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DE69824752T2 - Vorrichtung für sauerstofftherapie - Google Patents

Vorrichtung für sauerstofftherapie Download PDF

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Publication number
DE69824752T2
DE69824752T2 DE69824752T DE69824752T DE69824752T2 DE 69824752 T2 DE69824752 T2 DE 69824752T2 DE 69824752 T DE69824752 T DE 69824752T DE 69824752 T DE69824752 T DE 69824752T DE 69824752 T2 DE69824752 T2 DE 69824752T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
patient
valve
pressure
outlet opening
gas
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE69824752T
Other languages
English (en)
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DE69824752D1 (de
Inventor
Richard Andrew Aldershot TATAREK
Mark Jonathan Pershore HARRIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Scott Health and Safety Ltd
Original Assignee
Scott Health and Safety Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Scott Health and Safety Ltd filed Critical Scott Health and Safety Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE69824752D1 publication Critical patent/DE69824752D1/de
Publication of DE69824752T2 publication Critical patent/DE69824752T2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Description

  • Diese Erfindung betrifft Sauerstofftherapiegeräte zur Zufuhr von atembarem Gas, zum Beispiel Sauerstoff, zu Patienten.
  • Die Sauerstofftherapie wird in medizinischen Anwendungen in breitem Umfang verwendet und wird in Krankenhäusern, mit einem Sauerstofftherapievermögen an den meisten Krankenhausbetten, in sehr breitem Umfang angewandt. Jedoch verschwenden viele bekannte Sauerstofftherapievorrichtungen bis zu 2/3 des von der Vorrichtung abgegebenen Sauerstoffs, auf Grund der Tatsache, dass die Vorrichtung während des Zeitraums, wenn der Patient ausatmet, einen Strom abgibt. Es gibt insofern eine weitere Verschwendung, als nur der zu Beginn eines Atemzuges abgegebene Sauerstoff tief in die Lungen gelangt, wo er absorbiert wird. Außerdem sind der Bedarf des Patienten und die verfügbaren Einstellungen häufig schlecht aufeinander abgestimmt; zum Beispiel könnte es sein, dass eine Person, die 2,5 l/min benötigt, wegen der geringen Anzahl von verfügbaren Einstellungen 4 l/min bekommen muss. Die Erfindung betrifft somit insbesondere eine Sauerstoffeinsparvorrichtung für Sauerstofftherapiegeräte, welche Vorrichtung danach trachtet, diese Sauerstoffverschwendung zu verringern.
  • Viele Patienten sind zur Mobilität von Sauerstoff abhängig und müssen somit Flaschen tragen, die typischerweise ein paar Stunden reichen. Eine Sauerstoffeinsparvorrichtung kann verwendet werden, um zu bewirken, dass dieselbe Flasche länger reicht, oder um zu bewirken, dass eine viel kleinere und leichtere Flasche die existierende Zeit abdeckt.
  • Es gibt eine Reihe von Sauerstoffeinsparvorrichtungen auf dem Markt, die auf eine von zwei Arten funktionieren. Eine erste ist eine elektrisch betriebene Vorrichtung, die während des Ausatmens ein Gasreservoir aufbaut, und, wenn der Patient einzuatmen beginnt, für einen Moment ein Ventil öffnet, wobei ein Sauerstoffimpuls in den ersten Teil des eingeatmeten Atemzugs abgegeben wird. Eine Veränderung der Abgabemenge erfolgt durch Betätigung der Einheit bei jedem zweiten Atemzug, jedem dritten Atemzug oder jedem vierten Atemzug. Diese spart Sauerstoff, weist jedoch eine begrenzte Anzahl von Einstellungen auf und benötigt Batterien und eine zugehörige Schaltungsanordnung. Zudem weisen solche Einheiten normalerweise zusätzliche Steuerungen auf, die für Menschen, welche die Sauerstofftherapie nutzen, unerwünscht sind.
  • Eine zweite Vorrichtung ist eine, die einschließt, was tatsächlich ein Anforderungsventil ist, mit einer Membran, um die Abnahme des Drucks beim Einatmen zu erfassen, was (sagen wir durch Vorsteuerbetätigung) ein Ventil für den Hauptstrom öffnet, und es schließt, wenn das Ausatmen endet. Diese Art Vorrichtung muss eine den Patienten versorgende Zwillingsröhre aufweisen, weil der Widerstand der Röhre während des Strömens (sagen wir 500 mm H2O) ein Vielfaches der Größenordnung des Signals ist, somit zu groß ist, um das kleine Unterdrucksignal (sagen wir 3 mm H2O) zur Membran durchzulassen, und so die Membran schließen würde. Beispiele solcher Vorrichtungen sind im US Patent Nr. 4,054,133 und in der Internationalen Patentanmeldung Nr. WO 96/40336 beschrieben.
  • Erfindungsgemäß wird eine pneumatisch betriebene oder betätigte Einsparvorrichtung für die Zufuhr von atembarem Gas zu einem Patienten bereitgestellt, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Einlassöffnung zur Aufnahme einer Druckgaszufuhr und eine Auslassöffnung zur Abgabe einer Druckgaszufuhr über eine Kanüle zum Patienten, eine die Einlassöffnung mit der Auslassöffnung verbindende Ventileinrichtung, eine Stellorganeinrichtung, um zu bewirken, dass sich die Ventileinrichtung öffnet, so dass in dem Fall, dass der Patient einatmet, Gas zum Patienten zugeführt wird, eine Einrichtung, um zu überwachen, ob der Patient einatmet oder ausatmet, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kanüle eine einzelne Röhre umfasst, welche die Auslassöffnung mit dem Patienten verbindet, dass die Stellorganeinrichtung betätigbar ist, um die Ventileinrichtung zu steuern, um während des Einatmens atembares Gas von der Einlassöffnung aus in einer Reihe von Impulsen von voreingestellter Dauer zur Auslassöffnung zu liefern, so dass zwischen Impulsen ein Überwachungszeitraum definiert wird, dass die Überwachungseinrichtung eine Einlassleitung aufweist, die mit der Auslassöffnung verbunden ist, wodurch der Gasdruck an der Auslassöffnung während des Überwachungszeitraums überwacht werden kann, so dass es der Überwachungseinrichtung ermöglicht wird, auf fortgesetztes Einatmen zu prüfen, wobei die Stellorganeinrichtung eine Einrichtung aufweist, die mit der Überwachungseinrichtung verbunden ist, um zu bewirken, dass sich in dem Fall, dass der Patient während des Überwachungszeitraums noch einatmet, die Ventileinrichtung öffnet, um die Gaszufuhr zum Patienten wiederherzustellen.
  • Allgemein gesprochen, wird das atembare Gas Sauerstoff sein, und zur Bequemlichkeit wird dies über die gesamte nachfolgende Beschreibung angenommen. Jedoch sind andere Gase als Sauerstoff und Mischungen von Sauerstoff mit anderen Gasen oder Dämpfen möglich.
  • Die Überwachungseinrichtung ist vorzugsweise betreibbar, um den Auslassdruck während des Ausatmens ununterbrochen zu überwachen und ihn in regelmäßigen, im Abstand angeordneten Zeitintervallen abzutasten, die ausreichend klein sind, um bei der Umschaltung der Ventileinrichtung in die Offenstellung während des Einatmens keine Verzögerung zu verursachen.
  • Am Ende jedes Impulses kehrt die Ventileinrichtung in den geschlossenen Zustand zurück, wenn jedoch an diesem Punkt die Überwachungseinrichtung noch anzeigt, dass ein Einatmen stattfindet, wird die Stellorganeinrichtung das Ventil sofort wieder öffnen, um es zu erlauben, dass der Sauerstoffimpuls beginnt. Dieses Öffnen und Schließen der Ventileinrichtung wird bis zu einem solchen Zeitpunkt andauern, zu dem am Ende eines Impulses die Überwachungseinrichtung anzeigt, dass das Ausatmen begonnen hat. Während des Ausatmens bleibt die Ventileinrichtung in der ersten Stellung – d. h. geschlossen.
  • Somit erhält der Patient während des Einatmens einen gepulsten Sauerstoffstrom. Typischerweise weist jeder Impuls eine voreingestellte Dauer von etwa 0,5 Sekunden auf. Während des Ausatmens wird kein Sauerstoff zugeführt, was somit zu einer signifikanten Sauerstoffersparnis gegenüber konventionellen Sauerstofftherapievorrichtungen führt, die keine Sauerstoffeinspartechniken nutzen.
  • Diese Erfindung gestattet die Verwendung von Einzelröhren-Kanülen und Einzelröhren-Gesichtsmasken, wie sie bei konventionellen Sauerstofftherapievorrichtungen (ohne Sauerstoffeinsparvorrichtung) verwendet werden. Bekannte Sauerstoffeinsparvorrichtungen machen von zwei zum Patienten führende Röhren Gebrauch, einer, um den Sauerstoff zuzuführen, und einer, um den Status des Atmungszyklus zu überwachen. Die Vorrichtung der Erfindung ist somit imstande, vorhandene (Einzelröhren-)Kanülen zu nutzen, die für den Patienten bequemer sind, und nicht dazu führen, dass die Versorgung an einen bestimmten Hersteller gebunden ist.
  • Bei der vorliegenden Erfindung ist die Auslassöffnung eine Zwei-Wege-Öffnung und lässt daher sowohl den ausströmenden Sauerstoff zum Patienten durch und empfängt ein Drucksignal, das aus dem ausgeatmeten Atemzug aus dem Patienten resultiert. Die Überwachungseinrichtung ist betätigbar, um den Druck an der Auslassöffnung zu überwachen, und überwacht somit unvermeidlich sowohl den Sauerstoffdruck während des Einatmens und den Druck beim Ausatmen. Vier Zustände an der Auslassöffnung können identifiziert werden:
    • 1) Die Ventileinrichtung ist geschlossen und ein Ausatmen findet statt. In diesem Fall ist der überwachte Druck wahrscheinlich relativ hoch, womit bewirkt wird, dass die Stellorganeinrichtung die Ventileinrichtung im geschlossenen Zustand hält.
    • 2) Die Ventileinrichtung ist geschlossen und ein Einatmen findet statt. In diesem Fall ist der überwachte Druck relativ gering, und wahrscheinlich in Bezug zum Atmosphärendruck ein leichter Unterdruck, und dies bewirkt, dass die Stellorganeinrichtung die Ventileinrichtung für die voreingestellte Dauer öffnet.
    • 3) Die Ventileinrichtung ist offen und ein Ausatmen findet statt. Dieser Zustand ist nur möglich, wenn die Verzögerungseinrichtung die Ventileinrichtung für die voreingestellte Dauer offen hält und der Patient während dieses Zeitraums vom Einatmen zum Ausatmen übergegangen ist. Sobald sich die Ventileinrichtung am Ende der voreingestellten Dauer schließt, wird der Zustand zu dem Zustand (1) oben zurückkehren und wird so bleiben, bis wieder ein Einatmen beginnt.
    • 4) Die Ventileinrichtung ist offen und ein Einatmen findet statt. In diesem Fall ist der überwachte Druck infolge des Drucks des zum Patienten zugeführten Sauerstoffs relativ hoch, jedoch bleibt das Ventil trotzdem für den Rest der voreingestellten Dauer im offenen Zustand.
  • Aus dem Obigen wird ersichtlich, dass es mit der "Einzelröhren" -Anordnung wichtig ist, dass die Sauerstoffzufuhr während des Einatmens in regelmäßigen Zeitintervallen unterbrochen wird, um es der Überwachungseinrichtung zu erlauben, auf fortgesetztes Einatmen zu prüfen. Während der Zufuhr von Sauerstoff zum Patienten wird der geringe Unterdruck beim Einatmen durch den Druck des Sauerstoffs selbst übertönt, und erst wenn die Zufuhr gestoppt wird, ist die Überwachungseinrichtung imstande, korrekt zu erkennen, ob der Patient einatmet oder ausatmet.
  • Vorzugsweise umfasst die Ventileinrichtung ein bewegliches Element, das zwischen einer ersten Stellung, in der die Ventileinrichtung geschlossen ist, und einer zweiten Stellung, in der die Ventileinrichtung offen ist, beweglich ist, und wobei die Stellorganeinrichtung beim Erfassen eines Einatmens betätigbar ist, um das bewegliche Element aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, und wobei die Verzögerungseinrichtung betätigbar ist, um zu bewirken, dass sich das bewegliche Element über einen Zeitraum gleich dem voreingestellten Zeitraum aus der zweiten Stellung zurück in die erste Stellung bewegt.
  • Das bewegliche Element kann eine Reihe von Formen annehmen, zum Beispiel eine Membran oder einen Kolben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt das bewegliche Element die Form eines Kolbens an, der innerhalb eines Zylinders beweglich ist, und ist ausgleichenden Kräften ausgesetzt, wie zwischen einer Vorspanneinrichtung, zum Beispiel einer Feder, einerseits und dem Druck aus der Stellorganeinrichtung andererseits. Bevorzugt ist der Druck aus der Stellorganeinrichtung ein Gasdruck, der an der zur Vorspanneinrichtung entgegengesetzten Seite des Kolbens angelegt wird. Die Stellorganeinrichtung umfasst somit eine Einrichtung zur Veränderung des am Kolben angelegten Gasdrucks, was zu einer Bewegung des Kolbens, entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung, aus der ersten Stellung in die zweite Stellung, oder umgekehrt, führt. Zum Beispiel ist bei einer Ausführungsform die Einrichtung zur Veränderung des Gasdrucks betätigbar, um den Gasdruck auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens zu erhöhen, womit der Kolben entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung bewegt wird, wobei diese Bewegung in diesem Fall aus der ersten (geschlossenen) Stellung in die zweite (offene) Stellung erfolgt. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Einrichtung zur Veränderung des Gasdrucks betätigbar, um den Gasdruck auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens zu verringern, womit es ermöglicht wird, dass sich der Kolben durch die Kraft der Vorspanneinrichtung bewegt, wobei in diesem Fall diese Bewegung aus der ersten (geschlossenen) Stellung in die zweite (offene) Stellung erfolgt.
  • Vorzugsweise umfasst die Einrichtung zur Veränderung des Gasdrucks eine weitere Ventileinrichtung, die betätigbar ist, um einen Gasdruck zu der entgegengesetzten Seite des Kolbens zuzuführen oder von dieser abzuführen. Die Ventileinrichtung kann von einer beliebigen geeigneten Art sein, zum Beispiel ein Membranventil oder ein kolbenbetätigtes Ventil.
  • So sind bei einer Ausführungsform Einrichtungen vorgesehen, um die entgegengesetzte Seite des Kolbens entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung mit einem ausreichenden Druck in die erste Stellung zu drücken, um die zuerst erwähnte Ventileinrichtung normalerweise in der geschlossenen Stellung zu halten, wodurch die Sauerstoffzufuhr zum Patienten unterbrochen wird. Eine Verringerung des Drucks am Auslass, die für ein Einatmen bezeichnend ist, bewirkt, dass sich die weitere Ventileinrichtung öffnet, was die entgegengesetzte Seite des Kolbens belüftet, womit der Druck verringert und es der zuerst erwähnten Ventileinrichtung ermöglicht wird, in die offene Stellung umzuschalten. Dies wiederum führt zu einem höheren Druck an der Auslassöffnung, welcher höhere Druck bewirkt, dass sich die weitere Ventileinrichtung wieder schließt, womit die Entlüftung unterbrochen wird. Unterdessen fährt die Druckbeaufschlagungseinrichtung fort, Gas zur entgegengesetzten Seite des Kolbens zuzuführen, so dass sich nach einem Zeitraum, der durch die Geschwindigkeit bestimmt wird, mit der die Druckbeaufschlagungseinrichtung imstande ist, Gas zur entgegengesetzten Seite des Kolbens zuzuführen, die zuerst erwähnte Ventileinrichtung wieder schließt, womit die Zufuhr zum Patienten unterbrochen wird, und der Zyklus wiederholt sich. Dies wird nachfolgend ausführlicher erläutert. Vorzugsweise schließt die Druckbeaufschlagungseinrichtung eine Drossel ein, so dass dieser Zeitraum verlängert wird. In der Praxis ist ein Zeitraum von etwa 0,5 Sekunden typisch.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform umfasst die Stellorganeinrichtung zwei Ventile, die im Tandem wirken: ein erstes Ventil dient dazu, den Druck an der Auslassöffnung zu erfassen. Ein zweites Ventil ist betätigbar, um das Anlegen eines Gasdrucks an der entgegengesetzten Seite des Kolbens zu schalten. In diesem Fall betätigt das erste Ventil, das zum Beispiel ein Membranventil sein kann, das zweite Ventil, das zum Beispiel ein kolbenbetätigtes Ventil sein kann, um einen Gasdruck zur entgegengesetzten Seite des Kolbens der zuerst erwähnten Ventileinrichtung zuzuführen, oder nicht, je nachdem. Die genaue wechselseitige Beziehung zwischen dem ersten und zweiten Ventil und der zuerst erwähnten Ventileinrichtung wird nachfolgend ausführlicher erläutert.
  • In der Gaszufuhr zu der zuerst erwähnten Ventileinrichtung kann ein Reservoir enthalten sein, um zu Beginn des Einatmungszeitraums einen Impuls von höherem Druck bereitzustellen. Das Reservoir wird vorzugsweise über eine Drossel gespeist, so dass das Reservoir und die Drossel im Tandem arbeiten, um es zu ermöglichen, die Eigenschaften des höheren Drucks zu Beginn des Einatmens nach den Anforderungen auf Maß zu schneidern.
  • Damit die Erfindung besser verständlich wird, wird nun eine Ausführungsform derselben lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • Die 1 bis 4 Schnittansichten sind, die jeweils eine von vier verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen;
  • 5 eine Kurve der Strömungsmenge über die Zeit für die Ausführungsformen aus den 1 und 2 ist; und
  • 6 eine Kurve ähnlich 5 ist, jedoch im Hinblick auf die Ausführungsformen aus den 3 und 4.
  • Bezug nehmend auf 1, umfasst die Sauerstoffeinsparvorrichtung einen Block 40, in dem eine Reihe von Durchlässen oder Kanälen ausgebildet sind, welche die drei Grundkomponenten der Vorrichtung miteinander verbinden, die ein Membranventil 42, ein druckbetätigtes Ventil 36 und ein Vorsteuerventil 37 sind.
  • Sauerstoff wird der Vorrichtung aus einem Sauerstoffvorrat, zum Beispiel einer Sauerstoffflasche (nicht dargestellt), an einer Einlassöffnung 17 zugeführt und wird entlang der Kanäle 16 und 17 zum druckbetätigten Ventil 36 bzw. zum Vorsteuerventil 37 aufgeteilt. Die Zufuhr zum druckbetätigten Ventil 36 erfolgt über eine veränderbare Drossel 26. Ein weiterer Kanal 14 bringt die eingegebene Zufuhr über eine Drossel 15 zu einer Kammer 33 und dann zum Eingang des Membranventils 42. Die Drossel 15 kann veränderbar gemacht werden, zum Beispiel in Form von mehreren wählbaren Öffnungen.
  • Die Niederdruckausgabe zum Patienten erfolgt über eine Zwei-Wege-Auslassöffnung 1 zu einer Einröhren-Kanüle oder einer Einröhren-Gesichtsmaske (nicht dargestellt).
  • Das Vorsteuerventil 37 umfasst einen T-förmigen Einlasskolben 7, der sich in einer Stufenbohrung 12 bewegt und durch eine Schraubenfeder 11 zum oberen Ende der Bohrung hin vorgespannt ist. Der Kolben ist in Bezug zum weiteren bzw. engeren Teil der Bohrung 12 durch "O"-Ringe 8 und 9 abgedichtet. Hochdruckluft tritt unterhalb des Kolbens 7 über eine Einlassdüse 13 in das untere Ende der Bohrung 12 ein, und Niederdruckluft tritt über einen Kanal 18 aus der Bohrung 12 aus. Ein Sitz 10 aus elastischem Material, wie Nylon, ist am unteren Ende des Kolbens 7 ausgebildet und dient dazu, die Düse 13 zu verschließen, was die Strömung durch diese hindurch verhindert oder beschränkt, wenn sich der Kolben 7 in oder nahe seiner untersten Stellung befindet.
  • Der Raum oberhalb des Kolbens 7 bildet die zuvor erwähnte Kammer 33, die eine Auslassverbindung mit einer Einlassdüse 6 zum Membranventil 42 aufweist. Das Membranventil umfasst eine Membran 3, die über den Auslass zur Düse 6 verläuft und diesen normalerweise verschließt. Die Membran 3 erstreckt sich über eine Membrankammer 35 und unterteilt die Kammer in einen oberen, mit Druck beaufschlagten Teil, der durch einen Kanal 2 mit der Öffnung 1 verbunden ist, sowie einen unteren, nicht mit Druck beaufschlagten Teil, der an der Öffnung 34 zur Atmosphäre hin entlüftet wird. Die Kraft, und daher der Druck, die nötig sind, um die Membran 3 vom Auslass der Düse 6 abzuheben, können mittels einer Feder 5 und einem Gewindehandrad 4 verändert werden.
  • Das druckbetätigte Ventil 36 umfasst einen T-förmigen Auslasskolben 20, der sich in einer Stufenbohrung 19 bewegt und mittels einer Schraubenfeder 21 zum unteren Ende der Bohrung hin vorgespannt ist. Der Kolben ist in Bezug zum weiteren bzw. engeren Teil der Bohrung 19 durch "O"-Ringe 22 und 23 abgedichtet. Hochdruckluft tritt am unteren Ende der Bohrung 19 unterhalb des Kolbens 20 über eine Einlassdüse 25 ein, und Niederdruckluft tritt von unterhalb des Kolbens 20 über einen Kanal 30 zur Öffnung 1 hin aus. Ein Sitz 24 aus elastischem Material, wie Nylon, ist am unteren Ende des Kolbens 20 ausgebildet und dient dazu, die Düse 25 zu verschließen, wobei er die Strömung durch diese hindurch verhindert oder beschränkt, wenn sich der Kolben 20 in oder nahe seiner untersten Stellung befindet.
  • Der Kopf des Kolbens 20 unterteilt die Bohrung 19 in eine obere Kammer 33 und eine mittlere Kammer 41. Die obere Kammer 33 wird mittels einer unbehinderten Entlüftung 31 bei atmosphärischem Druck gehalten, und die mittlere Kammer 41 wird über einen Kanal 28 und eine Drossel 29 zum Kanal 30 hin entlüftet.
  • Die Funktionsweise der Sauerstoffeinsparvorrichtung wird nun ausführlich erläutert.
  • Während des Einatmens saugt der Patient Sauerstoff von der Auslassöffnung 1 her an und durch die Einzelröhren-Kanüle oder Einzelröhren-Gesichtsmaske. Während des Ausatmens gelangt der Strom, den der Patient erzeugt, durch die Einzelröhre zurück nach unten zur Auslassöffnung 1 und gelangt weiter den Einlasskanal 2 hinauf zum oberen Teil der Membrankammer 35. Der vom Patienten abgegebene Strom beaufschlagt die Membran 3 mit Druck und drückt die Membran 3 auf die Vorsteuerdüse 6. Dies verschließt die Öffnung in der Vorsteuerdüse 6 wirkungsvoll, womit ein Strom aus ihr unterbunden wird. Infolge des Unterbindens des Stroms durch die Vorsteuerdüse 6 wird der Druck innerhalb der Kammer 33 ansteigen, womit der Einlasskolben 7 entgegen der Kraft der Schraubenfeder 11 nach unten gedrückt wird. Die Kammer 33 wird durch einen Strom von der Einlassöffnung 17 mit Druck beaufschlagt, der durch die Drossel 15 beschränkt wird. Der Kolben 7 wird somit auf die Einlassdüse 13 gedrückt, und der Strom durch diese wird vom Nylonsitz 10 verhindert. Dies bedeutet, dass keinerlei Strom durch den Kanal 18 aus dem Vorsteuerventil 37 zur mittleren Kammer 41 des druckbetätigten Ventils 36 vorhanden ist.
  • Während des Zeitraums, in dem der Patient ausatmet, wird der Auslasskolben 20 im druckbetätigten Ventil 36 durch die Kraft der Schraubenfeder 21 in der unteren Stellung gehalten, womit die Auslassdüse 26 vom Nylonsitz 24 verschlossen wird. Während sich der Kolben 20 in dieser Stellung befindet, dichtet er wirkungsvoll gegen jeglichen Strom zum Auslasskanal 30 hin ab, und die mittlere Kammer 41 wird durch den Entlüftungskanal 28 entlüftet.
  • Wenn der Patient durch die Einzelröhren-Kanüle oder Einzelröhren-Gesichtsmaske einatmet, dann wird innerhalb der Membrankammer 35 ein kleiner Unterdruck erzeugt, was ein Anheben der Membran 3 bewirkt. Der zum Anheben der Membran 3 benötigte Druck kann verändert werden, indem man das Handrad 4 dreht. Wenn das Handrad 4 in eine Richtung gedreht wird, um es in den Körper zu schrauben, dann wird der zum Anheben der Membran 3 benötigte Unterdruck vergrößert. Infolge des Anhebens der Membran 3 kann nun ein Strom durch die Vorsteuerdüse 6 hindurchtreten, was wiederum bewirkt, dass der Druck innerhalb der Kammer 33 des Vorsteuerventils 37 abfällt. Jeglicher Strom, der durch die Vorsteuerdüse 6 hindurchtritt, wird durch die Entlüftungsöffnung 34 zur Atmosphäre entlüftet. Dieser Druckabfall in der Kammer 33 erlaubt, dass sich der Einlasskolben 7 nach oben bewegt, womit die Dichtung zwischen der Einlassdüse 13 und dem Nylonsitz 10 aufgehoben wird. Dies wiederum gestattet es, dass der Einlassstrom aus der Einlassöffnung 17 durch den Kanal 18 in die mittlere Kammer 41 des druckbetätigten Ventils 36 strömt, womit ein Druckanstieg in der Kammer 41 bewirkt wird. Dies bewirkt, dass sich der Auslasskolben 20 von der Einlassdüse 25 am unteren Ende des Kolbens 20 im druckbetätigten Ventil 36 nach oben bewegt, womit ein Sauerstoffstrom aus der Einlassöffnung 17 durch den Kanal 27 und die Drossel 24 zur Einlassdüse 25 ermöglicht wird. Die Drossel ermöglicht einen verstellbaren Strom zum Patienten von 0 bis 15 Litern/min durch die Auslassdüse 25 sowie durch den Kanal 30 und die Auslassöffnung 1, durch die Einzelröhren-Kanüle oder Einzelröhren-Gesichtsmaske zum Patienten.
  • Der Druckanstieg im Kanal 30 wird im oberen Teil der Membrankammer 35 erfasst und bewirkt, dass die Membran die Düse 6 erneut verschließt. Dies wiederum erhöht den Druck in der Kammer 33, was bewirkt, dass sich der Kolben 7 nach unten bewegt und somit die Zufuhr durch die Düse 13 zum Kanal 18 in die mittlere Kammer 41 des Ventils 36 unterbricht. Die ankommende Sauerstoffzufuhr zur mittleren Kammer 41 wird somit beendet. Unterdessen entweicht Sauerstoff in der Kammer 41 kontinuierlich mit einer gesteuerten Strömungsmenge über den Entlüftungskanal 28 und die Drossel 29 zum Kanal 30. Sobald die ankommende Sauerstoffzufuhr infolge des Verschließens des Vorsteuerventils 7 in der gerade beschriebenen Weise beendet wird, beginnt dieses Entweichen einen kontinuierlichen Abfall des Drucks in der Kammer 41 und folglich durch die Kraft der Schraubenfeder 21 eine Bewegung des Kolbens 20 in Abwärtsrichtung zu verursachen. Schließlich wird der Strom durch die Einlassdüse 25 unterbrochen, und der Strom aus der Einlassöffnung 17 zur Auslassöffnung 1 endet. Das Ventil 36 beinhaltet somit effektiv eine Zeitverzögerungsfunktion, die in der Praxis auf ungefähr 0,5 Sekunden eingestellt wird, womit es ermöglicht wird, dass über diesen Zeitraum Sauerstoff zum Patienten strömt. Nach dem Schließen des druckbetätigten Ventils 36 wird der Druck im Kanal 2 vom Vorsteuerventil 37 in der oben beschriebenen Weise erfasst.
  • Was als Nächstes passiert, hängt davon ab, ob der Patient noch einatmet, oder begonnen hat, auszuatmen. Wenn der Patient noch immer einatmet, dann wird der Druck im oberen Teil der Kammer 35 abfallen, und die Membran 3 wird wieder im Wesentlichen sofort angehoben, was es ermöglicht, den Strom zum Patienten wiederaufzunehmen. Wenn der Patient jetzt ausatmet, dann wird das Membranventil 42 nicht wiederbetätigt, was bewirkt, dass der Strom zum Patienten endet. Dies bedeutet, dass es während des Zeitraums, in dem der Patient einatmet, eine Reihe von Sauerstoffströmungsimpulsen zum Patienten gibt. Dies ist in 5 deutlich dargestellt. Dieser Vorgang entspricht weitgehend der Wirkung der konventionellen (Doppelröhren-) Sauerstofftherapie, während er mit gegenwärtigen Einzelröhren-Kanülen und Einzelröhren-Gesichtsmasken kompatibel bleibt.
  • Nunmehr Bezug nehmend auf 2, ist dort eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dort wo es angemessen ist, sind wieder dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
  • Die in 2 dargestellte Sauerstoffeinsparvorrichtung umfasst ein Membranventil 42 und ein Vorsteuerventil 37, die beide im Wesentlichen so aufgebaut sind, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, so dass eine weitere Erläuterung weggelassen wird. Die veränderliche Drossel ist in dem von der Einlassöffnung 17 zur Düse 13 führenden Einlasskanal angebracht. Der Kanal 18, der die Abgabe des Vorsteuerventils aufnimmt, ist direkt zur Zwei-Wege- Auslassöffnung 1 geführt, und der Kanal 2, der mit dem oberen Teil der Membrankammer 35 kommuniziert, ist von ihm abgezweigt.
  • Die Funktionsweise wird aus der oben angegebenen Beschreibung von 1 ersichtlich, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass die 0,5-Sekunden-Verzögerung mittels der Drossel 15 erzielt wird, welche die Zeit steuert, die benötigt wird, um die Kammer 33 wieder mit Druck zu beaufschlagen.
  • Kurz gesagt, stellt beim Ausatmen der im oberen Teil der Kammer 35 erfasste positive Druck sicher, dass die Düse 6 geschlossen bleibt, und der von der Einlassöffnung 17 über den Kanal 14 und die Drossel 15 zugeführte Druck in der Kammer 33 ist relativ hoch. Infolgedessen wird der Kolben 7 nach unten gedrückt, und der elastische Sitz 10 schließt die Düse 13, womit die Zufuhr zum Patienten unterbrochen wird.
  • Beim Einatmen bewirkt der niedrigere Druck im oberen Teil der Kammer 35, dass die Düse 6 freigelegt wird, und die Kammer 33 wird zur Atmosphäre hin entlüftet, womit der Druck in der Kammer abgesenkt und bewirkt wird, dass der Kolben 7 angehoben wird, womit das Vorsteuerventil geöffnet und es mittels der veränderlichen Drossel 26 ermöglicht wird, dass Sauerstoff, wie oben beschrieben, mit einer gesteuerten Strömungsmenge von der Einlassöffnung 17 zur Auslassöffnung 1 gelangt.
  • Der resultierende Druckanstieg im Kanal 18 wird im oberen Teil der Kammer 35 erfasst, und somit schließt sich das Membranventil 42. Sobald dies stattfindet, beginnt der von der Einlassöffnung 17 über den Kanal 14 und die Drossel 15 zugeführte Druck in der Kammer 33 anzusteigen. Während der Druck in der Kammer 33 ansteigt, bewegt sich der Kolben 7 nach unten, und schließlich verschließt der elastische Sitz 10 die Düse 13, womit der Strom ungefähr 0,5 Sekunden nach seinem Beginn unterbrochen wird.
  • Was als Nächstes passiert, hängt davon ab, ob der Patient noch einatmet, oder begonnen hat, auszuatmen. Wenn der Patient noch immer einatmet, dann öffnet sich das Membranventil 42 wieder, womit der Strom durch das Vorsteuerventil 37 wieder für weitere 0,5 Sekunden gestartet wird. Wenn der Patient jetzt ausatmet, dann bleibt das Membranventil bis zum nächsten Einatmen geschlossen. Es gilt die in 5 dargestellte Strömungskurve.
  • Die Ausführungsformen der 1 und 2 erreichen im Wesentlichen dasselbe Ziel, jedoch verwendet die Ausführungsform der 2 weniger Komponenten. Die Ausführungsform der 1 hat den Vorteil, dass das Ventil 37 nur einen Vorsteuerstrom zum Membranventil 42 zuführen muss, so dass sein Kolben kleiner gemacht und das Volumen der Kammer 33 kleiner gemacht werden kann, womit die Zeit verkürzt wird, in der die Membran offen sein muss, um umzuschalten.
  • Wie oben erwähnt, kann es Vorteile haben, zu Beginn des Einatmungszyklus eine höhere Strömungsmenge zuzuführen, wobei dies in 6 graphisch dargestellt ist. Die Ausführungsformen der 3 und 4, die ungefähr äquivalent zu den 1 bzw. 2 sind, sollen dies erreichen. Wiederum sind dort, wo dies angemessen war, gleiche Bezugszeichen verwendet worden, und die nachfolgende Beschreibung beleuchtet nur die Unterschiede.
  • Bei der Ausführungsform der 3 ist die Vorrichtung aus 1 durch Hinzufügen eines Reservoirs 38 im Eingang zum druckbetätigten Ventil 36 modifiziert worden. Die Verbindung zwischen dem Reservoir 38 und der Einlassöffnung 17 erfolgt nicht über irgendwelche Ventile, so dass sich das Reservoir während des gesamten Einatmungs-/Ausatmungszyklus frei auffüllen kann. Weil jedoch der Ausatmungszeitraum viel länger ist als die einzelnen (0,5 Sekunden) Einatmungszeiträume, kann sich das Reservoir während des Ausatmens stärker als während der kurzen Einatmungszeiträume auffüllen. Wenn sich das Ventil 36 öffnet, wird Sauerstoff sowohl aus der Einlassöffnung 17 und aus dem Reservoir 38 zur Düse 25 zugeführt. Jedoch erfolgt die Zufuhr vorzugsweise aus dem Reservoir, während der Reservoirdruck der höhere der beiden Drücke ist, und dadurch kann durch sorgfältige Abstimmung des Fassungsvermögens des Reservoirs 38 mit dem durch die veränderliche Drossel 26 erzeugten Strömungswiderstand ein abgegebener Strom ähnlich demjenigen, der in 6 dargestellt ist, erreicht werden.
  • Bei der Ausführungsform der 4 ist das Reservoir 38 zwischen die veränderliche Drossel 26 und die Düse 13 geschaltet. Seine Funktionsweise in Verbindung mit der Drossel 26 wird ohne weitere Erläuterung ersichtlich.
  • Bei alternativen Ausführungsformen zu den 3 und 4 wird die Abgabe aus dem Reservoir 38 zu einer zweiten Düse (nicht dargestellt) geführt, getrennt von der Düse 25 aus 3 oder der Düse 13 aus 4, die jedoch so angeordnet ist, dass sie durch den jeweiligen Sitz 24 oder 10 verschlossen wird. Die Reservoirzufuhr wird somit von der Zufuhr aus der Einlassöffnung 17 getrennt, und dies würde eine Kombination von Eigenschaften ermöglichen, um eine gewünschte Atmungsspur zu erreichen.
  • Die Düsenanordnungen 10/13 und 24/25 müssen nicht von der dargestellten Form sein; zum Beispiel kann jede Anordnung die Form einer Öffnung annehmen, wobei ein verjüngter Bolzen in ihr sitzt, um die Öffnung selektiv zu verschließen.

Claims (15)

  1. Pneumatisch betätigte Einsparvorrichtung für die Zufuhr von atembarem Gas zu einem Patienten, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Einlassöffnung (17) zur Aufnahme einer Druckgaszufuhr und eine Auslassöffnung (1) zur Abgabe einer Druckgaszufuhr über eine Kanüle zum Patienten, eine die Einlassöffnung mit der Auslassöffnung verbindende Ventileinrichtung (36, 37), eine Stellorganeinrichtung (6, 37), um zu bewirken, dass sich die Ventileinrichtung (36, 37) öffnet, so dass in dem Fall, dass der Patient einatmet, Gas zum Patienten zugeführt wird, eine Einrichtung (42), um zu überwachen, ob der Patient einatmet oder ausatmet, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kanüle eine einzelne Röhre umfasst, welche die Auslassöffnung (1) mit dem Patienten verbindet, dass die Stellorganeinrichtung (6, 37) betätigbar ist, um die Ventileinrichtung (36, 37) zu steuern, um während des Einatmens atembares Gas von der Einlassöffnung (17) aus in einer Reihe von Impulsen von voreingestellter Dauer zur Auslassöffnung (1) zu liefern, so dass zwischen Impulsen ein Überwachungszeitraum definiert wird, dass die Überwachungseinrichtung (42) eine Einlassleitung (2) aufweist, die mit der Auslassöffnung (1) verbunden ist, wodurch der Gasdruck an der Auslassöffnung während des Überwachungszeitraums überwacht werden kann, so dass es der Überwachungseinrichtung (42) ermöglicht wird, auf fortgesetztes Einatmen zu prüfen, wobei die Stellorganeinrichtung (6, 37) eine Einrichtung (6) einschließt, die mit der Überwachungseinrichtung (42) verbunden ist, um zu bewirken, dass sich in dem Fall, dass der Patient während des Überwachungszeitraums noch einatmet, die Ventileinrichtung (36, 37) öffnet, um die Gaszufuhr zum Patienten wiederherzustellen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der in dem Fall, dass der Patient während des Überwachungszeitraums ausatmet, die Stellorganeinrichtung (37) bewirkt, dass die Ventileinrichtung (36, 37) im geschlossenen Zustand bleibt.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die Ventileinrichtung zwischen einer ersten Stellung, in der ein Gasstrom von der Einlassöffnung (17) zur Auslassöffnung (1) unterbrochen ist, und einer zweiten Stellung, in der Gas von der Einlassöffnung (17) zur Auslassöffnung (1) strömen kann, umschaltbar ist, und bei welcher die Stellorganeinrichtung (37) die Ventileinrichtung (36, 37) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung umschaltet, wenn die Überwachungseinrichtung (42) ein Einatmen durch den Patienten erfasst.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Überwachungseinrichtung (42) derart ist, dass wenn der Druck an der Auslassöffnung (1) während des Überwachungszeitraums unter einen voreingestellten Pegel absinkt, dies als bezeichnend für ein Einatmen durch den Patienten angesehen wird.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Stellorganeinrichtung (37) betätigbar ist, um die Ventileinrichtung (36, 37) am Ende jedes Impulses in die erste Stellung umzuschalten; bei welcher, während des Überwachungszeitraums, die Überwachungseinrichtung (42) den Druck an der Auslassöffnung (1) überwacht, und bei welcher die Stellorganeinrichtung (37) betätigbar ist, um die Ventileinrichtung (36, 37) in die zweite Stellung zurück umzuschalten, falls der Druck an der Auslassöffnung (1), wie von der Überwachungseinrichtung (42) erfasst, unter dem voreingestellten Pegel liegen sollte, der für ein Einatmen bezeichnend ist, und bei welcher die Verzögerungseinrichtung (15, 29) die Ventileinrichtung (36, 37) erneut für die voreingestellte Dauer in der zweiten Stellung hält.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die voreingestellte Dauer ausreichend klein ist, um während des Einatmens mehrere Umschaltzyklen der Ventileinrichtung (36, 37) zwischen der ersten und zweiten Stellung zu ermöglichen, was zu einem gepulsten Strom von atembarem Gas zum Patienten führt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei welcher die Stellorganeinrichtung (37) betätigbar ist, um die Ventileinrichtung (36, 37) in der ersten Stellung zu halten, falls der Druck an der Auslassöffnung (1), wie von der Überwachungseinrichtung (42) während des Überwachungszeitraums erfasst, oberhalb des voreingestellten Pegels liegen sollte, was für ein Ausatmen bezeichnend ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei welcher die Ventileinrichtung (36, 37) ein bewegliches Element (7, 20) umfasst, das zwischen einer ersten Stellung, in der die Ventileinrichtung geschlossen ist, und einer zweiten Stellung, in der die Ventileinrichtung offen ist, beweglich ist, und bei welcher die Stellorganeinrichtung (37) beim Erfassen eines Einatmens betätigbar ist, um das bewegliche Element aus der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, und bei welcher die Verzögerungseinrichtung (15, 29) betätigbar ist, um zu bewirken, dass sich das bewegliche Element über einen Zeitraum gleich der voreingestellten Dauer aus der zweiten Stellung in die erste Stellung zurück bewegt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, weiter umfassend eine Einrichtung (14, 18) zum Zuführen von Gasdruck zum beweglichen Element (7, 20), und bei welcher die Stellorganeinrichtung (37) eine Einrichtung zur Veränderung des an dem beweglichen Element angelegten Gasdrucks umfasst, was zu einer Bewegung des beweglichen Elements aus der ersten Stellung in Richtung der zweiten Stellung, oder umgekehrt, führt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Einrichtung zur Veränderung des Gasdrucks eine weitere Ventileinrichtung (42) umfasst, die bei einer Verringerung des Drucks an der Auslassöffnung (1) auf unter den voreingestellten Pegel betätigbar ist, um zu bewirken, dass der an dem beweglichen Element (7) angelegte Gasdruck entlüftet wird, was in einer Bewegung des beweglichen Elements aus der geschlossenen Stellung in Richtung der offenen Stellung resultiert.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei welcher die Einrichtung (14) zum Zuführen von Gasdruck zum beweglichen Element (7) eine Drossel (15) einschließt, wodurch die Rate der Gaszufuhr verringert werden kann, um für die voreingestellte Dauer zu sorgen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Einrichtung zum Verändern des Gasdrucks zwei Ventile (37, 42) umfasst, die im Tandem wirken, nämlich ein erstes Ventil (42), das dazu dient, den Druck an der Auslassöffnung (1) zu erfassen, und ein zweites Ventil (37), das betätigbar ist, um das Anlegen eines Gasdrucks am beweglichen Element (7, 20) zu steuern.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher Entlüftungseinrichtungen (28) vorgesehen sind, um den am beweglichen Element (20) angelegten Gasdruck zu entlüften, wobei die Entlüftungseinrichtungen eine Drossel (29) einschließen, um die Entlüftungsrate zu begrenzen, um für die voreingestellte Dauer zu sorgen.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend ein mit der Einlassöffnung (17) verbundenes Reservoir (3a).
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher eine Drossel in der Verbindung zum Reservoir (38) angebracht ist.
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