DE69635451T2

DE69635451T2 - Per mikroprozessor hybridgesteuerte beatmungseinheit

Info

Publication number: DE69635451T2
Application number: DE69635451T
Authority: DE
Inventors: Richard J. Melker; Samsun Lampotang; Paul B. Blanch; Neil R. Euliano; Ronald G. Carovano; Michael J. Banner
Original assignee: University of Florida; University of Florida Research Foundation Inc
Current assignee: University of Florida; University of Florida Research Foundation Inc
Priority date: 1995-08-17
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2016-08-17
Also published as: JP2006297088A; EP0850083A1; EP1621223A3; US6000396A; WO1997006844A1; ATE309834T1; EP0850083A4; CA2229439C; US7156095B2; US20020185127A1; CA2229439A1; JP3917658B2; DE69635451D1; EP1621223A2; AU6953596A; EP0850083B1; JP2001517960A; US6976487B1; ES2256864T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beatmungseinheit. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine durch einen Hybrid-Mikroprozessor gesteuerte Beatmungseinheit. Die Beatmungseinheit der vorliegenden Erfindung kann entweder in einem Basismodus als minimal ausgestattete Transport-Beatmungseinheit betrieben werden, oder in einem weiterentwickelten Modus als vollausgestattete Beatmungseinheit zur Anwendung bei Transportsituationen, bei Notsituationen oder bei ICU-Situationen bzw. Intensivstations-Situationen (ICU = Intensive Care Unit).
Hintergrund der Erfindung
Die Beatmung ist der physiologische Vorgang des Bewegens eines Gases in und aus den Lungen und dadurch des Förderns von Sauerstoff zu Organen des Körpers und des Ausscheidens von Kohlendioxid. Bei einer spontanen Atmung, das heißt bei einem nicht-unterstützten Atmen wird ein Unterdruck (subatmosphärischer Druck) in dem Brustkorb erzeugt und Gas bewegt sich in die Lungen. Bei einer spontanen Atmung ist das Ausatmen passiv.
In der medizinischen Praxis besteht oft eine Notwendigkeit, die spontane Atmung eines Patienten durch eine mechanische Beatmungsunterstützung zu ersetzen. Dies kann bei einem Atemfehler notwendig sein, oder wenn sich Patienten unter Anästhesie befinden.
Eine mechanische Beatmungsunterstützung kann durch Verdrängen eines bekannten Gasvolumens in den Lungen des Patienten unter positivem Druck (jeder Druck, der größer ist als atmosphärischer Druck) bewerkstelligt werden. Alternativ kann eine mechanische Beatmungsunterstützung durch Schaffen eines Unterdrucks um den Brustkorbhohlraum bewerkstelligt werden, um eine spontane Einatmung nachzuahmen. Während der Unterdruck (Unter-Umgebungsdruck) gelegentlich als mechanische Beatmungsunterstützung angewandt wird, ist eine Beatmung mit positivem Druck weit gebräuchlicher.
Es sind Versuche unternommen werden, Transport-Beatmungsgeräte bereitzustellen, die so ausgestaltet sind, dass sie eine Beatmung mit positivem Druck liefern. Diese Versuche haben zwei Gerätkategorien ergeben: (1) minimal ausgestattete Transport-Beatmungsgeräte, die zur Anwendung durch medizinisches Personal mit begrenztem Beatmungstraining gestaltet sind, wobei diese Geräte in einer begrenzten Anzahl von Beatmungsmoden arbeiten, und (2) Beatmungsgeräte, die eine große Anzahl von Merkmalen aufweisen, in einem breiten Bereich von Beatmungsmoden arbeiten, und die folglich nur zur Anwendung durch medizinisches Personal mit umfangreichem Beatmungstraining geeignet sind. Diese Versuche sind in einer Anzahl von erteilten US-Patenten beschrieben worden, wie z.B. den folgenden:
Das US-Patent Nr. 5211170 offenbart ein tragbares Not-Beatmungsgerät mit einem elektrisch angetriebenen Luftkompressor zur Erzeugung einer Luftströmung. Der Luftkompressor kann in einem von drei unterschiedlichen Moden betätigt werden, um drei unterschiedliche Arten pneumatischer Ausgaben zu erzeugen.
EP-A-0097060 zeigt die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Das US-Patent Nr. 4941469 und das verwandte US-Patent Nr. 4823787 offenbaren tragbare Beatmungseinheiten mit elektrisch angetriebenen, zyklisch betriebenen Zweiwegepumpen zum Versorgen eines Patienten mit Druckluft.
Die Beatmungsgeräte dieser Patente können in einer Anzahl von Beatmungsgerätmoden betrieben werden.
Das US-Patent Nr. 4905688 offenbart ein pneumatisch angetriebenes, tragbares, eigenständiges Beatmungs-/Wiederbelebungsgerät, das einen Feststoff-Sauerstoff-Generator anwendet, wie z.B. eine Chloratkerze. Das Beatmungs-/Wiederbelebungsgerät ist zur Anwendung durch Personal mit begrenztem Beatmungstraining entworfen und hat somit begrenzte Merkmale und Beatmungsmoden.
Das US-Patent Nr. 4651731 offenbart ein pneumatisch angetriebenes, tragbares, eigenständiges Beatmungs-/Wiederbelebungsgerät, das einen Feststoff-Sauerstoff-Generator anwendet, wie z.B. eine Chloratkerze. Das Beatmungs-/Wiederbelebungsgerät hat eine Anzahl anpassbarer Merkmale und verschiedene Ventilatormoden und ist zum Betrieb durch medizinisches Personal mit umfangreichem Beatmungstraining vorgesehen.
Diese vorbekannten Systeme haben viele Nachteile. Insbesondere können die minimal ausgestatteten Beatmungsgeräte zwar die Beatmung von schwer erkrankten Patienten aufrechterhalten, es fehlt ihnen aber an vielen der fortgeschrittenen Merkmale, die sich bei ausgeklügelteren Beatmungsgeräten finden. Diese Geräte haben eine begrenzte Nutzanwendung insofern, als sie nur für eine kurzzeitige Beatmung geeignet sind, wie sie während Transportsituationen notwendig wäre.
Demgegenüber sind die ausgeklügelteren Beatmungsgeräte allgemein kostspieliger, größer und erfordern zur Bedienung mehr Training als die minimal ausgestatteten Beatmungsgeräte. Infolgedessen sind die besser ausgestatteten Beatmungsgeräte in vielen Umgebungen für den praktischen Einsatz ungeeignet, wie z.B. bei einem medizinischen Lufttransport in Notfallabteilungen, während eines Transports innerhalb des Krankenhauses und in Krankenhäusern von Entwicklungsländern oder Dritte-Welt-Ländern.
Bei den vorbekannten Geräten, die mit einem Mikroprozessor gesteuert werden oder elektrisch angetriebene Gaszufuhren anwenden, kann ein Ausfall der Elektrizität zu einem nicht einsatzfähigen Beatmungsgerät führen. Demgegenüber fehlt es den vorbekannten Vorrichtungen, die pneumatisch angetrieben und gesteuert werden, an vielen der fortgeschrittenen Sicherheitseinrichtungen und Merkmale, die durch die Anwendung moderner Mikroprozessortechnologie verfügbar sind.
Außerdem erfordern diese vorbekannten Geräte die Initialparameter, wie z.B. ein Atemzugvolumen (V_τ), die Atemfrequenz (f) und die Einatmungs-Strömungsrate (V_i), die von dem Pflegepersonal eingegeben werden müssen. Diese Werte werden allgemein basierend auf dem Gewicht und dem Alter des Patienten bestimmt. In Notsituationen können die Schwierigkeit, das Gewicht eines Patienten genau zu bestimmen, sowie Fehler bei der Eingabe der Parameter zu ungeeigneten, ja sogar gefährlichen Beatmungsgerät-Einstellungen führen. Die vorbekannten Geräte stellen keine Sicherheitsmechanismen bereit, um solche Vorfälle zu vermeiden.
Abriss der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein hybrides, mikroprozessorgesteuertes Beatmungsgerät.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Beatmungseinheit bereitgestellt, mit:
einem elektronischen Hauptbeatmungs-Subsystem,
einem pneumatischen Hilfsbeatmungs-Subsystem,
wobei das pneumatische Hilfsbeatmungs-Subsystem während des Betriebs der elektronischen Hauptbeatmungseinheit inaktiv ist,
wobei das pneumatische Hilfsbeatmungs-Subsystem bei einem Ausfall des elektronischen Hauptbeatmungs-Subsystems einsatzbereit ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das pneumatische Hilfsbeatmungs-Subsystem eine unabhängige pneumatische Hilfsbeatmungseinheit mit Parameterverfolgung bzw. -nachführung aufweist.
Die Beatmungseinheit der vorliegenden Erfindung kann ein Hauptbeatmungs-Subsystem, ein Solenoid-Gaszuführventil mit mehreren Ausgängen (Moden) und ein Hilfsbeatmungs-Subsystem aufweisen. Das Hilfsbeatmungs-Subsystem kann ein pneumatisch betätigtes Ventil, eine Zeitgebereinheit, die mit dem pneumatische betätigten Ventil gekoppelt ist, zum Öffnen des pneumatisch betätigten Ventils in vorausgewählten Intervallen, sowie eine Strömungsraten-Steuervorrichtung, die mit dem pneumatisch betätigten Ventil zum Empfangen einer Ausgabe von dem pneumatisch betätigten Ventil verbunden ist, aufweisen. Das Solenoid-Gaszuführventil versorgt das Hauptbeatmungs-Subsystem unter einem ersten Satz von Betriebsbedingungen und versorgt das Hilfsbeatmungs-Subsystem unter einem zweiten Satz von Betriebsbedingungen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige, voll ausgerüstete Beatmungseinheit mit einem "Grundmodus" und "fortgeschrittenen Modus" bereitzustellen, die im Grundmodus durch Pflegepersonal mit begrenztem Beatmungstraining betätigt werden kann, und die im fortgeschrittenen Modus durch Fachpflegepersonal als vollausgestattetes Intensivstations-Beatmungsgerät betrieben werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät mit einem automatisierten Beatmungs-Einstellmerkmal zum automatischen Einstellen der Initialwerte des Atemzugvolumens (V_τ), der Atemfrequenz (f) und der Einatmungs-Strömungsrate (V_i), basierend auf der Körpergröße des Patienten bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät mit einem darin enthaltenen unabhängigen pneumatischen Hilfsbeatmungsgerät (BUV = Back-Up Ventilator) bereitzustellen. Im Fall eines elektrischen Stromausfalls oder eines Ausfalls des elektronischen Hauptbeatmungsgeräts arbeitet das Beatmungsgerät automatisch im Hilfsmodus bzw. Unterstützungsmodus, der lediglich pneumatische Leistung und die vor dem Ausfall eingestellten Beatmungsparameter anwendet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät mit einem elektrischen, stromunabhängigen Steuersystem zum Aufrechterhalten eines kontinuierlichen, positiven Luftwegdrucks (CPAP = Continous Positive Airway Pressure) bereitzustellen. Dieses Steuersystem hält den CPAP auf dem vor dem elektrischen Stromausfall oder dem Ausfall des elektronischen Hauptbeatmungsgeräts während eines BUV-Betriebs aufrecht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät mit einem BUV-Verriegelungs- bzw. Aussperrsystem bereitzustellen. Das Aussperrsystem verhindert einen Betrieb des BUV mit vorher eingestellten Beatmungsparametern während eines anfänglichen Hochfahrens der Beatmungseinheit.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beatmungseinheit mit einem Mechanismus zum anpassbaren Einstellen der Rate des Luftwegdruckanstiegs während einer druckunterstützten Beatmung (PSV = Pressure Support Ventilation) bereitzustellen. Dieser Mechanismus ermöglicht es, dass die Anstiegsrate, welche die Atemtätigkeit des Patienten am besten minimiert, automatisch kurz nach Aktivierung des PSV-Modus eingestellt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es; ein Beatmungsgerät mit einem Mechanismus zum Bereithalten von Gas während Zeiträumen, zu denen der Patient vom Beatmungsgerät getrennt ist, bereitzustellen.
Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät bereitzustellen, das automatisch Zunahmen und Abnahmen des atmosphärischen Drucks (Umgebungsdrucks) ausgleicht. Druckänderungen können sich beispielsweise aus der Verwendung des Beatmungsgeräts in großen Höhen ergeben, wie z.B. bei einem medizinischen Lufttransport, oder aus der Verwendung des Beatmungsgeräts in hyperbarischen Kammern bzw. Überdruckkammern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät mit einem Mechanismus zum automatischen Einstellen von Beatmungsparameterlimits bereitzustellen, die auf der Körpergröße des Patienten beruhen, und wodurch verhindert wird, dass ungeübte Anwender Beatmungsparameter einstellen, die für den Patienten gefährlich sein können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beatmungsgerät mit einem Mechanismus zum Einstellen von Beatmungsgerätalarmen, basierend auf der Körpergröße des Patienten bereitzustellen.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und gehen teilweise aus der Beschreibung hervor oder können durch die Umsetzung der Erfindung in die Praxis in Erfahrung gebracht werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung erhält man mittels der technischen Einrichtungen in Kombinationen, die speziell in den beigefügten Ansprüchen herausgestellt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen eine komplette Ausführungsform der Erfindung gemäß den besten Moden, die bisher für die praktische Nutzanwendung von deren Prinzipien in Erfahrung gebracht wurden, und in denen zeigen:
1 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Beatmungsgeräts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Darstellung des pneumatischen Systems des Beatmungsgeräts von 1,
3 eine graphische Darstellung des Luftwegdrucks als Funktion der Zeit bei dem Beatmungsgerät von 1 in dem gesteuerten mechanischen Beatmungsmodus (CMV = Controlled Mechanical Ventilation),
4 eine graphische Darstellung des Luftwegdrucks als Funktion der Zeit bei dem Beatmungsgerät von 1 in dem gesteuerten mechanischen Beatmungsmodus mit positivem End-Ausatmungsdruck (CMV-PEEP = Controlled Mechanical Ventilation with Positive End Expiratory Pressure),
5 eine graphische Darstellung des Luftwegdrucks als Funktion der Zeit bei dem Beatmungsgerät von 1 in dem kontinuierlichen positiven Luftwegdruck-Modus (CPAP = Continuous Positive Airway Pressure),
6 eine graphische Darstellung des Luftwegdrucks als Funktion der Zeit bei dem Beatmungsgerät von 1 in dem synchronisierten intermittierenden Zwangsbeatmungsmodus (SIMV = Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation Mode),
7 eine graphische Darstellung des Luftwegdrucks als Funktion der Zeit bei dem Beatmungsgerät von 1 in dem synchronisierten intermittierenden Zwangsbeatmungsmodus mit kontinuierlichem positiven Luftwegdruck (SIMV-CPAP),
8 eine graphische Darstellung des Luftwegdrucks, der Strömungsrate und des Atemzugvolumens bei dem Beatmungsgerät von 1 in dem druckunterstützten Beatmungsmodus (PSV),
9 eine graphische Darstellung des Luftwegdrucks als Funktion der Zeit bei dem Beatmungsgerät von 1 in dem synchronisierten intermittierenden Zwangsbeatmungsmodus mit kontinuierlichem positiven Luftwegdruck und druckunterstützter Beatmung (SIMV-CPAP-PSV),
10 eine graphische Darstellung des Luftwegdrucks als Funktion der Zeit bei dem Beatmungsgerät von 1 in dem druckgesteuerten Beatmungsmodus (PCV),
11 eine graphische Darstellung des Luftwegdrucks als Funktion der Zeit bei dem Beatmungsgerät von 1 in dem synchronisierten intermittierenden Zwangsbeatmungsmodus mit kontinuierlichem positiven Luftwegdruck und druckgesteuerter Beatmung,
12 ein Blockdiagramm zur Darstellung des elektrischen Systems des Beatmungsgeräts von 1,
13 ein Blockdiagramm zur Darstellung des Stromversorgungssystems des Beatmungsgeräts von 1
14 ein Blockdiagramm zur Darstellung des Anwender-Schnittstellensystems des Beatmungsgeräts von
1,
15 eine graphische Darstellung der Beziehung des Atemzugvolumens zur Körpergröße,
16 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Atmungsfrequenz und der Körpergröße,
17 eine graphische Darstellung eines langsamen Druckanstiegs während eines PSV bei einem Beatmungsgerät von 1,
18 eine graphische Darstellung eines mittleren Druckanstiegs während eines PSV bei dem Beatmungsgerät von 1,
19 eine graphische Darstellung eines schnellen Druckanstiegs bei dem Beatmungsgerät von 1,
20a–20e Ablaufdiagramme zur Darstellung des Betriebs des Beatmungsgeräts von 1.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Es wird nun auf die Figuren eingegangen, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente angeben, wobei in 1 eine Blockdiagramm-Darstellung eines allgemein durch die Bezugsziffer 30 bezeichneten Beatmungsgeräts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Das Beatmungsgerät umfasst ein pneumatisches System 32, ein elektrisches System 34, ein Anwender-Schnittstellensystem 36 und ein Stromversorgungssystem 38. Jedes dieser Systeme wird nachstehend dargelegt und beschrieben.
In 2 ist das pneumatische System 32 des Beatmungsgeräts von 1 dargestellt. Das pneumatische System 32 umfasst ein Hauptbeatmungs-Subsystem und ein Hilfsbeatmungs-Subsystem. Jedes dieser Subsysteme wird nachstehend beschrieben.
Im Betrieb wird dem pneumatischen System 32 von einer Gaszufuhr 40 zu einem Eingang eines Einweg-Rückschlagventils 42 Gas geliefert. Das Gas kann Luft, reiner Sauerstoff oder ein Gemisch hiervon sein. Die Gaszufuhr 40 liefert das Gas unter einem Druck, der zumindest ausreicht, um das Gas durch das System zu zwingen, um den pneumatischen Abschnitt des Systems zu betätigen und um dem Patienten Gas zuzuführen. Das Rückschlagventil 42 gestattet die Gasströmung nur in das pneumatische System 32 und nicht zurück zu der Gaszufuhr 40.
Es ist anzumerken, dass eine Modifikation des hier beschriebenen Beatmungsgeräts vorgenommen werden kann, um andere gewünschte Gase zuzuführen. Solche Modifikationen sind für den Durchschnittsfachmann bei der Gestaltung von Beatmungsgeräten aus der hier dargelegten Beschreibung ohne weiteres ersichtlich.
Das zugeführte Gas passiert das Rückschlagventil 42 und wird durch einen Präzisionsregler 44 aufgenommen, welcher den Eingangs-Zuführdruck auf einen stabilen Pegel herabregelt. Der Regler 44 ist erforderlich, da die Eingangsversorgungen von einer Stelle zur anderen in einer Krankenhausumgebung variieren. In der Ausführungsform von 2 arbeitet der Regler 44 so, dass er den aus dem Regler austretenden Gasdruck auf etwa 40 Pfund pro Quadratinch (PSIG = Pounds per Square Inch) regelt.
Die geregelte Gaszufuhr passiert dann ein Plenum 46, welches den Druck und die Strömungsrate des Gases stabilisiert. Variationen im Druck und der Strömungsrate könnten den Betrieb des Beatmungsgeräts 30 beeinflussen und könnten den Patienten schädigen. Das Volumen des Plenums 46 sollte so gewählt werden, dass es groß genug ist, um eine Dämpfung bzw. einen Ausgleich von Druckfluktuationen zu gewährleisten, und um sicherzustellen, dass genügend Gasvolumen vorhanden ist, um den erwarteten Strömungsraten-Spitzenbedarf zu decken, sollte aber so klein wie möglich sein, um den Raumbedarf zu verringern. In der Ausführungsform von 2 beträgt das Volumen des Plenums 46 etwa ein Liter.
In dem Plenum 46 ist ein Anschluss vorgesehen, so dass ein Druckwandler 48 angeschlossen werden kann. Der Druckwandler liefert ein Eingangssignal an die Beatmungssteuertafel 22, 12, welches den Druck im Plenum 46 angibt. Falls der Druck in dem Plenum 46 zu gering ist, sendet ein Mikroprozessor an der Beatmungssteuertafel 222, 12, ein Signal an die Anwender-Schnittstellen-Steuertafel 218, wobei sie einen Alarm 238 auslöst, um den Anwender darauf hinzuweisen, dass ein Problem stromauf des Plenums 46 besteht. Auf ähnliche Weise wird der Alarm ausgelöst, wenn der Druck zu hoch ist.
Das Plenum 46 hat zwei separate Ausgangsleitungen 50, 52. Es besteht eine konstante Gaszufuhr zu jeder der Ausgangsleitungen 50, 52. Die erste Ausgangsleitung 50 liefert eine Gaszufuhr für den BUV-Betrieb, den CPAP-Betrieb, und bietet eine Versorgung bei der Luftwegdruck-Abtastung. Jedes dieser Merkmale wird in näheren Einzelheiten nachstehend beschrieben. Die zweite Ausgangsleitung 52 des Plenums 46 liefert einem solenoidbetriebenen Dreiwegeventil 54 Gas.
Wenn das Dreiwegeventil 54 aktiviert ist, liefert es Gas an die Ausgangsleitung 56, die ihrerseits einem Proportionalströmungsteuerventil (PFCV = Proportional Flow Control Valve) 58 und einem solenoidbetriebenen Dreiwegeventil 60 eine Eingabe liefert. Wenn das Dreiwegeventil 54 nicht aktiviert ist, wird einer zweiten Ausgangsleitung 62 Gas geliefert. Die zweite Ausgangsleitung 62 liefert einem Selektorventil 64 des BUV-Subsystems, das innerhalb der gestrichelten Linien in 2 dargestellt und allgemein durch die Bezugsziffer 66 bezeichnet ist, der Gaszuführleitung 68 für die Schalter 70 und 72 sowie einem Bedarfsventil 74 Gas.
Das PFCV 58 wird durch einen Mikroprozessor an der Beatmungsgerät-Steuertafel 222, 12, gesteuert. Das PFCV 58 ist von Technocraft Inc., Palm Bay, Florida entworfen.
Aus dem PFCV 58 strömt Gas über ein Einwegventil zu einer Hauptgas-Ausgangsleitung 78. Die Hauptgas-Ausgangsleitung 78 liefert dem Patienten-Atmungskreislauf 80 Gas. Das Ventil 76 verhindert das Zurückströmen des Gases in das PFCV 58 während des BUV-Betriebs.
Ein Anschluss in der Hauptgas-Ausgangsleitung 78 ermöglicht die Verbindung eines solenoidbetriebenen Dreiwegeventils 82. Ein Drucksensor 84 ist mit dem normal offenen Ausgang des Ventils 82 verbunden. Der Sensor 84 liefert der Beatmungsgerät-Steuertafel 222, 12, ein Eingangssignal, das zur Bestimmung des Drucks an diesem Standort verwendet wird.
Das Ventil 82 wird zum Ausgleich einer Drift in dem Drucksensor 84 verwendet. In der Ausführungsform des pneumatischen Systems von 2 wird der Drucksensor 84 vor jedem Einsatz des Beatmungsgeräts und periodisch während des Betriebs auf atmosphärischen Druck zurückgestellt.
Im Fall des Ausfalls des Mikroprozessors oder der Elektrizität wird das Dreiwegeventil 54 nicht aktiviert und kehrt somit zu seinem normalen offenen Zustand zurück und führt der Ausgangsleitung 62 Gas zu. Das Beatmungsgerät arbeitet dann im BUV-Modus. Im BUV-Modus liefert die Ausgangsleitung 62 einem Selektorventil 64 Gas. Das Selektorventil 64 wurde während des Betriebs des Hauptbeatmungsmodus so eingestellt, dass es der Erwachsenen-Zeitgebereinheit 86 oder der Kinder-Zeitgebereinheit 88 Gas liefert.
Der Prozess, durch den das Selektorventil 64 eingestellt wird, ist wie folgt: wenn während der elektronischen Hauptbeatmung der Betrieb des Beatmungsgeräts so eingestellt wurde, dass ein Erwachsener beatmet wird, wird das solenoidbetriebene Dreiwegeventil 90 momentan aktiviert. Es wird dann über das Ventil 90 von der Ausgangsleitung 50 dem Selektorventil 64 Gas geliefert. Diese Gaszufuhr stellt das Selektorventil 64 auf eine Verbindung der Ausgangsleitung 62 mit dem Erwachsenen-Zeitgeber 86 ein.
Wenn andererseits der Ventilator auf die Beatmung eines Kindes als Patient eingestellt wurde, wird momentan ein solenoidbetriebenes Dreiwegeventil 92 aktiviert. Hierbei wird Gas über das Ventil 92 von der Ausgangsleitung 50 dem Selektorventil 64 geliefert. Diese Gaszufuhr stellt das Selektorventil 64 auf eine Verbindung der Ausgangsleitung 62 mit dem pädiatrischen Zeitgeber 88 ein.
Wenn das Selektorventil 64 durch momentanes Aktivieren eines der Ventile 90, 92 eingestellt worden ist, verbleibt es in der eingestellten Position bis zur Rückstellung durch Aktivieren des anderen Ventils 92 oder 90. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Selektorventil 64 ein Clippard-Selektorventil 302.
Die Erwachsenen-Zeitgebereinheit und die Kinder-Zeitgebereinheit 88 sind pneumatisch angetriebene Zeitgeber. Im Hilfsmodus treibt das durch das Selektorventil 64 zugeführte Gas entweder die Erwachsenen-Zeitgebereinheit 86 oder die Kinder-Zeitgebereinheit 88 an.
Wenn ein Erwachsener in durch die Zeitgebereinheit 86 bestimmten Intervallen beatmet wird, wird Gas zugeführt, um ein Ventil 70 zu öffnen. Wenn das Ventil 70 geöffnet ist, strömt Gas von einer Zuführleitung 68, die über die Ausgangsleitung 62 versorgt wird, durch das Ventil 70 in ein Rückschlagventil 84, von wo aus es dann einer Zuführleitung 96 geliefert wird.
Wenn andererseits ein Kind als Patient beatmet wird, wird während einer Hilfsbeatmung der pädiatrische Zeitgeber 88 in ausgewählten Intervallen einem Ventil 72 Gas zuführen, was eine Gasströmung von einer Zuführleitung 68 zu einem Rückschlagventil 98 ermöglicht, von wo es dann einer Zuführleitung 96 geliefert wird.
Die Gaszuführleitung 96 liefert einem Nadelventil 100 und dem Ventil 60 Gas. Das Nadelventil 100 bestimmt die Strömungsrate von Gas zu der Hilfsbeatmungsgerät-Ausgangsleitung 102, welches dann dem Atemkreislauf 80 über die Hauptgas-Ausgangsleitung 78 zugeführt wird. Das Nadelventil 100 wird während des Hauptbeatmungsmodus eingestellt, und bleibt dann, wenn das Beatmungsgerät gezwungen ist, im Hilfsbeatmungsmodus zu arbeiten, auf der letzten Einstellung vor dem Betrieb im Hilfsbeatmungsmodus.
Das Nadelventil 100 wird wie folgt eingestellt. Wenn das Beatmungsgerät in einem Hauptbeatmungsmodus arbeitet, stellt ein Schrittschaltmotor 104, der von dem Mikroprozessor an der Beatmungsgerät-Steuertafel 222, 12, gesteuert wird, das Nadelventil 100 ein. Die Initialeinstellung des Nadelventils 100 basiert auf einem Algorithmus, der die Körpergröße des Patienten zur Bestimmung des Atemzugvolumens benutzt. Dieser Algorithmus wird nachstehend in näheren Einzelheiten erläutert.
Das Bedarfsventil 74 ist mit einer Patienten-Bedarfsventil-Schnittstelle 108 versehen. Wenn das Beatmungsgerät in dem Hauptbeatmungsmodus arbeitet, hält auf der Zuführleitung 110 zugeführtes Gas das Bedarfsventil 74 in der geschlossenen Position, womit die Betätigung des Bedarfsventils 74 verhindert wird. Wenn es sich im Hilfsmodus befindet, wird über die Zuführleitungen 56, 110 kein Gas zugeführt, und somit kann das Bedarfsventil 74 arbeiten.
Während des Betriebs im Hilfsmodus kann der Gasbedarf des Patienten denjenigen übersteigen, der von dem Beatmungsgerät geliefert wird. Wenn der Patientenbedarf die Gaszufuhr von dem Hilfsbeatmungs-Subsystem 66 übersteigt, öffnet sich das Bedarfsventil 74 und gestattet eine Gasströmung direkt von der Ausgangs-Zuführleitung 62 zum Patienten über eine separate Zuführleitung 106.
Im folgenden wird der Betrieb des Ausatmungsventillade-Subsystems beschrieben, zunächst während des Betriebs in dem Hilfsbeatmungsmodus, und dann im Hauptbeatmungsmodus.
Wie oben beschrieben wurde, wird während des Betriebs im Hilfsmodus Gas in ausgewählten Intervallen auf der Zuführleitung 96 zu dem normalerweise offenen Anschluss des solenoidbetriebenen Dreiwegeventils 60 zugeführt. Während Gas auf der Leitung 96 zugeführt wird, durchläuft es das Ventil 60 zu einem Umleitventil 112, und bewirkt, dass das Umleitventil 112 die Ausatmungsventil-Ladeleitung 114 mit der Umleitventil-Zuführleitung 116 verbindet. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Umleitventil 112 ein Clippard-Ventil 305.
Das von dem Hilfsbeatmungs-Subsystem 66 der Zuführleitung 96 zugeführte Gas wird durch ein Nadelventil 118 im Druck gemindert und durch einen Präzisionsregler 120 geregelt. Während eines normalen Beatmungsgerätbetriebs ist ein Rückschlagventil 122 in dem Kreislauf vorgesehen, um ein Zurückströmen von Gas zu der Zuführleitung 96 zu verhindern. Das Gas wird ein zweites Mal durch ein Nadelventil 124 im Druck gemindert und über die Umleitventil-Zuführleitung 116 dem Umleitventil 112 geliefert, wo es zu der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114 hin abgezweigt wird.
Während der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114 von der Zuführleitung 116 Gas geliefert wird, wird ein Ausatmungsventil 126 geschlossen gehalten und stellt sicher, dass die Gasströmung auf der Hauptzuführleitung 78 zum Patienten gelangt.
Im folgenden wird der Betrieb des Ausatmungsventils 126 beschrieben. Während des Einatmens liefert das PFCV 58 einen Gasstrom zu der Hauptgas-Zuführleitung 78 und somit zum Patienten 128. Während dem Patienten 128 Gas zugeführt wird, wird auch der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114 Gas zugeführt, wodurch eine Blase 130 aufgeblasen wird und der Ausatmungsanschluss 132 des Ausatmungsventils 126 abgesperrt wird.
In dem BUV-Modus stellt das auf der Zuführleitung 96 zugeführte Gas sowohl die Gaszufuhr zum Patienten 128 her als es auch das Umleitventil 112 antreibt, um der Ausatmungs-Ladeleitung 114 Gas zu liefern, womit diese beiden Funktionen pneumatisch miteinander verknüpft sind.
In dem Hauptbeatmungsmodus steuert der Mikroprozessor der Beatmungsgerät-Steuertafel 222 sowohl das Proportional-Strömungsraten-Steuerventil 58 als auch das solenoidbetriebene Ventil 60. Der Mikroprozessor schließt den Ausatmungsanschluss 132 durch Aktivieren des Ventils 60, wenn Gas auf der Hauptgas-Zuführleitung 78 zugeführt wird.
Wenn eine Ausatmung erwünscht ist, stoppt die Zufuhr zu der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114, entweder weil der Mikroprozessor der Beatmungsgerät-Steuertafel 222 das Ventil 60 abschaltet oder weil das Hilfsbeatmungs-Subsystem 66 die Gaszufuhr auf der Zuführleitung 96 anhält. Wenn die Zufuhr zu der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114 anhält, entleert sich die Blase 130 und ermöglicht dem Patienten 128 ein Ausatmen aus dem Ausatmungsanschluss 132.
Wenn die Gaszufuhr auf der Zuführleitung 96 anhält, schaltet das Umleitventil 112 und trennt die Zuführleitung 116 von der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114. Ein Ablassventil 134 ist vorgesehen, um ein schnelles Schalten des Umleitventils 112 zu ermöglichen. Wenn der Druck an der Eingangszuführleitung 136 des Schnellablassventils 134 größer ist als an der Ausgangszuführleitung 138, bleibt das Ventil 134 geschlossen. Wenn der Druck an der Eingangszuführleitung 136 geringfügig unter den am Ausgang fällt, das heißt, wenn die Gasströmungsrate an der Zuführleitung 96 anhält, öffnet sich das Schnellablassventil 134 und treibt das Gas in der Zuführleitung 138 schnell aus, was das Schalten des Umleitventils 112 ermöglicht.
Während des Betriebs im Hauptbeatmungsmodus wird das Ventil 60 über die Zuführleitung 56 mit Gas versorgt. Wenn der Mikroprozessor der Beatmungsgerät-Steuertafel 222, 12, das Ventil 60 aktiviert, strömt Gas in das Umleitventil 112 und der Kreislauf arbeitet, wie es oben mit Bezug auf den Betrieb im Hilfsmodus beschrieben wurde. Das auf der Zuführleitung 116 zugeführte Gas wird nun durch das Nadelventil 140 geschickt. Ein Rückschlagventil 142 ist vorgesehen, um ein Zurückströmen von Gas in die Zuführleitung 56 während des BUV-Betriebs zu vermeiden.
Eine mit einem Anschluss an der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114 verbundene Öffnung 144 ist zur Umgebungsluft nebengeschlossen. Diese Öffnung 144 liefert einen konstanten Druckablass in der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114, wenn dieser Druck atmosphärischen Druck überschreitet.
Während einer spontanen Beatmung entleeren sich die Lungen beim Ausatmen infolge einer Fluidschicht auf den Lungen nicht vollständig. Eine Verletzung oder eine Krankheit kann manchmal die Fähigkeit eines Patienten behindern, diese Schicht zu erzeugen, und somit kann es notwendig oder erwünscht sein, einen kontinuierlichen positiven Luftwegdruck (CPAP) bereitzustellen, um das vollständige Entleeren der Lungen zu vermeiden.
Bei dem Beatmungsgerät der vorliegenden Erfindung wird ein CPAP während eines Betriebs im Hauptbeatmungsmodus und Hilfbeatmungsmodus auf der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114 bereitgestellt. Wenn CPAP erwünscht ist, wird Gas auf einer Ausgangszuführleitung 50 über ein Nadelventil 146 zu einem integralen Venturi-Rohr (auch als Ausstoß- oder Strahlpumpe bekannt) 148 gefördert. Während eines Hauptbeatmungsmodus stellt ein Schrittschaltmotor 150, der durch den Mikroprozessor an der Beatmungsgerät-Steuertafel 222, 12, gesteuert wird, das Nadelventil 46 zur Steuerung der Gaszufuhr zu dem integralen Venturi-Rohr 148 ein.
Die Gaszufuhr zu dem integralen Venturi-Rohr 148 von dem Nadelventil 146 bewirkt, dass Außenluft in das integrale Venturi-Rohr 148 und zu der Zuführleitung 152 strömt. Die Zuführleitung 152, die mit der Ausatmungsventil-Ladeleitung 114 während des Ausatmens verbunden ist, liefert der Blase 130 eine kontinuierliche Versorgung mit einem voreingestellten CPAP-Pegel. Somit kann der Patient 128, während CPAP bereitgestellt wird, nur bis zu dem voreingestellten CPAP-Pegel ausatmen.
Falls ein Mikroprozessorausfall oder ein elektrischer Ausfall besteht, und damit das Beatmungsgerät zu einem Hilfsmodus umschaltet, verbleibt das Nadelventil 146 auf der zuletzt eingegebenen Einstellung, bevor das Beatmungsgerät auf den Hilfsmodus umschaltet.
In dem pneumatischen System ist auch eine Luftwegdruck-Sensorleitung 154 vorgesehen. Die Drucksensorleitung 154 ist mit dem Atemkreislauf 80 an einem Anschluss 156 verbunden. Die Drucksensorleitung 154 enthält auch einen Anschluss, der den Anschluss eines solenoidbetriebenen Dreiwegeventils 158 gestattet. Ein Drucksensor 160, der mit dem gemeinsamen Ausgang des solenoidbetriebenen Dreiwegeventils 158 verbunden ist, wird zur Bestimmung des Drucks im Luftweg des Patienten benutzt.
Das Ventil 148 wird zum Ausgleich einer Drift in dem Drucksensor 160 eingesetzt. In der Ausführungsform des pneumatischen Systems von 2 wird der Drucksensor 160 vor jedem Einsatz des Beatmungsgeräts und periodisch während des Betriebs auf atmosphärischen Druck zurückgestellt.
Das Beatmungsgerät der vorliegenden Erfindung ist mit einem Gaseinsparmerkmal versehen, um einen Gasverlust während der Verbindungstrennung des Atemkreislaufs 80 während eines CPAP-PCV- und/oder-PSV-Betriebs. Dieses Merkmal ist von besonderem Nutzen, während das Beatmungsgerät in einer Transportumgebung arbeitet, in der eine Gasversorgung beschränkt ist. Während Zeiträumen, in denen der Atemkreislauf 80 von dem Beatmungsgerät getrennt ist bzw. wird, wie z.B. bei einer Luftwegansaugung, kann es zu einer erheblichen Gasverschwendung kommen, wenn das Beatmungsgerät die Gasströmungsrate erhöht, um den CPAP-Druck zu testen und aufrechtzuerhalten.
Wenn beim Beatmungsgerät der vorliegenden Erfindung ein Patient vom Gerät getrennt wird, fällt der Luftwegdruck infolge der Verbindungstrennung, wobei die Druckänderung durch den Druckwandler 160 abgefühlt wird und an den Mikroprozessor der Beatmungsgerät-Steuertafel übermittelt wird. In Reaktion auf diese Druckänderung befiehlt der Mikroprozessor der Anwender-Schnittstellentafel 218, ein Alarmsignal 238 abzugeben, und betätigt das solenoidbetriebene Ventil 60 und den PFCV 58, um kurze Gasstöße abzugeben, bis es zu einem Druckanstieg bei einem der Gasstöße kommt. Dieses Merkmal verlängert die Lebensdauer von Druckgaszylindern, die während eines Transports verwendet werden, erheblich.
Die Luftwegdruck-Abtastleitung 154 wird mit einer kleinen Gasströmungsrate von der Versorgungsleitung 50 über ein Nadelventil 162 versorgt. Diese Spülströmungsrate wird bereitgestellt, um die Luftwegdruck-Abtastleitung 154 von Verstopfungen freizuhalten.
In der bevorzugten Ausführungsform des pneumatischen Systems der 2 kann das PFCV 58 so betätigt werden, dass es eine Ausgangs-Gaszufuhr in einem von neun Beatmungsmoden liefert. Jeder dieser Beatmungsmoden wird nachstehend mit Bezug auf 3 bis 11 beschrieben.
Der erste Beatmungsmodus, der in 3 dargestellt ist, ist die gesteuerte mechanische Beatmung (CMV = Controlled Mechanical Ventilation). Bei dem CMV-Modus arbeitet das Beatmungsgerät mit einer vorgewählten Beatmungsgerätrate, einem Atemzugvolumen und einer Einatmungs-Strömungsrate, die unabhängig von der spontanen Anstrengung seitens des Patienten sind. Ein Spitzenaufblasdruck 164 wird erzeugt, der umgekehrt zu der Formanpassung und direkt mit dem Widerstand variiert.
Der zweite Beatmungsmodus, der in 4 dargestellt ist, ist eine gesteuerte mechanische Beatmung mit positivem End-Ausatmungsdruck (CMV-PEEP = Controlled Mechanical Ventilation with Positive End Expiratory Pressure). Bei dem CMV-PEEP-Modus erzeugt das Beatmungsgerät einen positiven Atmungsdruck mit einem Spitzenaufblasdruck 166, dem ein Abfall im Luftwegdruck auf ein vorher ausgewähltes positives Druckplateau 168 folgt; der Luftwegdruck geht nicht auf Null zurück.
Der in 5 dargestellte dritte Beatmungsmodus ist ein kontinuierlicher positiver Luftwegdruck (CPAP = Continous Positive Airway Pressure). In dem CPAP-Modus wird ein positiver Luftwegdruck 170 kontinuierlich bei einer spontanen Beatmung aufrechterhalten. In diesem Modus wird der Patient nicht mechanisch beatmet unterstützt.
Der in 6 dargestellte vierte Beatmungsmodus ist eine synchronisierte, intermittierende Zwangsbeatmung (SIMV = Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation). Bei dem SIMV-Modus kann der Patient nach Wunsch spontan atmen, und es wird eine mechanische Aufblasung in vorgewählten Intervallen vorgenommen. Die SIMV-Rate ist die Beatmungsgerätrate. Zwischen SIMV-Atemzügen 172 inhaliert 714 und exhaliert 176 der Patient spontan über das PFCV 58 des Beatmungsgeräts.
Der in 7 dargestellte fünfte Beatmungsgerätmodus ist eine synchronisierte intermittierende Zwangsbeatmung mit kontinuierlichem positivem Luftwegdruck (SIMV-CPAP). In dem SIMV-CPAP-Modus kann der Patient nach Wunsch spontan auf einem vorgewählten Pegel des CPAP 178 atmen. Zwischen SIMV-Atemzügen 180 inhaliert 182 und exhaliert 184 der Patient spontan über das PFCV 58 des Beatmungsgeräts. In diesem Modus werden SIMV-Atemzüge 180 in voreingestellten Intervallen geliefert.
Der in 8 dargestellte sechste Beatmungsgerätmodus ist eine druckgestützte Beatmung (PSV = Pressure Support Ventilation). In dem PSV-Modus ist das Beatmungsgerät patientengetriggert auf "EIN" 186 und fährt in der Inhalationsphase bis zu einem vorgewählten positiven Druckziel fort. Solange die Anstrengung des Patienten aufrecht erhalten wird, bleibt der vorgewählte Luftwegdruck konstant 188 mit einer variablen Strömungsrate von Gas 190 aus dem Beatmungsgerät. Die Inhalation schaltet auf "AUS", wenn die Einatmungs-Strömungsrate des Patienten bis auf einen vorbestimmten Prozentsatz 192 der anfänglichen mechanischen Spitzeneinatmungs-Strömungsrate abnimmt. Das Beatmungsgerät wird somit in der Strömungsrate geschaltet, und zwar der auftretenden passiven Exhalation folgend. Bei PSV hängen die Spitzeneinatmungs-Strömungsrate, die Strömungsraten-Wellenform, das Atemzugvolumen und die Luftwegdruck-Kontur von dem Atmungsmuster des Patienten ab. Das Atemzugvolumen wird durch den PSV-Pegel der Einatmungsanstrengung des Patienten, die Gesamt-Formanpassung und den Gesamt-Widerstand bestimmt.
Der in 9 dargestellte siebte Beatmungsgerätmodus ist eine synchronisierte intermittierende Zwangsbeatmung mit kontinuierlichem positivem Luftwegdruck und druckunterstützter Beatmung (SIMV-CPAP-PSV). In dem SIMV-CPAP-PSV-Modus werden SIMV-Atemzüge 194 während regelmäßiger voreingestellter Intervalle geliefert. Zwischen SIMV-Atemzügen 194 empfängt der Patient PSV 196, 198 bei spontan initiierten Atemzügen. Während des Ausatmens bei SIMV-Atemzügen und PSV-Atemzügen nimmt der Luftwegdruck auf ein voreingestelltes CPAP-Niveau 200 ab.
Der in 10 dargestellte achte Beatmungsgerätmodus ist eine druckgesteuerte Beatmung (PCV = Pressure Controlled Ventilation). In dem PCV-Modus ist das Beatmungsgerät patientengetriggert oder durch Zeitinitiierung auf "EIN" 202, was auch immer zuerst vorkommt, und fährt in der Inhalationsphase bis auf ein vorgewähltes positives Drucklimit 204 fort. Solange die Anstrengung des Patienten aufrechterhalten wird, bleibt der vorgewählte Luftwegdruck konstant 204, mit einer variablen Gasströmungsrate von dem Beatmungsgerät. Die Inhalation schaltet auf "AUS" 206, wenn die vorgewählte Einatmungszeit 208 verstrichen ist. Das Beatmungsgerät wird somit je nachdem, welche passive Ausatmung erfolgt, zeitgesteuert. Bei PCV hängen die Spitzeneinatmungs-Strömungsrate, die Strömungsraten-Wellenform, das Atemzugvolumen und die Luftwegdruck-Kontur von dem Atmungsmuster des Patienten ab. Das Atemzugvolumen wird durch den PCV-Pegel, die Einatmungsanstrengung des Patienten, die Gesamt-Formanpassung und den Gesamt-Widerstand bestimmt.
Der in 11 dargestellte neunte Beatmungsgerätmodus ist eine druckgesteuerte Beatmung kombiniert mit einem kontinuierlichen positiven Luftwegdruck (PCV-CPAP). In dem PCV-CPAP-Modus werden Atemzüge 210, 212 mit positivem Druck in dem PCV-Modus nach obiger Beschreibung geliefert. Während des Ausatmens der PCV-Atemzüge nimmt der Luftwegdruck auf das voreingestellt CPAP-Niveau 214 ab.
Bei dem Beatmungsgerät der Ausführungsform von 1 können mehrere der oben beschriebenen Moden abgestellt werden, so dass das Beatmungsgerät als minimal ausgestattetes Transport-Beatmungsgerät arbeitet. Insbesondere arbeitet im Basismodus das Beatmungsgerät nur in dem SIMV-CPAP-Modus. In diesem Modus wird eine Obergrenze für CPAP bereitgestellt, die wesentlich geringer ist als das normal zulässige CPAP-Niveau. In der Ausführungsform des Beatmungsgeräts von 1 kann das CPAP-Niveau so eingestellt werden, dass es einen positiven Druck im Bereich von 0 bis 5 cm Wassersäule (cm H₂O) liefert.
In dem erweiterten Modus kann eine Beatmung in jedem der oben beschrieben neun Moden bereitgestellt werden. Die Obergrenze bei CPAP im erweiterten Modus kann im wesentlichen über die im Basismodus zulässige eingestellt werden. In der Ausführungsform des Beatmungsgeräts von 1 kann CPAP so eingestellt werden, dass es einen positiven Druck von 0 bis 30 cm H₂O liefert.
Das elektrische System 216, 12, der Beatmungsgerätvorrichtung der Ausführungsform von 1 besteht aus einem Anwender-Schnittstellensystem, einem Stromversorgungssystem und einem Beatmungsgerät-Steuersystem.
Das Anwender-Schnittstellensystem umfasst die Anwender-Schnittstellen-Steuertafel 218, die LCD-Treiber enthaltende Anwender-Schnittstellen-Anzeigetafel 220, alphanumerische LCD-Anzeigen 236, Alarmanzeigen 238, Schalter 240 und eine Mehrzweck-Skalenscheibe.
Das Stromversorgungssystem umfasst eine Stromversorgung, und eine Batterieladeplatte 224 liefert Energie über eine Leitung 226 für alle Energieanforderungen der elektronischen Einrichtungen und der elektrisch gesteuerten pneumatischen Einrichtungen des Beatmungsgeräts. Die Stromversorgung kann über eine Batterie 228 oder über externen Wechselstrom- oder Gleichstrom-Versorgungsgeräten 230 laufen. Das Stromversorgungssystem muss in der Lage sein, über einen breiten Bereich von weltweit verfügbaren Wechselstrom-Spannungsversorgungen zu arbeiten.
Die Beatmungsgerät-Steuertafel 222 steuert die gesamte Betriebslogik des Beatmungsgeräts. Als solche steuert die Beatmungsgerät-Steuertafel 222 den Betrieb des Proportional-Strömungsraten-Steuerventils 58, der solenoidbetriebenen Ventile 54, 60, 82, 90 und 158 (kollektiv 242, 12), der Druckwandler 48, 84 und 960 (kollektiv 244, 12) und die Einstellungen des Hilfsbeatmungsgeräts 66.
Das elektrische System 216 des Beatmungsgeräts steht über Laufzeitüberwachungs-/Rückstellleitungen 232, 234 mit der Stromversorgungs- und Ladetafel 224 in Verbindung, um eine gemeinsame Laufzeitüberwachungsschaltung bereitzustellen. Die Stromversorgungstafel 224 enthält einen Mikroprozessor, welcher die Stromversorgungspegel überwacht und überprüft, ob die Anwender-Schnittstellen-Steuertafel 218 und die Beatmungsgerät-Steuertafel 222 die Laufzeitüberwachung richtig zurückstellen. Falls die Stromversorgung über die Toleranzgrenzen hinausgeht oder falls entweder die Beatmungsgerät-Steuertafel 222 oder die Anwender-Schnittstellen-Steuertafel 218 die Laufzeitüberwachung nicht vor dem Time-Out-Intervall zurückstellen, unterbricht der Mikroprozessor der Stromversorgungs- und Ladetafel 224 die Stromversorgung des elektrischen Systems 216 und schaltet auf den Hilfsbeatmungsmodus um.
Das Stromversorgungs-Subsystem 38, 13, enthält einen Stromversorgungsmonitor 248, welcher die Spannung, den Strom und die Temperatur der Batterie 228 sowie die Spannungen der 5-Volt-Versorgung 250, der positiven 12-Volt-Versorgung 252 und der negativen 12-Volt-Versorgung 254 überwacht und Statusanzeiger liefert, falls die Batterie 228 oder irgendeiner der Gleichstromausgänge 250, 252, 254 die normalen Toleranzwerte über- oder unterschreitet.
Ein Batterielader 256 lädt die Batterie 228 und betreibt das Beatmungsgerät gleichzeitig. Der Batterielader 256 enthält auch einen Monitor, welcher die Batterie 228 überwacht und dem Mikroprozessor 258 Signale liefert, welche die Restkapazität der Batterie angeben.
Die Stromversorgungs- und Ladeplatte 224 enthält einen sog. Debug-Port bzw. Fehlerbeseitigungsanschluss 260 zur Verwendung bei der Bedienung des Stromversorgungs-Subsystems 38.
Das Anwender-Schnittstellensystem 36, 14, umfasst einen Mikroprozessor 262, ein EPROM 264, ein RAM 266, eine Tastaturlogik-Vorrichtung 268, eine Logikvorrichtung 270 eines optischen Potentiometers, einen Mikroüberwacher 272, ein Fehlerbeseitigungs-Terminal 274 und eine Mehrzweck-Wählscheibe 276.
Der Mikroprozessor der Anwender-Schnittstellen-Steuertafel 218 steht in Verbindung mit der Beatmungsgerät-Steuertafel 222 über eine serielle Mulitprozessor-Kommunikationsleitung 246. Eine Fehlererfassung empfangener Information wird an jeder Steuertafel, beispielsweise mittels eines zyklischen Redundanzcodes geliefert. Ein einfaches ACK-/NACK-Protokoll kann eingesetzt werden, um eine Wiederübertragung fehlerhafter Datenblocks zu vermitteln.
Die Anwender-Schnittstellen-Anzeigetafel 220, 12, steuert die Anzeige der aktuellen Beatmungsgerät-Einstellungen, Nachrichten, Alarme und ermöglicht es dem Anwender, diese Einstellungen zu variieren. In der Ausführungsform von 1 werden individuelle numerische LCD-Anzeigen 236 für das Atemzugvolumen, die Rate, die Strömungsrate, die Sensibilität, CPAP, PSV/PCV, die Länge, PIP, den Hochdruckalarm und Niederdruckalarm bereitgestellt. Die Einatmungszeit und das Einatmungs-Ausatmungsverhältnis bzw. I : E-Verhältnis teilen sich eine gemeinsame Anzeige. Die hörbaren Warnsignale, die am Beatmungsgerät der Ausführungsform von 1 vorgesehen sind, umfassen eine Warnung bei Apnoe bzw. Atemstillstand, Hochdruck, Niederdruck, Verbindungstrennung, Druckwandlerfehler und I : E-Verhältnis.
Die Anwender-Schnittstellen-Steuertafel 218, 12, enthält ein Debug-Terminal 274 zur Anwendung bei der Bedienung des Anwender-Schnittstellensystem-Subsystems 36.
Die Anwender-Schnittstellen-Steuertafel 218 enthält auch Algorithmen zum Einstellen von Initialparametern für das Atemzugvolumen, die Rate und das I : E-Verhältnis, basierend auf der Körpergröße des Patienten. Außerdem setzt die Anwender-Schnittstellen-Steuertafel 218 automatisch Beatmungsgerät-Parametergrenzen, PSV-Volumengrenzen und Alarmsignale basierend auf der Körpergröße des Patienten.
Traditionell beruht die Einstellung des Atemzugvolumens bei einem Beatmungsgerät auf dem Netto-Körpergewicht eines Patienten. In typischen Situationen wird das Atemzugvolumen mit 10 Millimetern (mL) von Volumen pro Kilogramm (kg) des Netto-Körpergewichts berechnet.
Vor einer mechanischen Beatmung sollte der Patient gewogen werden, um das Atemzugvolumen angemessen einzustellen. In der klinischen Praxis jedoch, insbesondere in Notsituationen, ist es schwierig oder unmöglich, den Patienten zu wiegen. Das Netto-Körpergewicht muss in diesen Situationen geschätzt werden. In Situationen, bei denen das Körpergewicht leicht verfügbar ist, kann immer noch eine Einschätzung des Netto-Körpergewichts erforderlich sein, da das Atemzugvolumen auf dem Netto-Körpergewicht eines Patienten beruht und nicht auf seinem Gesamtkörpergewicht. Fehler in der Einschätzung des Netto-Körpergewichts können möglicherweise zu einer Hypo- (Unter-) oder Hyper- (Über-) Inflation führen, wobei der letztere Zustand für ein pulmonales Barotrauma prädisponiert.
Auf ähnliche Weise wird die Beatmungsgerätrate in bestimmter Hinsicht subjektiv basierend auf der Erfahrung des Krankenhauspersonals geschätzt. Da eine geringfügige Beatmung gleich dem Atemzugvolumen mal Beatmungsgerätrate ist, kann es zu einer unangemessenen Auswahl der Beatmungsgerätrate und damit der geringfügigen Beatmung kommen, wenn die Beatmungsgerätrate in ungeeigneter Weise eingestellt ist, was möglicherweise zu einer Hypo- oder Hyper-Beatmung führt, die ihrerseits zu Säure-Basen-Störungen bei der Atmung und zu physiologischen Anormalitäten führen kann.
Ungeübtes Krankenhauspersonal mit minimaler Erfahrung bei der Behandlung von Patienten mit Atemfehlern laufen ein größeres Risiko, das Beatmungsgerät unangemessen einzustellen, was zu den vorgenannten Problemen führt. Eine sicherere Lösung besteht darin, das Atemzugvolumen und die Beatmungsgerätrate auf objektive Kriterien einzustellen, speziell, wenn ein Beatmungsgerät von ungeübtem Krankenhauspersonal benutzt wird.
In einer Untersuchung mit anästhesierten, apnotischen Patienten, die eine mechanische Beatmung erhielten, wurde bestimmt, dass die Körpergröße und der Körper-Oberflächenbereich mit dem Netto-Körpergewicht vergleichbare Prädiktoren des Atemzugvolumens sind. Ferner stellte sich heraus, dass Körpergröße und Oberflächenbereich bessere Prädiktoren der Beatmungsgerätrate liefern als das Netto-Körpergewicht.
In 15 sind als Funktion der Körpergröße Datenpunkte 278 aufgetragen, welche die idealen Atemzugvolumeneinstellungen für 95 beobachtete Patienten darstellen. Aus diesen Datenpunkten wurde eine polynome Regressionsanalyse durchgeführt, um die polynome Regressionslinie 280 zu bestimmen, welche am besten zu den Daten passt. Die Ergebnisse dieser Analyse sind nachstehend in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1: Beta-Koeffizient-Tabelle
Aus den Daten wurde das folgende Polynom zur Einschätzung des Atemzugvolumens basierend auf der Körpergröße entwickelt (X = Körpergröße in Zentimetern). ATEMZUGVOLUMEN (L) = 0,21 + 0,0037 X + 0,0000108 X2
Auf ähnliche Weise sind in 16 als Funktion der Körpergröße Datenpunkte 282 aufgetragen, welche die idealen Beatmungsgerätrateneinstellungen für 95 beobachtete Patienten darstellen. Die sich aus der polynomen Regressionsanalyse ergebenden Daten, die zur Bestimmung der polynomen Regressionslinie 284 verwendet wurde, welche am besten zu den Daten passt, ist nachstehend in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2: Beta-Koeffizient-Tabelle
Aus diesen Daten wurde das folgende Polynom zur Einschätzung der Beatmungsgerätrate basierend auf der Körpergröße entwickelt (X = Körpergröße in Zentimetern). RATE (ATEMZÜGE/MINUTE) = 40,59 – 0,36 X + 0,000996 X2
Eine korrelierte Prädiktionsanalyse wurde verwendet, um die physiologische Voraussagbarkeit einer zufriedenstellenden Einschätzung des Atemzugvolumens und der Beatmungsrate jeweils aus der Körperlänge, dem Körper-Oberflächenbereich und dem Körpergewicht zu bestimmen. Eine gute physiologische Voraussagbarkeit ergab sich, wenn der r²-Wert in den Bereich von 0,64 bis 0,81 fällt. Die r²-Werte für das Atemzugvolumen und die Beatmungsrate als Funktion der Körpergröße ergaben jeweils 0,71 bzw. 074. Die r²-Werte für das Atemzugvolumen und die Beatmungsrate als Funktion des Körper-Oberflächenbereichs ergaben 0,74 bzw. 0,71. Für das Atemzugvolumen und die Beatmungsrate als Funktion des Körpergewichts wurden jeweils 0,73 bzw. 0,62 ermittelt.
Aus den r²-Berechnungen wurde ermittelt, dass die Anwendung der Körpergröße oder des Oberflächenbereichs zur Bestimmung des Atemzugvolumens vergleichbare Ergebnisse zu denjenigen bei Anwendung des Körpergewichts ergibt. Die r²-Werte geben jedoch an, dass die Körpergröße und der Körper-Oberflächenbereich einen besseren Prädiktor der Beatmungsrate liefern als das Körpergewicht.
Bei dem Beatmungsgerät der vorliegenden Erfindung wird die Körpergröße verwendet, um Initialeinstellungen für das Atemzugvolumen und die Beatmungsrate zu berechnen, da die Körpergröße einen entscheidenden Vorteil insofern bietet als sie leichter zu bestimmen ist als der Körper-Oberflächenbereich.
Wenn im Basismodus gearbeitet wird, wird die Körpergröße bestimmt und durch die Bedienungskraft über Schalter 240, 12, in das Beatmungsgerät eingegeben. Diese Information wird der Software bereitgestellt, in der Algorithmen zum Implementieren der Polynome zur Berechnung des Atemzugvolumens und der Beatmungsrate aus der Körpergröße programmiert sind und die diese Information anwendet, um die Initialeinstellungen für das Atemzugvolumen und die Beatmungsrate zu bestimmen.
Die Erfindung wurde zwar hinsichtlich der manuellen Eingabe der Körpergröße beschrieben, es ist jedoch anzumerken, dass Beatmungsgeräte gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert werden können, welche Mechanismen zum automatischen Bestimmen und Eingeben dieser Information aufweisen. Als Beispiel wird angegeben, dass Ultraschallmessgeräte, Laser, eingebaute Bandspulen, die mit einem elektronischen Potentiometer verbunden sind oder dgl., angewandt werden können, um die Körpergröße des Patienten zu bestimmen.
Zusätzlich zur Einstellung des Atemzugvolumens und der Beatmungsrate basierend auf der Körperlänge basieren auch Limits für die Beatmungsparameter auf der Körpergröße des Patienten. Bei herkömmlichen Beatmungsgeräten ist es ungeübten Anwendern möglich, die Beatmungsparameter wie zum Beispiel Druckpegel in den PSV- und PCV-Moden einzustellen, die zu hoch für den Patienten sind. Durch Aufnahme von Algorithmen zur Bestimmung von Grenzwerten für die Beatmungsparameter, basierend auf der Körpergröße des Patienten, können diese möglicherweise gefährlichen Situationen vermieden werden. Auf ähnliche Weise ist bei dem Beatmungsgerät der Ausführungsform von 1 die Beatmungsgerät-Steuertafel 222 mit Algorithmen zum Einstellen der Beatmungsalarme, basierend auf der Körpergröße des Patienten, programmiert. Bei der Bereitstellung einer mechanischen Beatmung ist es wesentlich, dass die Beatmungsparameter angemessen sind. Ein Aussperrmechanismus ist in dem Beatmungsgerät der vorliegenden Erfindung vorgesehen, um zu verhindern, dass beim Betrieb des Hilfsbeatmungs-Subsystems 66, 2, ungeeignete Beatmungsparameter verwendet werden.
Es könnte ein Betrieb mit ungeeigneten Einstellungen vorkommen, wenn nach der Verbindungstrennung von Gas und der Versorgung mit Elektrizität die Gaszufuhr mit dem Beatmungsgerät vor der Verbindung mit der elektrischen Stromversorgung verbunden wird. Bei diesem Szenario arbeitet das Hilfsbeatmungsgerät, falls die Hilfsbeatmungsgerät-Parametereinstellungen, die bei einem vorherigen Patienten eingestellt wurden, beibehalten werden, mit diesen Parametern.
Bei dem Hilfsbeatmungsgerät-Aussperrmechanismus wird der Mikroprozessor der Beatmungsgerät-Steuertafel, wenn der Anwender das Beatmungsgerät abschaltet, den Schrittschaltmotor 104 betätigen, um das Nadelventil 100 zu versperren. Falls das Beatmungsgerät bewegt wird und dann die Gaszufuhr vor der Verbindung der Stromversorgung verbunden wird, arbeitet das Hilfsbeatmungsgerät zwar, ist aber nicht in der Lage, der Hilfsbeatmungsgerät-Ausgangsleitung 102 Gas zu liefern.
Es besteht auch eine Möglichkeit, dass nach einem elektrischen Stromausfall eine Betätigung eines Hilfsbeatmungsgeräts erfolgt ist, wobei das Beatmungsgerät vor der Wiederherstellung der elektrischen Stromversorgung unterbrochen wird. Bei diesem Szenario bleiben die Hauptbeatmungs- und Hilfsbeatmungs-Geräteinstellungen diejenigen des vorhergehenden Patienten.
Für das obige Szenario ist ein Aussperrmechanismus in der Form einer Überprüfungssequenz vorgesehen, die befolgt werden muss, bevor das Beatmungsgerät vom Hilfsbeatmungsmodus zum Hauptbeatmungsmodus umschaltet. Dieser Aussperrmechanismus erfordert, dass der Anwender überprüft, ob das Beatmungsgerät an den gleichen Patienten angeschlossen ist, an den es vor dem elektrischen Stromausfall angeschlossen war, bevor das Beatmungsgerät auf den Hauptbeatmungsmodus zurückschaltet.
Wenn das Beatmungsgerät nach Wiederaufnahme der elektrischen Stromversorgung wieder angeschaltet wird, fordert die LCD-Anzeige 236, 12, sowie ein hörbares Warnsignal 238 den Anwender dazu auf, über Schalter 240 Information einzugeben, die besagt, dass das Beatmungsgerät mit dem gleichen Patienten wie vor dem Stromausfall verbunden ist. Die Information wird an den Mikroprozessor der Beatmungsgerät-Steuertafel 222 übertragen, weil die Daten dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob das Beatmungsgerät auf den Hauptbeatmungsmodus zurückschalten kann oder nicht.
Falls der Mikroprozessor der Beatmungsgerät-Steuertafel 222 durch die Eingabeinformation bestimmt, dass das Beatmungsgerät nicht mehr mit dem gleichen Patienten verbunden ist, bleibt der Hauptbeatmungsmodus außer Kraft gesetzt, das BUV wird außer Kraft gesetzt, indem die Strömung auf Null gestellt wird, und der Mikroprozessor der Beatmungsgerät-Steuertafel 222 fordert den Anwender auf, die neue Körpergröße in die Schnittstellen-Steuertafel 218 einzugeben.
Eine bei dem Beatmungsgerät der vorliegenden Erfindung enthaltene Verbesserung besteht darin, dass die Anstiegsrate während einer druckunterstützten Beatmung angepasst werden kann. Eine Übereinstimmung zwischen der Atemarbeit des Patienten (WOB = Work of Breathing) und der Anstiegsrate des Drucks während der druckunterstützten Beatmung ist ermittelt worden.
Es hat sich herausgestellt, dass WOB umgekehrt zum Druckanstieg variiert, und zwar je schneller die Anstiegsrate, umso niedriger ist das WOB und umgekehrt, je langsamer die Anstiegsrate, umso höher ist das WOB.
Wenn die Anstiegsrate bei dem Einatmungsdruck von einer langsamen Anstiegsrate 286, 17, zu einer Zwischenanstiegsrate 288, 18, ansteigt, erfolgt eine entsprechende Reduktion im WOB. Auf ähnliche Weise, wenn die Anstiegsrate im Druck sich derjenigen einer Quadratwelle 290, 19, annähert, stimmt die Beatmungsgerätleistung besser mit dem Einatmungsdruck überein, was zu einer geringeren WOB führt.
Es hat sich herausgestellt, dass die optimale Druckanstiegsrate und somit das minimale WOB erreicht wird, wenn die Anstiegsrate an die Lungenmechanik des Patienten angepasst wird. Die Beatmungsgeräteinheit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nutzt diese Entdeckung durch adaptives Einstellen der Anstiegsrate, wenn der PSV-Modus aktiviert ist.
Das Beatmungsgerät wertet fünf verschiedene Druckanstiegsraten aus, und wählt diejenige Anstiegsrate, die in einer quadratförmigen Druckwellenform mit minimalem "Ringing" (gedämpfte Schwingung) resultiert.
Nichts hier enthaltenes sollte zur Einschränkung der Erfindung auf die Anwendung von fünf Anstiegsraten verwendet werden. Es ist anzumerken, dass eine beliebige Anzahl von Anstiegsraten bei einer Beatmungsgeräteinheit gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
Ein integraler barometrischer Druckwandler ist in die bevorzugte Ausführungsform von 1 aufgenommen, um Änderungen im Umgebungsdruck zu erfassen. Wenn signifikante Druckabweichungen vom Umgebungsdruck auftreten, kompensiert der Mikroprozessor an der Beatmungsgerät-Steuertafel 222 diesen, und erweitert oder verengt die Öffnung des PFCV-Ventils 58, um in geeigneter Weise das ausgewählte Atemzugvolumen aufrechtzuerhalten und Änderungen infolge des Umgebungsdrucks auszugleichen, beispielsweise durch Anwendung einer Übersichtstafel oder eine Algorithmus.
Die Steuersoftware des Beatmungsgeräts von 1 wird im folgenden mit Bezug auf die 20a bis 20e beschrieben. Die Steuerung des Systems beginnt beim Hochfahren mit der Initialisierung des Beatmungsgeräts 292, 20a. Bei der Initialisierung des Beatmungsgeräts 292 werden die Druckwandler 48, 84, 160 auf Null gestellt, das BUV-Nadelventil 100 wird geschlossen, CPAP wird auf Null gestellt, die Körpergröße des Patienten wird aufgenommen und die Beatmungsgerätparameter basierend auf der Körpergröße eingestellt.
Im Gefolge der Initialisierung 292 führt das Beatmungsgerät eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durch, bei der die Gasströmung zu der Hauptgas-Zuführleitung 78, 2, abgestellt wird und das Ausatmungsventil 126 geöffnet wird. Während der Ausatmungs-Initialisierung 294 werden Atmungsparameter, wie z.B. der Spitzeneinatmungsdruck und das Atemzugvolumen neu eingestellt. Der Apnoe-Timer-Zähler (Apnea Timer Counter) wird dazu benutzt, potentielle Apnoe-Vorkommnisse zu identifizieren, und wird bei der Ausatmungs-Initialisierung 294 zurückgestellt. Es werden auch Tests bei der Ausatmungs-Initialisierung 294 hinsichtlich der Existenz von Alarmzuständen durchgeführt.
Nach der Ausatmungs-Initialisierung 294 wird die Anwender-Schnittstellentafel nach neuen Eingaben 296 untersucht. Falls neue Eingaben vorhanden sind, wird eine Eingaberoutine 298 durchgeführt, bei der die Beatmungsgerätparameter gemäß den neuen Eingaben eingestellt werden. Wenn die neuen Eingaben erfolgt sind, oder wenn keine neuen Eingaben existieren, wird der Apnoe-Timer-Zähler fortgezählt 300 und mit einem voreingestellten Apnoe-Limit 302 verglichen.
Falls der Apnoe-Timer-Zähler das Apnoe-Limit überschreitet, wird ein Apnoe-Alarm gegeben, und es beginnt eine Apnoe-Hilfsbeatmung 304. Während der Apnoe-Hilfsbeatmung werden Zwangs-IMV-Atemzüge bereitgestellt, bis der Patient mit einem spontanen Atmen beginnt, oder die Ventilatorparameter werden neu eingestellt.
Falls der Apnoe-Timer-Zähler das Apnoe-Limit 302 nicht überschreitet, sucht das Beatmungsgerät nach der Existenz einer spontanen Atmung beim Patienten 306. Eine Reihe zusätzlicher Schritte bestimmt dann, welcher der vier Beatmungstypen, nämlich PCV, SIMV, CPAP oder PSV, zu initialisieren ist.
Falls eine spontane Atmung erfasst wird 306 und der PCV-Modus "AN" ist 308, wird eine PCV-Initialisierung durchgeführt 320, 20b. Wenn andererseits eine spontane Atmung erfasst worden ist 306, der PCV-Modus abgeschaltet ist 308, und kein SIMV-Atemzug erfolgt ist 316, wird eine SIMV-Initialisierung durchgeführt 352, 20c.
Desgleichen wird, falls kein spontanes Atmen erfasst worden ist 306, es Zeit ist, einen Atemzug zu tun 310, ein Atemzug nicht gemacht worden ist 312, und der PCV-Modus eingeschaltet worden ist 314, eine PCV-Ïnitialisierung durchgeführt 320, 20b. Falls kein spontanes Atmen erfasst worden ist 306, es Zeit ist, einen Atemzug zu tun 310, ein Atemzug noch nicht gemacht worden ist 312, und der PCV-Modus abgeschaltet worden ist 314, wird eine SIMV-Ïnitialisierung durchgeführt 352, 20c. Falls jedoch bestimmt wird, dass es nicht Zeit ist, einen Atemzug zu tun 310, oder dass ein Atemzug bereits erfolgt ist 312, kehrt der Steuerablauf zurück zur Überprüfung neuer Eingaben 296. Falls ein spontanes Atmen erfasst worden ist 306, der PCV-Modus abgeschaltet worden ist 308, ein SIMV-Atemzug erfolgt ist 316, und der PSV-Modus abgeschaltet worden ist 318, wird eine CPAP-Initialisierung durchgeführt 364, 20d. Wenn andererseits ein spontaner Atemzug erfasst worden ist 306, der PCV-Modus abgeschaltet worden ist 308, ein SIMV-Atemzug erfolgt ist 316, und der PSV-Modus eingeschaltet ist 318, wird eine PSV-Ïnitialisierung durchgeführt 378, 20e.
Bei der PCV-Initialisierung 320, 20b wird das Ausatmungsventil 126, 2, geschlossen und die Initialströmungsrate eingestellt. Da der Druck bei der PCV-Beatmung gesteuert werden muss, wird außerdem die zur Aufrechterhaltung des gewünschten Drucks notwendige Strömungsrate bestimmt und durch einen Proportional-Integral-Derivat-Controller (PID = Proportional Integral Derivative) eingestellt. Eine Drucksteuerung wird auf diese Weise erreicht, da der Druck nicht direkt eingestellt werden kann, sondern stattdessen durch Variieren der Strömungsrate angepasst wird.
Im Gefolge des PCV-Initialisierungsschritts 320 wird die PCV-Anstiegsrate ausgewählt 322. Beim Auswählen der angemessenen PCV-Anstiegsrate wird die Strömungsrate basierend auf dem PID-Controller eingestellt, um die aktuelle Druckanstiegsrate beizubehalten. Ferner wird die maximale Initialströmung berechnet.
Die Druckabtastleitung 154 wird dann überprüft, um zu bestimmen, ob Druck in der Leitung 324 ist. Falls keine Druckrückkoppelung vorhanden ist, wird ein Verbindungstrennungszustand identifiziert, ein Alarm ausgelöst, und das Beatmungsgerät initiiert einen Betrieb mit Gaseinsparmodus 326. Während des Betriebs im Gaseinsparmodus 326 wird der Druck in der Abtastleitung überwacht 328, bis Druck erfasst wird. Wenn in der Druckabtastleitung 154 Druck erfasst wird und das Beatmungsgerät im Gaseinsparmodus 326 arbeitet, wird eine Ausatmungs-Initialisierung durchgeführt 294.
Wenn anschließend an den Schritt der PCV-Anstiegsrate 322 Druck erfasst wird 324, wird in der Druckabtastleitung 154 ein Bedingungsschritt durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Atemzeit die Inhalationszeit 330 überschreitet. Falls die Atemzeit die Inhalationszeit 330 überschreitet, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt. Falls die Atemzeit die Inhalationszeit 330 nicht überschreitet, wird ein nächster Bedingungsschritt durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Druck den Spitzen-Einatmungsdruck (PIP = Peak Inspiratory Pressure) überschreitet 332.
Der PIP-Alarm arbeitet als Hochdruckalarm für das Beatmungsgerät beim Betrieb im PCV-Modus. Falls der Druck den PIP-Alarm 332 überschreitet, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt. Falls der PIP-Alarm nicht überschritten wird, wird ein nächster Bedingungsschritt durchgeführt, um zu bestimmen, ob das Atemzugvolumen das maximal zulässige Atemzugvolumen überschreitet 334, und wenn dies so ist, wird eine Ausatmungs-Initialisierung durchgeführt 294.
Falls das maximal zulässige Atemzugvolumen nicht überschritten wird, wird ein nächster Bedingungsschritt durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Druck in der Druckabtastleitung 154 90 Prozent des PCV-Pegels 336 überschreitet. Falls der Druck 90 Prozent des PCV-Pegels nicht überschreitet, kehrt die Steuerung zu der PCV-Anstiegsrate bei Schritt 322 zurück. Falls der Druck in der Druckabtastleitung 154 90 Prozent des PCV-Pegels 336 überschreitet, wird eine PCV-Beatmung 338 bereitgestellt.
Während der PCV-Beatmung 338 wird die Strömungsrate mittels des PID angepasst, um den PCV-Pegel beizubehalten. Bei der PCV-Beatmung wird die Druckabtastleitung 154 hinsichtlich einer Druckrückkoppelung 340 überprüft. Falls kein Druck erfasst wird, wird eine Verbindungstrennungssituation erfasst, und das Beatmungsgerät initiiert einen Betrieb 342 im Gaseinsparmodus. Während des Betriebs im Gaseinsparmodus 342 wird der Druck in der Druckabtastleitung überwacht 344. Solange kein Druck in der Druckabtastleitung 154 erfasst wird, verbleibt das Beatmungsgerät im Gaseinsparmodus 342. Wenn Druck in der Druckabtastleitung 154 erfasst wird, wird eine Ausatmungs-Initialisierung durchgeführt 294.
Während der PCV-Beatmung 338 wird, falls in der Druckabtastleitung 154 Druck erfasst wird 340, eine Bedingungsschleife durchgeführt, um zu bestimmen, wann die PCV-Beatmung zu beenden ist. Unter gewöhnlichen Bedingungen setzt sich die PCV-Beatmung für eine voreingestellte Zeit fort, und somit wird als Teil der Konditionsschleife die Atemzeit überwacht, um zu bestimmen, ob die Einatmungszeit überschritten worden ist 346. Falls die Einatmungszeit überschritten worden ist, kommt es zu einer Ausatmungs-Initialisierung 294. Falls die Einatmungszeit nicht überschritten worden ist, wird der Druck in der Druckabtastleitung überwacht, um zu gewährleisten, dass er den Hochdruck-PIP-Alarm 348 nicht überschreitet. Falls der PIP-Alarm überschritten wird, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt. Falls der Druck den PIP-Alarm 348 nicht überschreitet, wird auch das Atemzugvolumen überprüft, um zu gewährleisten, dass es das maximal zulässige Atemzugvolumen 350 nicht überschreitet. Falls das maximal zulässige Atemzugvolumen überschritten wird, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt. Falls das maximale Ausatmungsvolumen nicht überschritten worden ist, setzt sich die PCV-Beatmung 338 fort.
Es werden fünf verschiedene Anstiegsraten während der ersten sechs PCV-Atemzüge bereitgestellt, und zwar zwei Atemzüge bei jeder Anstiegsrate. Nach den ersten zehn PCV-Atemzügen wird die PCV-Wellenform mit der Zielwellenform verglichen. Anschließend an die zehn PCV-Atemzüge wird die beste Anstiegsrate aus den vorausgehenden PCV-Overshoot-Werten bestimmt. Diese Anstiegsrate wird dann während einer weiteren PCV-Beatmung eingesetzt.
Bei einer SIMV-Initialisierung 352, 20c, wird das Ausatmungsventil 126 geschlossen, und die Strömungsrate wird auf einen konstanten Wert eingestellt. Es erfolgt dann ein SIMV-Atemzug 354. Während SIMV-Atemzügen wird der Druck in der Druckabtastleitung 154 überprüft 356. Falls kein Druck besteht, wird ein Alarm ausgelöst 358, und das Beatmungsgerät setzt die Bereitstellung einer SIMV-Beatmung fort.
Bei der SIMV-Beatmung 354 wird die Beatmungszeit überprüft, um zu gewährleisten, dass die SIMV-Zeit nicht überschritten wurde 360. Außerdem wird der Druck in der Druckabtastleitung überprüft, um zu gewährleisten, dass das Limit nicht überschritten worden ist 362. Falls weder das SIMV-Zeitlimit noch das Drucklimit überschritten worden sind, setzt sich die SIMV-Beatmung 354 fort. Falls entweder das SIMV-Zeitlimit oder das Drucklimit überschritten worden ist, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt.
Bei einer CPAP-Initialsierung 364, 20d, wird der Apnoe-Alarm zurückgestellt, der PID-Controller initialisiert und die Initialströmung eingestellt. Bei einer CPAP-Beatmung wird das Ausatmungsventil 126 auf das CPAP-Niveau geladen. Daher wird zur Minimierung eines Entweichens von Gas aus dem Ausatmungsventil 126 der Zieldruck der CPAP-Initialisierung 364 auf die CPAP-Einstellung –0,5 cm Wassersäule eingestellt. Nach diesem CPAP-Initialisierungsschritt 364 wird dann CPAP bereitgestellt 366. Während des CPAP 366 wird die Strömungsrate kontinuierlich angepasst, um den CPAP-Druck beizubehalten. Der Druck in der Druckabtastleitung 154 wird bei einer CPAP-Beatmung 366 ebenfalls überwacht 368. Falls kein Druck in der Druckabtastleitung 154 erfasst wird, wird ein Verbindungstrennungszustand identifiziert und das Beatmungsgerät beginnt einen Betrieb in dem Gaseinsparmodus 370.
Das Beatmungsgerät setzt seinen Betrieb in dem Gaseinsparmodus 370 fort, bis Druck in der Druckabtastleitung 154 erfasst worden ist 372. Wenn der Druck erfasst worden ist, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt.
Bei einer CPAP-Beatmung 366 wird, falls Druck in der Druckabtastleitung 154 erfasst wird 368, der Druck für drei Zyklen 374 überwacht, um zu ermitteln, ob der Druck den CPAP-Druck überschreitet. Falls der Druck den CPAP-Druck während drei Zyklen nicht überschreitet und die maximale CPAP-Zeit nicht überschritten worden ist 376, wird die Bereitstellung von CPAP fortgesetzt 366. Wenn andererseits der Druck den CPAP während drei Zyklen 374 überschreitet, oder falls die maximale CPAP-Zeit überschritten worden ist 376, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt.
Bei der PSV-Initialisierung 378, 20e, wird das Ausatmungsventil 126 geschlossen, die Initialströmungsrate wird eingestellt, und der PID-Wert berechnet. Anschließend an die PSV-Initialisierung 378 wird die PSV-Anstiegsrate gesteuert 380. Bei der Auswahl der geeigneten PSV-Anstiegsrate wird die Strömungsrate basierend auf dem PID so eingestellt, dass die Druckanstiegsrate beibehalten wird. Ferner wird die maximale Initialströmung berechnet.
Die Druckabtastleitung 154 wird dann überprüft, um zu bestimmen, ob Druck in der Leitung vorhanden ist 382. Falls keine Druckrückkoppelung erfolgt, wird ein Verbindungstrennungszustand identifiziert, und das Beatmungsgerät initiiert einen Betrieb im Gaseinsparmodus 384. Während des Betriebs im Gaseinsparmodus 384 wird der Druck in der Abtastleitung überwacht 386, bis Druck erfasst wird. Wenn in der Druckabtastleitung 154 Druck erfasst wird, und das Beatmungsgerät in dem Gaseinsparmodus 384 arbeitet, wird eine Ausatmungs-Initialisierung durchgeführt 294. Anschließend an den Schritt der PSV-Anstiegsrate 380 wird, falls Druck in der Druckabtastleitung 154 erfasst wird 382, ein Bedingungsschritt durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Atemzeit die maximale Einatmungszeit 388 überschreitet. Falls die Atemzeit die maximale Einatmungszeit 388 überschreitet, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt. Falls die Atemzeit die maximale Einatmungszeit 388 nicht überschreitet, wird ein nächster Bedingungsschritt durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Druck den Spitzeneinatmungsdruck (PIP) 390 überschreitet.
Der PIP-Alarm arbeitet als Hochdruckalarm für das Beatmungsgerät beim Betrieb im PSV-Modus. Falls der Druck den PIP-Alarm überschreitet 390, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 292 durchgeführt.
Falls der PIP-Alarm nicht überschritten wird, wird ein nächster Bedingungsschritt durchgeführt, um zu bestimmen, ob das Atemzugvolumen das maximal zulässige Atemzugvolumen überschreitet 392, und falls dies zutrifft, wird eine Ausatmungs-Initialisierung durchgeführt 294.
Falls das maximal zulässige Atemzugvolumen nicht überschritten wird, wird ein Bedingungsschritt durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Druck in der Druckabtastleitung 154 90 Prozent des PSV-Pegels 394 überschreitet. Falls der Druck 90 Prozent des PSV-Pegels nicht überschreitet, kehrt die Steuerung zu der PSV-Anstiegsrate im Schritt 380 zurück. Falls der Druck in der Druckabtastleitung 154 90 Prozent des PSV-Pegels überschreitet 394, wird eine PSV-Beatmung 396 bereitgestellt.
Bei der PSV-Beatmung 396 wird die Strömungsrate mittels des PID angepasst, um den PSV-Pegel zu halten. Nach jedem PSV-Atemzug wird die Druckabtastleitung 154 auf einen Druckrückkoppelung überprüft 398. Falls kein Druck erfasst wird, wird eine Verbindungstrennungssituation erfasst, und das Beatmungsgerät initiiert einen Betrieb im Gaseinsparmodus 400. Bei dem Betrieb im Gaseinsparmodus 400 wird der Druck in der Druckabtastleitung überwacht 402. Solange kein Druck in der Druckabtastleitung erfasst wird, verbleibt das Beatmungsgerät im Gaseinsparmodus 400. Wenn Druck in der Druckabtastleitung 154 erfasst wird 402, wird eine Ausatmungs-Initialisierung durchgeführt 294.
Bei einer PSV-Beatmung 396 wird, falls Druck in der Druckabtastleitung 154 erfasst wird 398, eine Bedingungsschleife durchgeführt, um zu bestimmen, wann die PSV-Beatmung anzuhalten ist. Unter gewöhnlichen Bedingungen bzw. Zuständen setzt sich die PSV-Beatmung auf einem voreingestellten Druck fort, und somit wird als Teil der Bedingungsschleife die Strömungsrate überwacht, um zu bestimmen, wann sie auf weniger als 25 Prozent der maximalen Strömungsrate fällt 404. Wenn die Strömungsrate unter 25 Prozent der maximalen Strömungsrate fällt, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt.
Falls die Strömungsrate nicht unter 25 Prozent der maximalen Strömungsrate gefallen ist 404, wird die Atemzeit überprüft, um sicherzugehen, dass sie die maximale Einatmungszeit 406 nicht überschreitet. Falls die Atemzeit die maximale Einatmungszeit überschreitet, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt. Falls die Atemzeit die maximale Einatmungszeit 406 nicht überschreitet, wird die Druckabtastleitung überwacht, um sicherzugehen, dass der Druck den Hochdruck-PIP-Alarm nicht überschreitet 408. Falls der PIP-Alarm überschritten wird, wird eine Ausatmungsinitialisierung 294 durchgeführt.
Falls der Druck den PIP-Alarm nicht überschreitet, wird auch das Atemzugvolumen überprüft, um sicherzugehen, dass es das maximal zulässige Atemzugvolumen 410 nicht überschreitet. Falls das maximal zulässige Atemzugvolumen überschritten wird, wird eine Ausatmungs-Initialisierung 294 durchgeführt. Falls das maximal zulässige Atemzugvolumen nicht überschritten worden ist, setzt sich die PSV-Beatmung 400 fort.
Bei den ersten zehn PSV-Atemzügen werden fünf verschiedene Anstiegsraten bereitgestellt, zwei Atemzüge bei jeder Anstiegsrate. Nach den ersten zehn PSV-Atemzügen wird die PSV-Wellenform mit der Zielwellenform verglichen. Anschließend an die zehn PSV-Atemzüge wird die beste Anstiegsrate aus dem Druckprofil bestimmt. Diese Anstiegsrate wird dann bei einer weiteren PSV-Beatmung benutzt.
Obwohl das Beatmungsgerät vorstehend im Kontext eines Transport-Beatmungsgeräts beschrieben wurde, ist anzumerken, dass jedes der oben beschriebenen Merkmale die gleiche Nützlichkeit aufweisen würde, falls es in andere Beatmungsgeräte aufgenommen würden. Die obige Beschreibung und die Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung bevorzugter Ausführungsformen, welche die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erfüllen, und es ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung hierdurch einzuschränken. Jede Modifikation der vorliegenden Erfindung, die im Schutzumfang der folgenden Ansprüche liegt, wird als Teil der vorliegenden Erfindung betrachtet.

Claims

Beatmungseinheit (30), mit: einem elektronischen Hauptbeatmungs-Subsystem (34), einem pneumatischen Hilfsbeatmungs-Subsystem (32), wobei das pneumatische Hilfsbeatmungs-Subsystem während des Betriebs der elektronischen Hauptbeatmungseinheit inaktiv ist, wobei das pneumatische Hilfsbeatmungs-Subsystem bei einem Ausfall des elektronischen Hauptbeatmungs-Subsystems einsatzbereit ist, dadurch gekennzeichnet, dass das pneumatische Hilfsbeatmungs-Subsystem eine unabhängige pneumatische Hilfsbeatmungseinheit mit Parameterverfolgung bzw. -nachführung aufweist.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 1, wobei das pneumatische Hilfsbeatmungs-Subsystem (32) ferner Parameter-Nachführungsventile (242) umfasst, wobei die Parameter-Nachführungsventile während des Betriebs des elektronischen Hauptbeatmungs-Subsystems eingestellt bzw. angepasst werden und diese Einstellungen während des Betriebs des pneumatischen Hilfsbeatmungs-Subsystems beibehalten.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 1, wobei ein erstes Parameter-Nachführungsventil (158) zum Aufrechterhalten eines kontinuierlichen, positiven Luftwegdruckes während des Betriebs des pneumatischen Hilfsbeatmungs-Subsystems auf dem während des Betriebs der elektronischen Hauptbeatmungseinheit gelieferten Pegel vorgesehen ist.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 1, wobei ein zweites Parameter-Nachführungsventil (100) zum Aufrechterhalten eines Atemzugvolumens bzw. Atemhubvolumens (2tidal volume") während des Betriebs des pneumatischen Hilfsbeatmungs-Subsystems auf dem beim Betrieb der elektronischen Hauptbeatmungseinheit vorliegenden Pegel vorgesehen ist.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 1, ferner mit einem Verriegelungs- bzw. Aussperrmechanismus, um einen Betrieb des pneumatischen Hilfsbeatmungs-Subsystems (32) während des anfänglichen Hochfahrens des elektronischen Hauptbeatmungs-Subsystems (34) zu verhindern.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 5, wobei der Aussperrmechanismus ein Parameter-Nachführventil ist.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein elektronisch angetriebenes Strömungssteuerventil, einen Mikroprozessor zum Steuern des elektronisch angetriebenen Strömungssteuerventils; ein erstes pneumatisch angetriebenes Steuerventil, eine erste pneumatisch angetriebene Zeitschalteinheit zum Steuern des pneumatisch angetriebenen Steuerventils, wobei das elektronisch angetriebene Strömungssteuerventil zu einer ersten Zeit arbeitet, und wobei das erste pneumatisch angetriebene Steuerventil zu einer zweiten Zeit arbeitet.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 7, ferner mit einem elektronisch eingestellten Strömungssteuerventil, das mit dem ersten pneumatisch angetriebenen Steuerventil verbunden ist.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 8, wobei das elektronisch eingestellte Strömungssteuerventil während des Betriebs des elektronisch angetriebenen Strömungsteuerventils eingestellt wird.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 7, wobei das elektronisch angetriebene Strömungssteuerventil betrieben werden kann, um eine Beatmung in mehreren Beatmungsmoden bereitzustellen.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 7, ferner mit: einem zweiten pneumatisch angetriebenen Steuerventil, einer zweiten pneumatisch angetriebenen Zeitschalteinheit zum Steuern des pneumatisch angetriebenen Steuerventils.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 1, ferner mit: einem Zuführventil (54), das in mehreren Moden arbeitet, wobei das pneumatische Hilfsbeatmungs-Subsystem (32) ferner umfasst ein pneumatisch betätigtes Ventil, eine Zeitschalteinheit, die mit dem pneumatisch betätigten Ventil zum Aktivieren des pneumatisch betätigten Ventils gekoppelt ist, und eine Strömungsraten-Steuervorrichtung, die mit dem pneumatisch betätigten Ventil zum Empfang einer Ausgabe von dem pneumatisch betätigten Ventil verbunden ist, wobei das Zuführventil das elektronische Hauptbeatmungs-Subsystem (34) unter einem ersten Satz von Betriebsbedingungen mit einer Zufuhr versorgt, und wobei das Zuführventil das pneumatische Hilfsbeatmungs-Subsystem (32) unter einem zweiten Satz von Betriebsbedingungen mit einer Zufuhr versorgt.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 1, ferner mit: einer Beatmungs-Strömungsraten-Steuervorrichtung, einem Controller zum Einstellen bzw. Anpassen der Beatmungs-Strömungsraten-Steuervorrichtung, wobei der Controller in einem ersten Modus betrieben werden kann, um die Beatmungs-Strömungsraten- Steuervorrichtung zur Bereitstellung einer Beatmung in einem ersten Satz von Beatmungsmoden einzustellen, wobei der Controller in einem zweiten Modus betrieben werden kann, um die Beatmungs-Strömungsraten-Steuervorrichtung zur Bereitstellung einer Beatmung in einem zweiten Satz von Beatmungsmoden einzustellen.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 13, wobei der erste Satz von Beatmungsmoden ein Sub-Satz des zweiten Satzes von Beatmungsmoden ist.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 14, wobei der erste Beatmungsmodus eine synchronisierte intermittierende Zwangsbeatmung mit kontinuierlichem positivem Luftwegdruck umfasst.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 15, wobei der zweite Beatmungsmodus eine gesteuerte mechanische Beatmung umfasst.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 15, wobei der zweite Beatmungsmodus eine gesteuerte mechanische Beatmung mit positivem End-Ausatmungsdruck umfasst.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 15, wobei der zweite Beatmungsmodus einen kontinuierlichen positiven Luftwegdruck umfasst.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 15, wobei der zweite Beatmungsmodus eine synchronisierte intermittierende Zwangsbeatmung umfasst.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 15, wobei der zweite Beatmungsmodus eine synchronisierte intermittierende Zwangsbeatmung mit kontinuierlichem positivem Luftwegdruck umfasst.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 15, wobei der zweite Beatmungsmodus eine druckunterstützte Beatmung umfasst.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 15, wobei der zweite Beatmungsmodus eine synchronisierte, intermittierende Zwangsbeatmung mit kontinuierlichem, positivem Luftwegdruck und druckunterstützter Beatmung umfasst.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 15, wobei der zweite Beatmungsmodus eine druckgesteuerte Beatmung umfasst.
Beatmungseinheit (30) nach Anspruch 15, wobei der zweite Beatmungsmodus eine druckgesteuerte Beatmung mit kontinuierlichem, positivem Luftwegdruck umfasst.