu sein. Bei einer Ausführungsform stellt der Drucksensor 70 für den Luftweg des Patienten eine Signalausgabe bereit, die verwendet werden kann, um den Gasstrom vom Proportionalstromventil 72 so zu regulieren, daß ein gewünschter Druck im Luftweg des Patienten aufrechterhalten wird. Eine Zusatzverifizierung ist möglich, indem ein Ausgangssignal vom Drucksensor 68 für den Kanister mit einem Ausgangssignal vom Drucksensor 70 für den Luftweg des Patienten verglichen wird. Der Drucksensor 70 für den Luftweg des Patienten kann auch das pneumatische System überwachen und ein Sicherheitsventil 88 betätigen, um den Druck im Atmungskreis für den Patienten nachzulassen, wenn ein Fehler erfaßt wird. Das Sicherheitsventil 88 wird normalerweise von einem Sicherheits-Solenoidventil 90 geschlossen gehalten, dem von einem Niederdruckregler 92 Druck zugeführt wird.
Obwohl es selbstverständlich sein sollte, daß das Zurückhalten von Gasen des Patienten im Atmungskreis 12 für den Patienten Vorteile bringt, könnte die Gefahr einer Kreuzinfektion jene Vorteile überwiegen, wenn der Atmungskreis 12 für den Patienten nicht wegwerfbar wäre. Zu diesem Zweck können alle Bauteile, die mit den ausgeatmeten Gasen des Patienten in Berührung kommen, leicht vom pneumatischen Kreis 10 abgenommen werden, wie in Fig. 3 dargestellt. Daher können das Auslaßventil 78 und das Sicherheitsventil 88 für den Patienten auch Teil des Einweg-Atmungskreises 12 für den Patienten sein, um eine Kreuzverunreinigung zu minimieren.

Claims

1. Ventilator, der ein pneumatisches System in Fluidverbindung mit einer Quelle für ein Gas umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische System umfaßt:

a) einen pneumatischen Kreis (10), der ein Proportionalsteuerungsventil umfaßt, um ein ausgewähltes Volumen des Gases an ein Drei-Wege-Ventil (74) zu liefern, das dafür ausgelegt ist, das Gas zu einer von einer ersten Düse (56) und einer zweiten Düse (58) eines Doppel-Venturiventils (54) und durch einen Meßwandler (66) für Durchfluß und eine bidirektionale Öffnung (52) zu richten, die mit einem verschlossenen Kanister (36) in Fluidverbindung steht; und

b) einen Einweg-Atmungskreis (12) für den Patienten, der eine erste Öffnung zum Einführen des Gases in den Atmungskreis für den Patienten, einen Befeuchter (28) stromabwärts eines Einlasses zum Befeuchten des Gases, einen flexiblen Behälter (34), enthaltend ein veränderliches Volumen des Gases, wobei sich der flexible Behälter innerhalb des verschlossenen Kanisters (36) stromabwärts des Befeuchters befindet, und eine zweite Öffnung stromabwärts des flexiblen Behälters umfaßt, wobei das durch die erste Düse und durch die bidirektionale Öffnung (52) gerichtete Gas Gas im verschlossenen Kanister vom verschlossenen Kanister weg mitreißt, um den Druck auf das Äußere des flexiblen Behälters zu verringern, und durch die zweite Düse gerichtetes Gas Gas zum verschlossenen Kanister hin mitreißt, um den Druck auf das Äußere des flexiblen Behälters zu erhöhen.

2. Ventilator nach Anspruch 1, der weiterhin eine Sterilisierungskammer, durch die das Gas hindurchgeleitet wird, und eine Heizeinrichtung (26) zum Erhitzen der Sterilisierungskammer umfaßt, wobei sich die Sterilisierungskammer stromaufwärts des Atmungskreises für den Patienten befindet.

3. Ventilator nach Anspruch 1, der weiterhin eine auf die Steuerung für die Bedienperson des Systems ansprechende Heizeinrichtung (32) umfaßt, um ein Fluid im Befeuchter bei einer wählbaren Temperatur zu halten.

4. Ventilator nach Anspruch 1, der weiterhin einen Verteiler (42) umfaßt, der mit dem flexiblen Behälter und dem Befeuchter verbunden werden kann, wobei der Verteiler den flexiblen Behälter im Kanister lösbar verschließt, um eine Zone zwischen dem Inneren des Kanisters und dem Äußeren des flexiblen Behälters zu definieren, wobei diese Zone mit dem Doppel-Venturiventil in Fluidverbindung steht.

5. Ventilator nach Anspruch 4, der weiterhin eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfaßt: a) eine Auslaßöffnung (50) und einen Luftweg zwischen dem Verteiler und der zweiten Öffnung (46), bei dem der Verteiler eine Fluidverbindung zum Befeuchter, dem flexiblen Behälter, dem Luftweg und der Auslaßöffnung bereitstellt; b) einen erstens Druckwandler (68) in Fluidverbindung mit der Zone und einen zweiten Druckwandler, der der zweiten Öffnung benachbart ist; c) ein Auslaßventil (78) in Fluidverbindung mit der Zone im Kanister und einem Gasstrom stromabwärts des flexiblen Behälters, wobei sich das Auslaßventil im geschlossenen Zustand befindet, bis ein vorbestimmter Druck im flexiblen Behälter erreicht ist.

6. Ventilator nach Anspruch 1, der weiterhin eine zum verschlossenen Kanister gehörige Wärmequelle umfaßt, um den flexiblen Behälter zu erwärmen, und wahlweise · die Wärmequelle (38) eine um einen Teil des Kanisters gewickelte Wärmedecke umfaßt.

7. Ventilator nach Anspruch 6, der weiterhin einen Temperatursensor (76) umfaßt, der die Temperatur des Gases stromabwärts des flexiblen Behälters überwacht, um ein Steuersignal an die Wärmequelle zu liefern.

8. Ventilator nach Anspruch 1, der weiterhin einen Durchfluß-Meßwandler (66) zum Messen des Gasstroms zum und vom Kanister umfaßt.

9. Ventilator nach Anspruch 1, der weiterhin eine der zweiten Öffnung benachbarte Gasprüfanordnung (84) und eine Mehrzahl von Gasstrom-Steuerventilen in Fluidverbindung mit der ersten Öffnung des Atmungskreises für den Patienten und jeweiligen Gasquellen umfaßt, wobei die Gasprüfanordnung ein Ausgangssignal liefert, auf welches die Mehrzahl der Gasstrom- Steuerventile anspricht.