DE2525359A1 - Atemgeraet - Google Patents

Description

• Atemgerät Die Erfindung betrifft ein Atemgerät gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, insbesondere für Kinder.
• Die Erfindung befaßt sich mit Atemgeräten. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem zeitlich-zyklisch arbeitenden Atemgerät für Kinder, das pneumatische Verknüpfungsglieder bzw. logische Elemente verwendet.
• Atemgeräte haben in größerem Umfange bei einer Vielzahl von Anwendungsgebieten im klinischen Bereich und im Bereich der medizinischen Praxis Eingang gefunden. Die Atemgeräte können zur Heilung von bestimmten Krankheiten verwendet werden, wie beispielsweise von Lungenödemen, Funktionsausfall des Zentralnervensystems, tetanus -neonatorum, asphyxia neonatorum, d. h.
• Atemstillstand der Neugeborenen, Lungen-Schmerzsyndromen, Erkrankungen der Hyalinmembran sowie einer Vielzahl von anderen Erkrankungen.
• Es ist eine Vielzahl von Atemgeräten erhältlich, von denen einige für spezielle Krankheiten konstruiert sind, während andere eine größere Komplexität aufweisen, so daß sie eine Vielzahl von Betriebsarten für unterschiedliche physiologische Erfordernisse aufweisen. So liefern beispielsweise einige Atemgeräte eine intermittierende Uberdruckatmung (intermittent positive pressure breathing, abgekürzt mit IPPB), entweder mit oder ohne einem Endausatmungsüberdruck (positive end expiratory pressure, abgekürzt mit PEEP). Weitere Atemgeräte können auch Atmungshilfen liefein, die als intermittierende Zwangsatmung (intermittent mandatory ventilation, abgekürzt mit IMV) bekannt sind, wobei der Patient mit relativ langen Ausatemzyklen beatmet werden kann, oder mit einer kontinuierlichen Beatmung unter Überdruck (continuous positive airway pressure, abgekürzt mit CPAP), so daß Sauerstoff oder andere für eine Atmung verwendbare Gasmischungen mit einem konstanten Druck den Erfordernissen entsprechend kontinuierlich zugeführt wird.
• Die Atemgeräte können elektrische Steuerungen bzw. Regelungen enthalten, wie sie in der US-PS 5 191 595 beschrieben sind, oder eine pneumatische Steuerung bzw. Regelung, wie sie in der US-PS 3 604 415 beschrieben ist. Ein Atemgerät -für eine intermittierende überdruckatmung ist in der US-PS 3 434 471 beschrieben.
• Die US-PS 3 604 415 beschreibt ein Atemgerät, bei dem drei pneumatische Basisverknüpfungsglieder bzw. Logikelemente verwendet -werden. Die zu dem Patienten führende Strömung des atembaren Gases verläuft nicht kontinuierlich, sondern wird von einem logischen Element unterbrochen, dessen offenen und Schließen von anderen logischen Vorrichtungen gesteuert wird.
• Die US-PS 3 191 595 beschreibt ein Atemgerät, das Drücke ermittelt, die in der Gasleitung erzeugt werden, welche zu der Atemmaske des Patienten führt, um die Steuerung und den Betrieb eines Hauptsteuerventiles zu beginnen.
• Weitere bekannte Atemgeräte, welche als solche erhältlich sind, liefern ein Verbindungsrohr zum Patienten, das mit einer kontinuierlichen Strömung des Gases durchflossen wird. Man läßt die Gasströmung durch ein Steuerventil hindurchtreten, welches das Gas in die Umgebung in geregelter Weise austreten läßt, so daß an der Atemmaske des Patienten eine Atemhilfe entsteht.
• Derartige Atemgeräte benutzen komplexe und teuere Steuerungen, um die erwünschte Atmungshilfe bzw. künstliche Beatmung zu schaffen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Atemgerät von relativ einfachem kostensparendem Aufbau zu schaffen, das trotzdem in der Lage ist, eine große Vielfalt von Beatmungsarten zu liefern, die in geeigneter Weise auf die physiologischen Erfordernisse des behandelten Patienten abzustimmen sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptansp«chs gelöst.
• Wesentliche Merkmale der Erfindung sind in der Schaffung eines Atemgeräts zu sehen, bei dem eine Speisung von einem für die Atmung verwendbaren Gas einem Patienten über eine Verbindung zugeleitet wird, welche eine zum Patienten führende oeffnung enthält, um das Gas dem Patienten zuzuführen, sowie eine parallel gekoppelte Steueröffnung. Die Steueröffnung ist derart angeordnet, daß sie die Abgabe des für eine Atmung verwendbaren Gases in kontinuierlicher Strömung an die Umgebung über ein Steuerventil ermöglicht, so daß der Patient das Gas den Erfordernissen entsprechend entnehmen kann. Eine pneumatische Steuerschaltung ist mit dem Steuerventil gekoppelt, um die Gasabgabe von der Verbindung zum Patienten über die Steueröffnung zu regeln. Die Steuerung enthält pneumatische Elemente, welche dazu dienen, Maximal- und Minimaldrücke an der Öffnung zum Pa-.
• tienten den erwilns ch ten Einatmungs- und Ausatmungsdruckniveaus entsprechend zu liefern. Ein pneumatisches Zeitgebernetzwerk liefert eine Zeitsteuerung über die Einatmungs- und Ausatmungsperioden.
• Das erfindungsgemäße Atemgerät kann als bequem tragbare Vorrichtung ausgebildet werden, wobei sie einen einfachen Aufbau aus pneumatischen Bauelementen aufweist. Das erfindungsgemäße Atemgerät verwendet vorteilhafterweise einige wenige Verknüpfungsglieder bzw. logische Elemente für eine große Vielzahl von Betriebsarten der Atmung, wie beispielsweise die IPPB-, die PEEP-,die CPAP-und die IMV-Atmung. Ein Bereich für die Beziehungen bzw. Verhältnisse zwischen Einatmung und Ausatmung ist in bequemer bzw. geeigneter Weise ebenso eingeschlossen, wie eine Auswahl über die Betriebscharakteristiken, wie beispielsweise für einen volumenbegrenzten Betrieb für die Abgabe von fest gewählten auswählbaren Gasvoluminas oder einem druckbegrenzten Betrieb, für die Abgabe eines Gases mit einem vorbestimmten maximalen Druckgrenzwert. Das Atemgerät liefert eine konstante Strömung eines für die Beatmung verwendbaren Gases, so daß die Vorrichtung insbesondere für das Anwendungsgebiet der Pädiatrie besonders nützlich ist. Das Atemgerät verbraucht eine sehr kleine Gasmenge, so daß es sich insbesondere für die Ausbildung als tragbares Gerät eignet.
• Mit der Erfindung wird somit ein Atemgerät geschaffen, das pneumatische Elemente verwendet, um eine Vielzahl von Betriebsarten zu erzeugen. Eine Gasmischung wird durch eine Verbindung zum Patienten hindurchgelassen, die so angekoppelt ist, daß sie das Gas über die zu einem Patienten führende öffnung diesem zuleitet.
• Nachdem das Gas an der zum Patienten führenden öffnung vorbeigeströmt ist, wird es geregelt an die Atmosphäre über eine Auslaßöffnung in einem Steuerventil abgegeben. Das Steuerventil regelt das Schließen der Auslaßöffnung, so daß an der Öffnung für den Patienten eine Steuerung bzw. Regelung des Einatem- und Ausatemvorgangs geschaffen wird. Pneumatische logische Elemente bzw. Verknüpfungselemente sind miteinander verbunden, um eine automatische Einatem- und Ausatemhilfe bzw. künstliche Beatmung mit unterschiedlichen Betriebsarten zu schaffen, wie beispielsweise mit einer volumenbegrenzten oder druckbegrenzten Betriebsart und mit einer Auswahl bezüglich der Dauer der entsprechenden Atemphasen. Verschiedene Betriebsarten lassen sich durch veränderliche Drosseln bzw. Durchflußbegrenzer erhalten, die selektiv den pneumatischen Verknüpfungselementen bzw. Logikelementen zugeordnet sind.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Atemgeräts werden aus der beiliegenden Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes pneumatisches Atemgerät.
• In der Zeichnung ist ein Atemgerät 10 dargestellt, das dazu dient, die Zufuhr eines für die Atmung verwendbaren Gases zu steuern, das über eine Zuführungsleitung 12 herangeführt wird, die mit einer Einlaßöffnung 14 eines Y- oder T-förmigen, zum Patienten führenden Verbindungsstücks 16 gekoppelt ist. Der Patient atmet das von einer Zuführung 17 zugeleitete Gas von einer zu dem Patienten führenden Öffnung 18 in dem Verbindungsstück 16, während das Gas kontinuierlich durch eine Steueröffnung 20 in dem Verbindungsstück 16 fließt, um an einem Steuerventil 22 nach außen abgegeben zu werden.
• Das Gas wird kontinuierlich an der zu dem Patienten führenden Öffnung 18 ohne Unterbrechung zur Verfügung gestellt, so daß eine Atemhilfe bzw. eine künstliche Beatmung geschaffen wird.
• Die Steuerung für den Einatem- und Ausatemvorgang wird durch Regelung der in das Freie abgegebenen Gasmenge erhalten, welche durch die Steueröffnung 20 zu einer Auslaßöffnung 24 in dem Steuerventil 22 strömt. Man erhält eine derartige Steuerung durch eine Regelung des Drucks in einer Steuerkammer 26 auf einer Seite einer Membran 28, die derart in Wirkverbindung angekoppelt ist, daß sie die Abgabe des Gases nach außen von der Auslaßöffnung 24 steuert. Der Druck in der Drucksteuerkammer 26 wird seinerseits von einer pneumatischen Steuerung 30 geregelt.
• Mit der dargestellten Anordnung wird die zum Patienten führende Öffnung 18 kontinuierlich mit einem Gas versorgt, so daß der Atmungsbedarf eines Patienten zu allen Zeitpunkten ohne Unterbrechung gedeckt werden kann.
• Die Zuführung 17 des für medizinische Zwecke verwendeten Gases liefert in Abhängigkeit von den speziellen Erfordernissen für aen Patienten Luft oder eine spezielle Mischung von Sauerstoff.
• Eine Gasquelle 32 für Luft sowie eine Sauerstoffquelle 34 sind über entsprechende Absperr- bzw. Regulier- bzw. Rückschlagvenzeile 36-36', Filter 38-38', Druckregler 40-40' mit Strömungsmasern 42-42' verbunden. Die Strömungsmesser#42-42' können individuell derart eingestellt werden, daß die entsprechende F geschwindigkeit der Gaszufuhr geregelt wird. Die Ausgänge 46 der Strömungsmesser 42 sind mit einer gemeinsamen Mischverbindung 48 verbunden, welche so angeschlossen ist, daß sie die Gasmischung durch einen erhitzten Befeuchter 50 hindurchtreten läßt. Der erhitzte Befeuchter 50 enthält einen geeigneten Erhitzer 52 sowie eine Wasserzufuhr 53 und andere Steuerelemente, wie dies bei dem in Rede stehenden technischen Gebiet üblich ist, um die erwünschte Menge von Wasserdampf dem medizinischen Gas zuzusetzen. Das befeuchtete Gas wird dann durch eine Wasserfalle 54 hindurchgeleitet, die aus einem geeignet großen Behälter gebildet ist, so daß die Wassertröpfchen kondensieren und sich aus der Gasmischung absetzen können, damit auf diese Weise eine geeignete, für die Atmung verwendbare medizinische Gasmischung geschaffen wird.
• Ein Leitungssystem aus der Zuführungsleitung 12, dem zum Patienten führenden Verbindungsstück 16 und einem Rohr 58 leitet die Gasströmung von der Wasserfalle 54 an der zum Patienten führenden Öffnung 18 vorbei zu dem Steuerventil 22. Die Zuführungsleitung 12 und das Rohr 58 sind aus festen, mit einer kleinen Bohrung versehenen Rohren gebildet, welche eine sehr niedrige Nachgiebigkeit zeigen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Gaszufuhr zu dem Verbindungsstück 16 nicht durch Formänderungen der Rohre beeinflußt wird, die auf Druckänderung zurückzuführen sind, welche von der Wirkung des Steuerventils 22 herrühren.
• Die Rohrleitungen 12, 16 und 58 werden darüber hinaus klein gehalL.., so daß die Wirkung einer Gaskompression vermindert wird. Andererseits werden jedoch die Rohre nicht zu klein gewählt, da andernfalls die Gasströmung zu sehr eingeengt würde und das samen durch das Rohr 58 schwieriger würde.
• Ein Manometer 60 ist an das Rohr 58 angeschlossen. Das Manometer 60 ermittelt den Druck an der zum Patienten führenden Öffnung 18 und zeigt diesen an. Das Steuerventil 22 enthält ein Uberdruckventil 62, das verwendet wird, um Gas in die Umgebung abzugeben, wenn der Druck im Rohr 58 und damit an der zum Patienten führenden Öffnung 18 einen im vorhinein festgelegten gefährlich hohen Wert erreicht.
• Der Durchgang des Gases durch die Auslaßöffnung 24 zur Atmosphäre und damit auch der Druck an dem zum Patienten führenden Verbindungsteil 16 sind eine Funktion der von einer Membran 28 auf einen Ventilsitz 73 ausgeübten Kraft. Diese Kraft wird ihrerseits von dem Druck bestimmt, der sich in der Steuerkammer 26 entwickelt und dem Bereich bzw. der Fläche der Membran 28.
• Der Druck in der Steuerkammer 26 wird von der pneumatischen Steuerung 30 geregelt, die über eine Leitung 64 an die Kammer 26 angeschlossen ist.
• Die pneumatische logische Steuerung 30 besteht aus einem pneumatischen Schwinger bzw. Schwingungserreger 66 und einem pneumatischen bistabilen Druck-Steuerelement 68. Das Steuerelement 68 liefert eine Regulierung für die Einatem- und Ausatemdrücke, die an dem zum Patienten führenden Verbindungsstück 16 erzeugt werden, während der Schwinger 66 die Dauer der Einatem- und Ausatemperioden steuert.
• Die pneumatische Steuerung 30 verwendet drei bistabile Elemente 68, 70 und 72, die identisch ausgebildet sind, wobei jedoch die Elemente 70 und 72 als Schwinger geschaltet sind. Die pneumatischen bistabilen Elemente sind lediglich schematisch dargestellt, da ihre Gestalt, wie allgemein bekannt ist, viele unterschiedliche Formen einnehmen kann. Jedes der bistabilen Elemente 68, 70 oder 72 hat eine Steueröffnung 74, 74', 74", welche Mazu dient, einen Eingangsgasdruck aufzunehmen, mit dem ein Dreiwegeventil 76, 76', 76" von einer Normallage in eine eingeschaltete Lage gebracht wird, solange Gas der Steueröffnung 74, 74', 74" zugeführt wird.
• Die Ventile 76, 76', 76" sind, wie aus der Zeichnung hervorgeht, im Normalfalle von einer Feder 78, 78', 78" so vorgespannt, daß eine Einlaßöffnung 80, 80', 80 geschlossen ist und daß das Gas zwischen einer anderen Einlaßöffnung 82, 82', 82" und einer Auslaßöffnung 84, 84', 84" strömen kann. Eine andere Steueröffnung 86 dient dazu, die Feder 78" zurückzudrängen. In diesem Falle kann die Betätigung der Feder 78 eine Schnappwirkung liefern.
• Die Druckluft für die pneumatische Steuerung 30 erhält man von im Normalfalle identischen Quellen 88 und 90, welche von dem Druckregler 40 abzweigen, wobei ein Absperrventil 92 zwischen der Luftquelle 90 und dem Druckregler 40 eingebracht ist. Das Absperrventil 92 ermöglicht es, die Druckluft von dem Großteil der pneumatischen Steuerung 30 fernzuhalten, so daß eine spezielle Betriebsart entsteht, wie im folgenden noch näher dargelegt wird.
• Das Beatmungsdruck-Steuerelement ist mit einer variablen Steuerung für den maximalen Atemdruck in Form einer variablen Drossel bzw. eines variablen Durchflußbegrenzers 94 versehen, welche den Einatemdruck über die Einlaßörfnung 80 festlegt.
• Eine Ausatemdrucksteuerung in Form von einer variablen Drossel bzw. einem variablen Durchflußbegrenzer 96 ist über einen festen Durchflußbegrenzer 98 an die andere Einlaßöffnung 82 des bistabilen Druck-Steuerelements 68 angeschlossen.
• Der Schwinger 66 ist mit einer Einatemzeitsteuerung in Form eines variablen Durchflußbegrenzers 100 versehen, der an die Einlaßöffnung 80'des bistabilen Elements 70 angeschlossen ist.
• 5~i dem Betrieb des Atemgerätes 10 nehmen die bistabilen logisvher. Elemente 68, 70 und 72, bevor ihnen ein Gas zugeführt wird, eine Lage ein, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist,und zwar aufgrund der Vorspannung der Federn 78,78',78".Wenn das Gas eingeschaltet wird und das Absperrventil 92 offen ist, setzt die an die Einlaßöffnung 82"des bistabilen Elements 72 angekoppelte Gasquelle 90 die Leitung 104 unter Druck, die mit der Steueröffnung 74 des bistabilen Drucksteuerelements 68 verbunden ist, sowie die Rtekkopplungsleitung.106, die an dem Steuereinlaß 74' des bistabilen Elements 70 angeschlossen ist und die Rückdruckleitung 108,die mit der Steueröffnung 86 des bistabilen Elements 72 verbunden ist.
• Wenn die Leitungen 104 und 106 unter Druck gesetzt werden, erfolgt ein Abschalten der Elemente 68 und 70, so daß ihre Einlaßöffnungen 82,82' geschlossen werden und die Gasströmung von ihren Einlaßöffnungen 80,80' zu den Auslaßöffnungen 84,84' strömen kann. In dem Schwinger 66 bewirkt die Anlegung eines Drucks an die Auslaßöffnung 84'des Elementes 70 die Abgabe eines Gases zu einem Raum 110, der zwischen das Element 70 und die Steueröffnung 74' des Elements 72 eingeschaltet ist. Der Druckanstieg in dem Raum 110 reicht Jedoch zu Beginn nicht aus, um die gemeinsame Wirkung der Feder 78"und der von rückwärts angreifenden Vorspannung aufzuheben, welche durch den Druck an der Steueröffnung 86 im Element 72 hervorgerufen wird. Dieser Druck der von rückwärts wirkenden Vorspannung wird gegenüber dem in der Leitung 108 zur Verfügung stehenden Druck durch ein Paar von in Reihe geschalteten festen Durchflußbegrenzern 112 und 114 begrenzt, welche das as in die Atmosphäre langsam austreten lassen.
• ,l dem bistabilen Druck-Steuerelement 68 strömt das Gas durch des #ur Einatemdrucksteuerung verwendeten Durchflußbegrenzer 3!1 in die Leitung 64 und ins Freie über einen festen Durchfill1#hegrenzer 116. Der Druck in der Leitung 64 wird von dem fe-####Durchflußbegrenzer 116 bestimmt und der Einstellung des varia>,len Durchflußbegrenzers 94, der den maximalen Einatemdruck steuert. Der Gasdruck in der Leitung 64 setzt die Steuerkammer 26 unter Druck und damit auch die Membran 28, welche hierdurch die Auslaßöffnung 24 zusetzt, und zwar mit einer Kraft, welche der Membranfläche proportional ist, die der Steuerkammer 26 zugekehrt ist.
• Das Verschließen der Auslaßöffnung 24 verhindert seinerseits das Austreten des für medizinische Zwecke verwendeten Gases, dessen Druck an der zum Patienten führenden Öffnung 18 ansteigt.
• Da die Nachgiebigkeit der Rohre 12 und 58 sehr klein ist im Vergleich zu der Nachgiebigkeit von dem Atmungssystem eines Patienten, fließt das meiste Gas in das Atemsystem des Patienten, um die Einatemphase in Gang zu setzen.
• Das Volumen des dem Patienten zugeführten Gases ist eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit des Gases, die von den Strömungsmessern 42 und 42' bestimmt wird. Das Volumen ist desweiteren eine Funktion der Zeitdauer, über die die Auslaßöffnung 24 in dem Steuerventil 22 geschlossen ist, wie sie von dem Durchflußbegrenzer 100 zur Steuerung der Einatemzeit bestimmt wird. Da die Nachgiebigkeit der Rohrleitungen gering ist und da der an der zum Patienten führenden Öffnung 18 erhaltene Druck primär eine Funktion von dem Widerstand der Atemwege des Patienten ist, verbleibt das Volumen des dem Patienten zugeführten Gases effektiv konstant, so daß das Atemgerät in einer volumenbegrenzten Betriebsart arbeitet.
• Die Einatemphase dauert solange an, bis der Druck in dem Raum 110 ein Niveau erreicht, das ausreichend groß ist, um das bistabile Element 72 umzuschalten, so daß seine Einlaßöffnung 82"verschlossen und die Einlaßöffnung 80" geöffnet wird. Da die Öffnung 80" des Elements 72 zur Atmosphäre führt, strömt das Gas in den Leitungen 104, 106 und 108 nach außen ab, so daß die bistabilen Elemente 68 und 70 durch die Wirkung ihrer entsprechenden Federn 78, 78' in ihre Normallagen zurückgeführt werden, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, so daß die Ausatemperiode beginnt.
• Wenn das bistabile Druck-Steuerelement 68 zurückgestellt ist, kann das Gas in der Leitung 64 und der Steuerkammer -26 im Ventil 22 nach außen über den Durchflußbegrenzer 116 und die in Reihe geschalteten Durchflußbegrenzer 98 und 118 abströmen Der Durchflußbegrenzer 116 ist derart ausgewählt, daß der sich in der Leitung 64 ausbildende Enddruck eine Funktion von der Einstellung des variablen Durchflußbegrenzers 96 ist. Wenn daher dieser zuletzt. genannte Durchflußbegrenzer so eingestellt ist, daß er eine Gasströmung mit einem bestimmten Druck an dem Verbindungspunkt 120 erzeugt, verbleibt während der gesamten Ausatemperiode ein Restdruck in der Le#itung 64 sowie eine Restkraft, die gegen die Membran 28 drückt.
• Wenn daher der variable Durchflußbegrenzer 96 auf einen erwünschten Wert eingestellt ist, erhält man einen Uberdruck am Ende des Ausatemvorgangs, d. h. einen sogenannten PEEP-Zustand. Es zeigte sich, daß ein derartiger PEEP-Zustand bei verschiedenen Erkrankungen des Atemsystems, wie beispielsweise der Erkrankung der Hyalinmembran, günstig ist.
• Die Ausatemperiode hält über eine Zeitdauer an. Diese Zeitdauer wird von der Zeit bestimmt, die zur Abgabe des in dem Raum 110 befindlichen Gases an die Atmosphäre über die als variabler DurchfluBbqrenzer ausgebildete Ausatemzeitsteuerung 102 benötigt wird. Wenn der von dem im Raum 110 befindlichen Gas an der Steueröffnung 74" des Elements 72 ausgeübte Druck unter die von dessen Feder 78" ausgeübte Kraft abfällt, wird das Element 72 in seine Normallage zurückgestellt, die in der Zeichnung dargestellt ist. Dieser Rücksetzvorgang findet rasch mit einer Schnappwirkung statt, was eine Folge der Druckrückführung in der Leitung 108 ist.
• Es sei darauf hingewiesen, daß die Durchflußbegrenzer 112 und 114 so ausgewählt sind, daß die gesamte Rückstellkraft einschließlich der Kraft der Feder 78, die an der Steueröffnung 86 des Elements 72 ausgeübt wird, geringer ist als der maximale Einstelldruck, der an der Steueröffnung 74"von dem Raum 110 während der Einatemperiode entwickelt wird.
• Wenn das bistabile Element 72 zurückgestellt ist, beginnt ein neuer Zyklus in der vorstehend beschriebenen Weise. Die Dauer der Einatem- und Ausatemperioden ist in entsprechender Weise durch die Einstellungen der veränderlichen Durchflußbegrenzer 100 und 102 bestimmt. Die Verhältnisse von Einatemzu Ausatemdauer können daher variiert werden, um eine Anpassung an unterschiedliche Erfordernisse zu ermöglichen.
• So ist es beispielsweise möglich, die Ausatemzeitsteuerung 102 so einzustellen, daß Atmungsvorgänge mit relativ lang dauernden Ausatemperioden geschaffen werden können, d. h. es ergibt sich ein Verhältnis von Einatem- zu Ausatemzeit, das kleiner ist als ungefähr 1 : 5. Diese Betriebsart wird als intermittierende Zwangsatmung - auch als IMV abgekürzt - bezeichnet. Diese intermittierende Zwangsatmung kann erwünscht sein, wenn dem Patient seine Abhängigkeit von dem Atemgerät abgewöhnt werden soll.
• Die intermittierende Zwangsatmung erhöht hierdurch allmählich - mit zunehmender Reduzierung dieses Verhältnisses - die Fähigkeit des Patienten, die Atmung selbst in Gang zu halten.
• Die vorstehende Beschreibung betraf einen Betrieb des Atemgeräts 10, bei welchem während der Einatemperiode der Gasdruck an der zum Patienten führenden oeffnung 18 nicht ausreichte, um den auf die Auslaßöffnung 24 von der Membran 28 ausgeübten Schließdruck zu überwinden. Hierdurch ergibt sich eine volumenbegrenzte Betriebsart, bei der ein konstantes Gasvolumen dem Patienten zugeführt wird. Wenn Jedoch der variable Durchflußbegrenzer 94, der den maximalen Einatemdruck steuert, so eingestellt ist, daß der Gasdruck an der zum Patienten führenden Öffnung 18 ausreicht, um den Schließdruck der Membran während jeder Einatemperiode zu überwinden, arbeitet das Atemgerät mit einer druckbegrenzten Betriebsart. Beim Auftreten einer derartigen oberen Druckgrenze wird der Gasüberschuß an dem zum Patienten führenden Verbindungsstück 16 über die Auslaßöffnung 24 zur Atmosphäre abgegeben.
• Mit dem Atemgerät 10 läßt sich eine weitere Betriebsart erreichen, wenn man das Absperrventil 92 in der Gaszuführung schließt, so daß die logische pneumatische Steuerung 30 wirksam außer Betrieb gesetzt wird. In einem derartigen Falle erfolgt eine Gas zufuhr lediglich zu der Einlaßöffnung 82 des Drucksteuerelements 68 von der Quelle 88. Bei dieser Betriebsart läßt man die für die Atmung vorgesehene bzw. geeignete Gasmischung an der zum Patienten führenden Öffnung 18 in die Atmosphäre über die Öffnung 24 im Ventil 22 austreten. Aufgrund des kontinuierlichen Vorhandenseins von einem Gegendruck, der von der Quelle 88 über die Durchflußbegrenzer 96, 98 und die Leitung 64 an die Steuerkammer angelegt ist, wird an der zum Patienten führenden Öffnung 18 eine kontinuierliche Beatmung unter Überdruck - d. h.
• eine CPAP-Beatmung - sichergestellt. Diese Betriebsweise wird für eine Behandlung von Krankheiten, wie beispielsweise einer Erkrankung der Hyalinmembran, als günstig erachtet.
• Wenn sowohl die Gaszufuhr 88 als auch die Gaszufuhr 90 durch zusätzliches Schließen des variablen Durchflußbegrenzers 96 abgeschaltet werden, verbleibt das Atemgerät betriebsbereit, wobei es eine konstante Gasströmung aufrechterhält, die an der zum Patienten führenden Öffnung 18 vorbeiströmt. Diese Betriebsart kann beispielsweise verwendet werden, um eine speziell festgelegte Sauerstoffkonzentration einem Patienten zuzuführen, der keine weitere Atemhilfe benötigt.
• Die vielen Vorteile des erfindungsgemäßen Atemgeräts dürften aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein. Es erfolgt eine konstante Vorbeileitung eines Gases an dem Patienten, der somit zu Jedem Zeitpunkt einatmen kann. Das Atemgerät läßt sich aus relativ preiswerten Bauelementen herstellen. Darüber hinaus ist es ausreichend leicht, so daß es in einer tragbaren Ausführungsform verwendet werden kann. Man erhält ein anpassungsfähiges Atemgerät mit vielen Betriebsmöglichkeiten, das sich für die Behandlung von vielen verschiedenen Krankheiten eignet. Die Verwendung der pneumatischen Steuerung ermöglicht darüber hinaus die Verwendung des Atemgeräts auch in explosionsgefährdeten Umgebungen.
• Mit der Erfindung wird somit ein kompaktes Atemgerät geschaffen, das unter Umgebungsbedingungen, d. h. in der Außenwelt betrieben werden kann. Dieses Atemgerät enthält eine Einrichtung mit einem zum Patienten führenden Verbindungsstück, das eine zum Patienten führende Öffnung, eine Einlaßöffnung und eine Steueröffnung enthält, wobei die letztere parallel zu der zum Patienten führenden Öffnung für die Abgabe eines zur Atmung verwendbaren Gases angebracht ist. Das Atemgerät enthält desweiteren eine Einrichtung, um der Einlaßöffnung eine Strömung von einem die Atmung unterhaltenden Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit zuzurührc, die so ausgewählt ist, daß sie den Atemzyklus des Patientin unterstützt, der das Gas von der zum Patienten führenden Öffnung einatmet, wobei eine kontinuierliche Gaszuführung durch die Einlaßöffnung erfolgt und dieses Gas durch die zum Patienten führende Öffnung und die parallele Steueröffnung hindurchtritt. Das Atemgerät enthält desweiteren ein Steuerventil, das zwischen die Steueröffnung und die Umgebung so geschaltet ist, daß über es zwecks Steuerung des Gases an der zum Patienten führenden Öffnung die Freigabe des Gases von der Steueröffnung geregelt wird. Das Atemgerät enthält ferner ein pneu matisch gesteuertes bistabiles Gasdrucksteuerelement, das betriebsmäßig mit dem Steuerventil gekoppelt ist und dazu dient, die Strömung des einzuatmenden Gases zu der zum Patienten führenden Öffnung während eines Zustands des bistabilen Elements zu regeln,und die Strömung des Ausatemgases von der zum Patienten führenden Öffnung während des anderen Zustands des bistabilen Elements zu ermöglichen. Das Atemgerät enthält schließlich eine oszillierende bzw. Schwingungen durchführende Einrichtung, welche dazu dient, in zyklischer Weise Gasdrücke zwischen verschiedenen ausgewählten Niveaus derart zu ändern, daß das bistabile, den Gasdruck regelnde Element zwischen seinen Zuständen umgeschaltet wird, wobei ein erstes Gasdruckniveau von der pneumatischen, Schwingungen durchführenden Einrichtung so ausgewählt wird, daß es entsprechend einer erwünschten Zeitdauer für die Strömung des Einatemgases zu der zum Patienten führenden Öffnung andauert und wobei ein zweites Gasdruckniveau von der pneumatischen, eine Schwingung durchführenden. Einrichtung so ausgewählt wird, daß es entsprechend einer erwünschten Länge des Zeitintervalls für die Strömung des Ausatemgases von der zum Patienten führenden Öffnung hinweg anhält. Durch diese Ausbildung des Atemgeräts gelingt es der zum Patienten führenden Öffnung kontinuierlich ein die Atmung unterhaltendes Gas von der Einlaß öffnung zuzuführen, und zwar unabhängig von dem Zustand, den das Steuerventil einnimmt, während eine Atemhilfe für den Einatem- und Ausatemvorgang geschaffen wird.
• Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist das Steuerventil in dem vorstehend beschriebenen Atemgerät mit einer Auslaßöffnung und einer Membran versehen, welche steuerbar zwischen die Steueröffnung und die Auslaßöffnung eingebracht ist, um die Abgabe des Gases von dem Patienten über die Steueröffnung zur Auslaßöffnung im Ansprechen auf den auf einer Seite der Membran angelegten Druck zu regeln. Diese eine Seite der Membran ist an das bistabile Gasdruck-Steuerelement angekoppelt, wodurch der Betrieb der Membran gesteuert wird. Das Steuerventil ist zweckmäßigerweise desweiteren mit einem Überdruckventil versehen, das so eingestellt ist, daß das eine Atmung unterhaltende Gas an die Umgebung freigegeben wird, sobald ein vorbestimmtes maximal zulässiges Druckniveau an der zum Patienten führenden Öffnung erreicht ist.
• In dem Atemgerät enthält die Einrichtung zur Steuerung der Einatem- und Ausatemgasströmung an der zum Patienten führenden Öffnung desweiteren eine Einrichtung, welche eine Zuführung von einem unter Druck stehenden Gas liefert,sowie eine Maximaldrucksteuerung, die betriebsmäßig zwischen die Einrichtung für die Gaszufuhr und das bistabile, Gasdruck-Steuerelement eingeschaltet ist, um ein erwünschtes maximales Einatemdruckniveau an der zum Patienten führenden Öffnung zu erzeugen, sowie eine Minimaldrucksteuerung, die betriebsmäßig zwischen die Einrichtung für die Gaszuführung und das bistabile, Gasdruck-Steuerelement angeordnet ist, um ein erwünschtes Ausatemdruckniveau an der zum Patienten führenden Öffnung zu erzeugen.
• Die die Gaszuführung bildende Einrichtung enthält günstigerweise eine Einrichtung, welche dazu dient, die Strömung des Gases von der Zuführung zu der Maximaldrucksteuerung zu unterbrechen, während sie gleichzeitig die Gasströmung zu der Minimaldrucksteuerung ermöglicht, so daß ein kontinuierlicher Druck an der Membran und damit auch ein kontinuierlicher Beatmungsüberdruck an der zum Patienten führenden Öffnung erzeugt wird.
• Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die pneumatische,Schwingungen durchführende Einrichtung desweiteren eine Einatemzeitsteuerung enthält, deren Betrieb auf die Einrichtung zur Gaszuführung - anspricht, um einen Einatemdrucksteuerimpuls von einer ausgewählten Größenordnung zu schaffen, um hierdurch die Dauer des maximalen Einatemdruckniveaus an der zum Patienten führenden öffnung festzulegen, sowie eine Ausatemzeit-Steuerung, die auf die Einrichtung der Gaszuführung anspricht und einen Ausatemdrucksteuerimpuls von einer ausgewählten Größenordnung liefert, um die Dauer des erwünschten Ausatemdruckniveaus festzulegen.
• Als günstig hat es sich erwiesen, wenn in dem Atemgerät die pneumatische, eine Schwingung durchführende Einrichtung desweiteren ein Paar von bistabilen Elementen enthält, die in Rückkopplungsverbindung zueinander stehen, so daß ein pneumatischer Schwinger gebildet wird, sowie ein pneumatisches Verzögerungselement, welches betriebsmäßig das Paar der bistabilen Elemente verbindet, um eine Zeitkonstante mit der Einatem- und Ausatemzeitsteuerung für die Steuerung des pneumatischen Schwingers zu schaffen.
• Zweckmäßigerweise ist das eine pneumatische bistabile Element an das bistabile Gasdruck-Steuerelement, das andere pneumatische bistabile Element an die Einatem- und Ausatemzeitsteuerungen angeschlossen.
• Mit der Erfindung wird desweiteren ein Atemgerät geschaffen, das eine Einrichtung enthält, welche eine Zufuhr von einem die Atmung unterhaltenden bzw. unterstützenden Gas bildet, sowie ein Steuerventil mit einer Auslaßöffnung und einer Steuerkammer zur geregelten Abgabe des die Atmung unterhaltenden Gases an die Atmosphäre über die Auslaßöffnung. Dieses Atemgerät enthält desweiteren ein Rohrleitungssystem von geringer Nachgiebigkeit mit einer parallel angeschlossenen, zum Patienten führenden öffnung, das die Zufuhr des die Atmung unterhaltenden Gases zu dem Steuerventil bewirkt und gleichzeitig eine kontinuierliche Atmung von der parallel angeschlossenen zum Patienten führenden Öffnung gewährleistet. Dieses Atemgerät enthält schließlich eine pneumatische Steuerung, die betriebsmäßig an die Steuerkammer des Steuerventils angeschlossen ist, um die Steuerkammer selektiv unter Druck zu setzen und damit die Abgabe des die Atmung unterhaltenden Gases von der Auslaßöffnung zu regeln und in entsprechender Weise sowie selektiv die Bedingungen für das Einatmen und Ausatmen an der zum Patienten führenden Offnung in dem Leitungssystem mit geringer Nachgiebigkeit festzulegen.
• Bei diesem Atemgerät enthält die pneumatische Steuerung vorteilhafterweise eine Einrichtung mit einem veränderlichen pneumatischen Schwinger, der dazu dient, wiederholt zwei zeitlich variable Druckniveaus entsprechend der Zeitdauer für den Einatem-und dem Ausatemzustand festzulegen, sowie eine Einrichtung mit einem bistabilen pneumatischen logischen Element, das so angeschlossen ist, daß es auf die beiden zeitlich veränderlichen Druckniveaus anspricht, die von dem veränderlichen pneumatischen Schwinger erzeugt werden, so daß ein erster Gasdruck an die Steuerkammer angelegt wird, sowie ein zweiter Gasdruck.
• Der erste Gasdruck ist so ausgewählt, daß er einen Einatemzustand an der zum Patienten führenden Öffnung bei einem ersten stabilen Zustand ermöglicht. Der zweite der Steuerkammer zugeführte Gasdruck ist so ausgewählt, daß er einen Ausatemzustand an der zum Patienten führenden Öffnung bei einem zweiten stabilen Zustand des logischen Elements ermöglicht.
• In dem vorstehend beschriebenen Atemgerät enthält zweckmäßigerweise das bistabile pneumatische logische Element einen ersten veränderlichen Durchflußbegrenzer> der so ausgewählt ist, daß er einen Ausgangsdruck liefert, der einem erwünschten maximalen Einatemdruck entspricht, sowie einen zweiten veränderlichen Durchflußbegrenzer, der so ausgewählt ist, daß er einen Ausgangsdruck liefert, der einem erwünschten minimalen Ausatemdruck entspricht. Als günstig hat es sich erwiesen, wenn hierbei der pneumatische Schwinger ein Paar von bistabilen pneumatischen logischen Elementen enthält, die in einer Rückkopplungsschaltung miteinander verbunden sind, wobei das eine logische Element von dem Paar der logischen Elemente mit einem dritten-veränderlichen Durchflußbegrenzer versehen ist, welcher so ausgewählt ist, daß er einen Ausgangsdruck liefert, dessen Größe so bestimmt ist, daß sie die erwünschte zeitliche Periode für den Einatemzyklus festlegt und einem vierten veränderlichen I>urchflußbegrenzer, der so ausgewählt ist, daß er einen Ausgangsdruck liefert, dessen Größe so festgelegt ist, daß sie die zeitliche Periode für den Ausatemzyklus festlegt.
• Gemäß einer weiteren besonders zweckmäßigen Ausführungsform wird ein Atemgerät geschaffen, das pneumatische logische Elemente enthält, die dazu dienen, die Strömung eines die Atmung unterhaltenden Gases zu einem Patienten zu regeln. Dieses Atemgerät enthält eine Einrichtung, die eine Zuführung von einem Gas liefert, das auf einen Überdruck komprimiert ist. Das Atemgerät enthält desweiteren eine Mehrzahl von pneumatischen Elementen, von denen Jedes eine Auslaßöffnung und ein Paar von Einlaßöffnungen sowie eine Steueröffnung enthält zwecks Auswahl der pneumatischen Verbindung zwischen einer Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung. Das Atemgerät enthält desweiteren ein Paar von pneumatischen Elementen, die in Form einer Rückkopplungsschaltung angeschlossen sind,zwecks Bildung eines pneumatischen Schwingers, wobei die Auslaßöffnung des einen pneumatischen Elements ein pneumatisches Ausgangssignal liefert, das zwischen Druckniveaus schwankt, die dem Einatem- und Ausatemzyklus des Atemgerätes entsprechen. Das Atemgerät enthält darüber hinaus erste veränderliche Einrichtungen, die zwischen die Gaszuführung und die Einlaß öffnungen des anderen pneumatischen Schwingerelements angeschlossen sind und dazu dienen, die zeitlichen Perioden für die Einatem- und Ausatemzyklen des pneumatischen Schwingers festzulegen. Das Atemgerät enthält ferner ein pneumatisches Steuerelement, bei dem die Steueröffnung effektiv auf die Ausgangsöffnung von einem der pneumatischen Elemente in dem pneumatischen Schwinger anspricht. Schließlich enthält das Atemgerät zweite veränderliche Einrichtungen, die zwischen die Steueröffnungen des pneumatischen Steuerelements und die Gaszuführung angeschlossen sind, um an der Auslaßöffnung des pneumatischen Steuerelements die Einatem- und Ausatemdruckniveaus für das dem Patienten zugeführte, die Atmung unterhaltende Gas auszuwählen.
• In dem vorstehend beschriebenen Atemgerät enthalten die ersten veränderlichen Einrichtungen bevorzugt einen veränderlichen Durchflußbegrenzer, der die Ausatemzeitdauer begrenzt und wirksam zwischen die eine Einlaßöffnung des einen pneumatischen Elements von dem Schwinger und den Umgebungsdruck angeschlossen ist.
• Die ersten veränderlichen Einrichtungen enthalten desweiteren einen veränderlichen Gasströmungs-Druchlaßbegrenzer, der die Einatemdauer begrenzt und wirksam zwischen der anderen Einlaßöffnung von dem einen pneumatischen Element des Schwingers und die Zuführung für das unter Druck stehende Gas angeschlossen ist.
• Die zweiten veränderlichen Einrichtungen enthalten bevorzugt einen veränderlichen Strömungsbegrenzer, der den Druck des Ausatemgases bestimmt und einen veränderlichen Gas-Strömungsbegrenzer, der den Druck des Einatemgases bestimmt, die wirksam zwischen die Gaszuführung und die entsprechenden Einlaßöffnungen des pneumatischen Steuerelements angeschlossen sind.

Claims (12)

Patentansprüc he

1. Atemgerät mit einer Zuführung für ein die Atmung unterhaltendes Gas, dadurch gekennzeichnet, daß dieses über ein Rohrleitungssystem (12, 16, 58) einer zum Patienten führenden Öffnung (18) und einem Steuerventil (22) zugeführt wird, wobei das Steuerventil eine Auslaßöffnung (24) und eine Steuerkammer (26) enthält, welche den Austritt des Gases in die Atmosphäre steuern, und daß eine pneumatische Steuerung (30) an die Steuerkammer (26) des Steuerventiles (22) angeschlossen ist, welche selektiv die Steuerkammer derart unter Druck setzt, daß die Abgabe des die Atmung unterhaltenden Gases von der Auslaßöffnung (24) geregelt und dementsprechend selektiv Einatmungs- und Ausatmungszustände an der zum Patienten führenden Öffnung (18) geschaffen werden.

2. Atemgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Steuerung (30) einen variablen pneumatischen Schwinger (66) enthält, der wiederholt entsprechend der Zeitdauer für den Einatem- und Ausatemvorgang zwei sich mit der Zeit ändernde Druckniveaus erzeugt, sowie ein bistabiles pneumatisches logisches Element (68), das im Ansprechen auf die zeitlich veränderlichen Druckniveaus in dem veränderlichen pneumatischen Schwinger (66) zwischen seinen beiden stabilen Zuständen umgeschaltet wird und dementsprechend die Steuerkammer (26) alternierend zwei unterschiedlichen Gasdrücken aussetzt.

3. Atemgerät mit einer Zuführung für ein unter Überdruck stehendes Gas, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine pneumatische Steuerung (30), welche die Strömung eines die Atmung unterhaltenden Gases zu einem Patienten steuert und eine Mehrzahl von pneumatischen Elementen (68, 70, 72) enthält, von denen jedes eine Auslaßöffnung (84, 84', 84") und ein Paar von Einlaßöffnungen (80, 82; 80', 82'; 80", 82") sowie eine Steueröffnung (74, 74', 74") enthält, die dazu dient, die Verbindung zwischen einem der Einlaßöffnungen und der Auslaßöffnung auszuwählen, wobei ein Paar der pneumatischen Elemente (70, 72) in einer Rückkopplungsschaltung angeordnet ist, so daß ein pneumatischer Schwinger (66) entsteht, wobei die Auslaßöffnung (84") von einem der pneumatischen Elemente (72) einen Ausgangsdruck liefert, der periodisch zwischen zwei verschiedenen Niveaus entsprechend dem Einatem- und Ausatemzyklen variiert, wobei die Gaszuführung über erste veränderliche Steuereinrichtungen (100, 102) an die Einlaßöffnungen (80', 82') des anderen pneumatischen Elements (70) zwecks Auswahl der zeitlichen Perioden für die Einatem- und Ausatemzyklen an--yeschlossen ist, sowie ein weiteres zur Steuerung dienendes pneumatisches Element (68), dessen Steueröffnung (74) ail die Ausgangsöffnung (84") des einen pneumatischen Elenl-nts (72) angeschlossen ist, wobei die Gaszuführung über zweite veränderliche Steuereinrichtungen (94, 96) an die Einlaßöffnungen (80, 82) des pneumatischen Steuerelements (68) derart angeschlossen sind, daß an der Auslaßöffnung (84) des pneumatischen Steuerelements (68) Druckniveaus erzeugt werden, welche den Druck regeln, mit dem das die Atmung unterhaltende Gas dem Patienten beim Einatem- und Ausatemzyklus zugeführt wird.

4. Atemgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten veränderlichen Steuereinrichtungen einen ersten veränderlichen Durchflußbegrenzer (102) enthalten, der zwischen der einen Einlaßöffnung (82') des einen pneumatischen Elements (70) und die Umgebung geschaltet ist und die Ausatemzeit festlegt, sowie einen zweiten veränderlichen Durchflußbegrenzer (100), der zwischen die andere Einlaßöffnung (80') des einen pneumatischen Elements (70) und die Gaszuführung (90) geschaltet ist und die Einatemzeit festlegt.

5. Atemgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten veränderlichen Steuereinrichtungen einen dritten veränderlichen Durchflußbegrenzer (94) enthalten, der den Ausatemdruck festlegt, sowie einen vierten veränderlichen Durchflußbegrenzer (96), der den Einatemdruck festlegt, wobei diese zwischen die Gaszuführung (90, 88) und die entsprechenden Einlaßöffnungen (80, 82) des pneumatischen Steuerelements (68) geschaltet sind.

6. Atemgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrleitungssystem eine geringe Nachgiebigkeit aufweist.

7. Atemgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatischen Elemente (70, 72) welche den pneumatischen Schwinger (66) bilden, über ein pneumatisches Verzögerungselement derart verbunden sind, daß hierdurch eine Zeitkonstante festgelegt wird, die das Umschalten des pneumatischen Schwingers bestimmt.

8. Atemgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Atmung unterhaltende Gas von der Zuführungseinrichtung kontinuierlich zu der zum Patienten führenden Öffnung (18) und der Auslaßöffnung (24) geleitet wird.

9. Atemgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (22) eine Membran (28) enthält, welche das Öffnen der Auslaßöffnung (24) in Abhängigkeit von dem Druck steuert, der an die Steuerkammer (26) von der pneumatischen Steuerung (30) geliefert wird.

10. Atemgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (26) an das bistabile Drucksteuerelement (68) angeschlossen ist.

11. Atemgerät nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (22) mit einem Überdruckventil (62) versehen ist.

12. Atemgerät nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Absperrventil (92), das die Strömung des Gases von der Gaszuführung zu dem die Maximaldrucksteuerung bewirkenden Durchflußbegrenzer (94) unterbricht, während es eine Gasströmung zu dem die Minimaldrucksteuerung bewirkenden Durchflußbegrenzer (96) ermöglicht, sodaß ein kontinuierlicher Druck an der Membran (28) erzeugt wird.

L e e r s e i t e