DE2735555C2

DE2735555C2 - Beatmungsgerät für die Notversorgung

Info

Publication number: DE2735555C2
Application number: DE2735555A
Authority: DE
Inventors: Detlef Warnow; Hans-Jörg 2400 Lübeck Ziebrecht
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1977-08-06
Filing date: 1977-08-06
Publication date: 1982-09-09
Also published as: GB2001857B; FR2399254A1; IT7809553A0; SE7806242L; IT1103088B; NL7806780A; CH633189A5; BR7804979A; ES470775A1; CA1103126A; JPS5431996A; FR2399254B3; GB2001857A; US4227519A; DE2735555A1

Description

JL

2. Volumen (IQ^-)
!.Volumen (11)

1,5

konstant festgelegt ist.

3. Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regulierventil (7) und das Flowventil (20) über Kupplungselemente (28, 29) miteinander verbunden sind und eine gemeinsame Verstelleinrichtung (30) besitzen.

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät für die Notversorgung entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekanntes Beatmungsgerät, das sich insbesondere für die Ausbildung als tragbares Gerät eignet, ist aus pneumatischen Bauelementen aufgebaut. Die Zuführung des die Atmung des Patienten unterhaltenden Atemgases erfolgt über ein Rohrleitungssystem zu einer zum Patienten führenden öffnung und zu einem Steuerventil, das eine Auslaßöffnung für das Atemgas in die Umgebung besitzt. Das Steuerventil besitzt eine Steuerkammer, mit der die Abgabe des Atemgases aus der Auslaßöffnung geregelt wird und dementsprechend »elektiv Einatmungs- und Ausatmungszustände an der zum Patienten führenden Leitung geschaffen werden. Die Verhältnisse von Einatem* zu Ausatemdauer können variiert werden, um eine Anpassung an unterschiedliche Erfordernisse zu ermöglichen, Es ist sowohl eine volumenbegrenzte Betriebsart) bei der dem Patienten ein konstantes Gasvolumen zugeführt wird, als auch eine druckbegrenzte Betriebsart möglich, Aut

jeden Fall erfolgt eine konstante Leitung des Atemgases qn dem Patienten vorbei. Nachteilig ist der verhältnismäßig komplizierte Aufbau des Gerätes, aus dem sich entsprechend viele Bauelemente mit ihren Abmessungen und Gewichten ergeben. Die komplizierte pneumatische Steuerung ist nur schwer zu übersehen. Die größte Schwierigkeit dürfte aber in dem hohen Atemgasverbrauch liegen. Er sollte für ein Transportgerät so gering wie möglich sein. Ein Verbrauch darf nur zur direkten Beatmung erfolgen. Das kontiruierliche Vorbeiströmen des Atemgases bestimmt den hohen Verbrauch (DE-OS 25 25 359).

Es ist eine Steuerung in einem Beatmungsgerät bekannt, das unter Verwendung von pneumatischen Bauelementen eine automatische assistierende und kontrollierte Beatmung von Patienten ermöglicht Die Steuerung erfolgt aus einer Druckkammer heraus, an die über einen Injektor die Atemgasversorgung und die Patientenleitung angeschlossen sind. Durch einen Inspirationstrigger und einen Exspirationstrigger, die druckgesteuert sind, wird der Druckkammer zur Weiterleitung an den Patienten Atemgas zugeführt. Dazu wird durch Unterdruck beim Einatmen der Zuführhahn geöffnet, der sich nach Einstellung des Normaldruckes wieder schließt. Druckgesteuerte Geräte sind für viele Fälle der Ersten-Hilfe-Beatmung nicht verwendbar, da sie den Verunglückten kein konstantes Beatmungsgasvoluraen zuführen. Die Patienten erzeugen durch in der Menge unterschiedlich anfallendes Atemwegsekret einen sich häufig ändernden Gegendruck gegenüber dem zuzuführenden Atemgas. Bei einem druckgesteuerten Atemgerät führt das dann zu unterschiedlichen Beatmungsvolumen im alveolaren Lungenbereich (DE-OS 19 51 637).

Ein bekannter druckmittelbetätigter Schwingungserzeuger, der in einer Lungenbeatmungsvorrichtung betrieben werden kann, enthält ein unsymmetrisch gesteuertes Fünfwegventil und als Taktgeberventile zwei federbelastete Dreiwegventile. Die Steuereinlässe des Fünfwegventils sind über je ein Taktgeberventil gegenläufig abwechselnd mit dem Atemgasvorrat verbunden oder zur Atmosphäre entlüftet Dafür sind der Zuführeinlaß des Fünfwegventils mit dem Atemgasvorrat und jeweils einer seiner Durchlässe über eine einstellbare Drossel mit dem Steuereinlaß eines der Taktgeberventile fest verbunden. An einen dieser Druchlässe ist außerdem eine Impulsausgangsleitung zu einem Patientenventil angeschlossen. Die beiden weiteren Auslässe führen zur Atmosphäre. In jeder Schaltstellung des Fünfwegventils ist der Steuereinlaß eines Taktgeberventils zur Atmosphäre entlüftet, während der Steuereinlaß des anderen Taktgeberventils mit dem Atemgasvorrat verbunden ist In diesem baut sich in einem durch die Einstellung der Drossel bestimmten Intervall ein hinreichender Druck zur Umschaltung des Taktgeberventils auf, wodurch dann die Umschaltung des Fünfwegventils bewirkt wird. So ergibt sich ein fortlaufender Stellungswechsel des Fünfwegventils und eine Impulsfolge auf der Impulsausgangsleitung. Nachteilig ist der große Aufwand an Steuerventilen, der außer den Herstellkosten auch der Platzbedarf und die Störanfälligkeit erhöht Zur Regelung der Beatmungsfrequenz ist eine Verstellung beider Drosseln erforderlich, wenn dabei eine Veranden rung des Atemzeitverhältnisses vermeiden werden soll« 'Dies ist für ungeübte Helfer in Notsituationen unübersichtlich (DE-OS 25 50 734).
Eine bekannte Zyklussteuerung für ein Beatmungsgc

rät enthält als weitgehend identische Steuerglieder eine Einatmungspatrone und eine Ausatmungspatrone. Jede enthält ein monostabiles Steuerventil, das von einer Feder geschlossen und von einer Membran unter Steuerdruck geöffnet wird. Weiterhin enthält sie ein Zeitglied aus einem Einstellventil und einer mit dessen Abgang verbundenen, durch die Membran abgeschlossenen Membrankammer. Ein erster Gasweg verläuft vom Atemgasvorrat über das Steuerventil der Ausatmungspatrone und eine Einstellvorrichtung für die Gasmenge, also ein Flowventil, zum Patienten. Ein zweiter Gasweg verläuft vom Atemgasvorrat über das d Einste!!ventil der Ausatmungspatrone und das Steuer- ^ ventil der Einatmungspatrone zur Atmosphäre. Zwisehen dem Steuerventil der Ausatmungspatrone und |· dem Flowventil sind ein dritter Gasweg und eine •| Steuerdruckleitung abgezweigt Der dritte Gasweg verläuft über das Einstellventil der Einatmungspatrone und ein membrangesteuertes Entlüftungsventil zur jj- Atmosphäre. Die Steuerdruckleitung führt zum Steuer-

ji anschluß des Entlüftungsventils. In der Ausatemphase - sind beide Steuerventile geschlossen. Dann beginnt die

\ Füllung der Membrankammer der Ausatmun^spatrone über das zugehörige Einstellventil. Mit dem Ablauf der Ausatemzeit überwindet der Druck in der Membran-''·· kammer die Federkraft und öffnet das Steuerventil der _■ Ausatmungspatrone, Atemgas fließt zum Patienten. f Zugleich beginnt über den dritten Gasweg die Füllung der Membrankammer der Einatmungspatrone über das zugehörige Einstellventil. Mit dem Ablauf der Finatem-Ί zeit überwindet der Druck in der Membrankammer die ,· Federkraft und öffnet das Steuerventil der Einatmungspatrone. Dadurch wird die Membrankammer der Ausatmungspatrone entlüftet und deren Steuerventil geschlossen. Der Steuerdruck in der Steuerdruckleitung entspannt sich über das Flowventil zum Patienten und gibt das Entlüftungsventil frei.

Nun kann sich die Membrankammer der Einatmungspatrone zur Atmosphäre entlüften und das Steuerventil der Einatmungspatrone schließen, worauf sich der Zyklus wiedr-holt. Nachteilig ist. daß das Entspannen des Steuerdruckes für das Entlüftungsventil von der Einstellung des Flowventils abhängig ist und Hamit eine Veränderung der Flow-Einstellung auch in den Zeitablauf eingreift. Während der Öffnungszeit des Steuer-'. ventils der Einatmungspatrone geht der kontinuierliche ( Gasstrom aus dem Einstellventil der /-iusatmungspatro-, ne in die Atmosphäre verloren. Ein Einstellglied für die Beatmungsfrequenz ist nicht vorhanden, sondern es müssen die Einstellventile der Einatmungs- und ' Ausatmungspatrone versi.-llt werden, was für weniger Geübte unübersichtlich ist und zu unbeabsichtigten Veränderungen des Atemztitverhältnisses führen kann (DE-OS 15 66 580).

Ein bekanntes Zeitsteuersystem für ein Beatmungsgerät ist aus fünf gleichartigen pneumatisch-statischen t Steuerventilen aufgebaut, die in ihrer einen Schaltstellung einen Durchgang bilden. In der anderen Schaltstellung ist der Durchgang gesperrt und din abführende Leitung entlüftet. Vier der Steuerventile sind zusammen mit zwei Zeitgliedern, deren eines die Einatemzeit und deren anderes die Ausatemzeit bestimmt, zu einem f Taktgeber geschaltet. Dessen Ausgangssignal steuert das fünfte Steuerventil an, das den von eitlem Einstellventil bestimmten Gasdurchgang zum Patienten ® steuert. Die Zeitglisder bestehen jeweils aus einer ίί Drossel und einem verstellbaren Volumen, gebildet aus einem Zylinder mit Verschiebbarem Kolben. Bei der Verstellung der Ein- und Ausatemzeit wird durch gemeinsame Betätigung der Kolben beider Zylinder, die dafür mechanisch verbunden sind, ein konstantes Zeitverhältnis gewahrt. Nachteilig ist die hohe Anzahl der verwendeten Steuerventile, denn Aufwand, Platzbedarf, Gewicht und Störanfälligkeit wachsen mit der Zahl dieser Bauteile. Die ZeiteinsieUung durch Veränderung der verstellbaren Volumen bringt einen großen mechanischen Aufwand mit sich (US-PS 34 46 207).

Aufgabe der Erfindung ist, ein kleines, sicheres und einfaches Beatmungsgerät für die Versorgung in akuten Fällen mit einer pneumatischen Steuerung unter Einhaltung einwandfreier physiologischer Beaimungsparameter in bezug auf die Beatmungsfrequenz, das Beatmungsvolumen und das Atemzeitverhältnis zu schaffen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichendes Patentanspruchs 1.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es mit wenigen bewährten Bauelementen möglich ist, ein k'-'nes und sicher arbeitendes Beatmungsgerät für Notversorgung^ zu erhalten. Mit dem vorgewählten konstanten Atemzeitverhältnis 1 :1,5 nach Anspruch 2, das sowohl für Kinder wie auch für Erwachsene für die Notversoigung außerhalb der Klinik ein günstiger Wert ist, wird nur durch freie Wahl der Beatmungsfrequenz und des dazu passenden Beatmungsvolumens bereits eine Anpassung der Beatmung mit einwandfreien physiologischen Beatmungsparametern an den jewei'igen Patienten möglich. Durch den im Beatmungsgerät vorhandenen und unter Druck stehenden Atemgasvorrat werden in einfacher Weise alle Steuer- und Schaltfunktionen selbsttätig ausgeführt. Die Beatmungsfrequenz und das Beatmungsvolumen sind nach Wunsch einstellbar. Mit dem Merkmal des Anspruchs 3 wird unter Benutzung der bekannten Beatmungsfrequenzwerte und dem dazu passenden Beatmungsvolumen sowohl für Kleinkinder. Kinder und Erwachsene durch die emsprechende Auslegung der Kupplungselemente für das Beatmungsgerät eine Einknopfbedienung erreicht. Damit wird es für kute Notfälle auch für medizinische Laienhelfer anwendbar. Es ist dann lediglich durch eine Verstelleinrichtung an den Patienten anpaßbar. Beatmungsfehler durch eine falsche Einstellung sind p^aktiscn ausgeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben.

Das Beatmungsgerät wird über den funktionellen Zusammenhang dargestellt. Aus dem Atemgasvorrat 1. der unter Druck steht, fließt das Atemgas über das Filter 2, den Hauptschalter 3, über die Leitung 4 zum 2. Steuerventil 5, das für eine 3/2-Funktion ausgelegt ist.

Bei 31 ist an die Leitung 4 die Leitung 6 angeschlossen, die über das Regi'';erventil 7 als Leitung 8 zum I. Steuerventil 9, das eine 5/2-Funktion besitzt, weitergeführt ist. Die be'den Steuerventile 5 und 9 bilden zusammen mit dem 2. Volumen 10 und dem 1. Volumen 11 die Zeitsteuereii.neit 12. Die beiden Steuerventile 5 und 9 sind mit einer mechanischen Hemmung ausgerüstet, so daß sie erst bei Erreichen eines bestimmten Schaltdruckes schalten. Das i. Steuerventil 9 ist durch die Feder 13 ein monostabiles Schaltelement mit einer Vorzugsdurchsteuerung der Leitung 8 nach der Steuerleitung 14, mit der über das 1. Volumen 11 das 2. Steuerventil 5 angesteuert ist.
Während der Zeitkonstanten 7i, die sich aus dein

pneumatischen Widerstand R des Regulierventils 7 und der Kapazität Cn des 1. Volumens 11 ergibt, erfolgt bei 15 eine Ansteuerung des 2. Steuerventils 5 mit kontinuierlichem Druckanstieg. Mit dem Erreichen des Schaltdruckes steuert die Leitung 4 auf Leitung 16 durch, das 2. Steuerventil 5 bleibt dann stabil in dieser Durchsteuerung stehen. Der Druck aus der Leitung 4 erreicht dann über die Leitung 16 die Ansteuerung 17 des 1. Steuerventils 9 Und schaltet dort die Leitung 8 auf die Steuerleitüng 18, Dabei wird gleichzeitig die Steuerleitung 14 über die Entlüftung 19 frei. Über die Leitung 16 fließt das Atemgas durch das Fiowventil 20 lind die Leitung 21 zum Benutzer, dem Patienten 22. Mit dem Ende der Zeitkonstanten 71 beginnt also die Einatmung. An die Leitung 21 sind ein Druckbegrenzungsventil 23 und das in der Ausatemphase entlüftende Ventil 24 angeschlossen. Das Beatmungsventil 23, dem Patienten 22 vorgeschaltet, erlaubt den Durchfluß des Atemgases und steuert die Ausatmung des Patienten in die Atmosphäre.

Mit der Umsteuerung der Leitung 8 auf die Steuerleitung 18 beginnt die Zeitkonstante T₂, die die Einatemzeit bestimmt. Dabei wird über die Steuerleitung 18 und das 2. Volumen 10 bei 26 das 2. Steuerventil 5 angesteuert. Nach Erreichung des Schaltdruckes wird durch Schaltung der Durchgang von Leitung 4 nach Leitung 16 gesperrt und damit mit dem Ende der Zeitkonstanten Ti auch die Einatmung beendet. Die Leitung 16 wird über die Entlüftung 27 entlüftet Die Zeitkonstante Tj ergibt sich aus dem pneumatischen Widerstand R des Regulierventils 7 und der Kapazität do des 2. Volumens 10. Mit dem Ende der Zeitkonstanten Ti und dem erneuten Beginn der zeitkonstanten Ti fließt kein Atemgas mehr zum Patienten 22, das Ventil 24 wird druckfrei und entlüftet die Leitung 21. Der Patient 22 kann über das Beatmungsventil 25 ausatmen. Mit der Entlüftung der Leitung 16 wird gleichzeitig die Ansteuerung 17 des 1. Steuerventils 9 drucklos, durch die Feder 13 wird dann die Leitung 8 wieder auf die Steuerleitung 14 gesteuert Es läuft damit wieder die Zeitkonstante 7Ί mit dem Beginn des Druckanstieges im 2. Steuerventil 5.

Die Zeitkonstante T\ = R ■ Cu

bestimmt die Länge der Ausatemzeit und

die Zeitkonstante Ti-R- Go
die Länge der Einatemzeit

Das Atemzeitverhältnis ist

C₁₁

Durch eine bestimmte Wahl der beiden pneufriatl· sehen Volumen 10 und 11 ist das Atemzeitverhältnis

Ά Γ.

als Konstante festgelegt.
Die* BeatmüngsfreqUfinz ergibt sich mit Cn + Cio = K

T₁+T₁

₁₁ +C₁₀) R-K

als Funktion des mit dem Regulierventil 7 sich ändernden pneumatischen Widerstandes R.
Das Atemzeitverhältnis mit

1,5

durch die entsprechend gewählten beiden Volumen 10 Und 11 festgelegt, gestattet für die Notversorgung von akut gefährdeten Patienten außerhalb der Klinik zur Erhaltung der Vitalfunktionen sowohl für Kleinkinder, Kinder und Erwachsene die Festlegung zuelnandergehörende. Werte von Beatmungsfrequenz und Beatmungsvolumen. Dabei ergaben sich z. B. folgende Zuordnungen:

Für Erwachsene

Beatmungsfrequenz 15/Min.,
Beatmungsvolumen 700 cm³,

für Kinder

Beatmungsfrequenz 30/Min.,
Beatmungsvolumen 200 cm³.

Das Regulierventil 7 regelt die Beatmungsfrequenz, mit dem Fiowventil 20 wird das Beatmungsvoiumen geregelt Das Regulierventil 7 und das Fiowventil 20 sind über die Kupplungselemente 28 und 29 miteinander verbunden. Mit einer Drehung der Verstelleinrichtung 30 verstellen sich sowohl das Regulierventil 7 und das Fiowventil 20. Mit entsprechender Auslegung der Kupplungselemente 28: und 29 werden damit bei Betätigung der Verstelleinrichtung 30 jeweils die gewünschten Zuordnungen Beatmungsfrequenz—Beatmungsvolumen automatisch eingestellt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pneumatisch mittels statischer Steuerelemente gesteuertes Beatmungsgerät für die Notversorgung, mit dem dem Benutzer aus dem Atemgasvorrat eine in dem Regelventil nach der Menge eingestellte Atemgasmenge zugeführt wird und die Ein- und Ausatemzeit einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zeitsteuereinheit (12) mit einem mit dem Atemgasvorrat (1) über ein Regulierventil (7) verbundenen monostabilen 1. Steuerventil (9) und einem durch dieses über eine Steuerleitung (14) mit einem bestimmten 1. Volumen (11) an einer Ansteuerung (15) und eine weitere Steuerleitung (18) mit einem bestimmten 2. Volumen (10) an einer Ansteuerung (26) wechselweise mit dem Atemgasvorrat (1) und der Atmosphäre verbundenen bistabilen 2. Steuerventil (5) enthält, über das in der Einatemphase über ein Flowventil (20) und eiⁿ Beatmungsventil (25) eine Atemgasverbindung von dem Atemgasvorrat (1) zum Patienten (22) besteht und in der Ausatemphase das Beatmungsventil (25) für die Ausatmung zur Atmosphäre geöffnet ist, und wobei die Atemgasverbindung vom 2. Steuerventil (5) zum Patienten (22) mit einer Ansteuerung (17) des 1. Steuerventils (9) verbunden ist

2. Pneumatisch gesteuertes Beatmungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Atemzeitverhältnis durch