DE3333133A1

DE3333133A1 - Time sequence control for electronically controlled breathing apparatus

Info

Publication number: DE3333133A1
Application number: DE19833333133
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing. DDR 7030 Leipzig Horn; Frank Dipl.-Ing. DDR 7034 Leipzig Stiegler
Original assignee: Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
Current assignee: Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1983-09-14
Publication date: 1984-06-14
Also published as: SU1496796A1; SE8304927L; SE460018B; SE8304927D0; HU192252B; DD225842A3

Abstract

The invention relates to a time sequence control for electronically controlled breathing apparatus, using integrated circuits of sensor technology, in which breathing rate and ratio of breathing time are to be set in a calibrated manner and varied independently of one another. It essentially consists of two shift register chains, known per se, which are in each case formed by connecting together two 3-bit counters and two binary 1-of-8 decoders. The clock inputs C of the 3-bit counters of the first shift register chain are connected to a squarewave generator via a frequency divider and are acted upon by a clock signal fT/1. Various clock frequencies fT/2 are generated for the second shift register chain by variable resetting. A flip flop is connected to the output of the second shift register chain in such a manner that it is set by the first output pulse and reset by a later variable output pulse. The last output pulse resets the 3-bit counters of the second shift register chain so that a breathing time ratio can be set independently.

Description

Zeitfolgesteuerung für elektronisch gesteuerte BeatmungsgeräteTime sequence control for electronically controlled ventilators

Anwendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft eine Zeitfolgesteuerung für elektronisch gesteuerte Beatmungsgeräte unter Anwendung von integrierten Schaltkreisen der Sensortechnik, Die Zeitfolgesteuerung ist einsetzbar für Narkose- und Therapiebeatmungsgeräte sowie für Bunktionsgeneratoren für Atemvolumeters Druck- und Volumen monitore, bei denen die Atemfrequenz und das Atemzeitverhältnis kalibriert eingestellt und unabhängig voneinander variiert werden sollen.Field of application of the invention: The invention relates to a time sequence control for electronically controlled ventilators using integrated circuits the sensor technology, the timing control can be used for anesthesia and therapy ventilators as well as for function generators for respiratory volumeters, pressure and volume monitors, at which the respiratory rate and the respiratory time ratio are calibrated and set independently should be varied from each other.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Nach dem OD-WP A 61 M/235 774/4 ist eine Zeitfolgesteuerung für elektronisch gesteuerte Beatmungßgeräte bekannt, die aus vier unabhängig voneinander einstellbaren 4-bit-Schieberegistern besteht. Diese 4-bit-Schieberegister bestehen aus je einem 4-bit-Vor-/Rückwärtszähler und einem Binär/l aus 16 Decoder und sind jeweils mit einem 16-poligen Schalter verbunden. Die 16-poligen Schalter sind einmal über zwei 4-polige Schalter und zwei gleichartige 3-bit-Schieberegister mit drei Flip-Flops und diesen nachgeordneten L.agnetventilen und zum anderen mit einem dritten gleichartigen 3-bit-Schieberegister signalverknUpft.Characteristic of the known technical solutions: After the OD-WP A 61 M / 235 774/4 is a time sequence control for electronically controlled ventilators known from four independently adjustable 4-bit shift registers consists. These 4-bit shift registers each consist of a 4-bit up / down counter and a binary / l of 16 decoders and each have a 16-pin switch tied together. The 16-pole switches are one over two 4-pole switches and two similar 3-bit shift registers with three flip-flops and these downstream L. solenoid valves and on the other hand with a third similar 3-bit shift register signal linked.

I\i:t Inbetriebnahme des Beatmungsgerätes sowie anliegender Betriebsspannung liegen die Taktimpulse 9 an den Takteingängen der 4-bit-Schieberegister an. Gleichzeitig führt das dritte 3-bit-Schieberegister automatisch H-Pegel am Ausgang A 1, wodurch das erste 4-bit-Schieberegister aktiviert wird.I \ i: t start-up of the ventilator and applied operating voltage the clock pulses 9 are applied to the clock inputs of the 4-bit shift register. Simultaneously the third 3-bit shift register automatically performs an H level at output A 1, which means the first 4-bit shift register is activated.

Der erste folgende Takt legt dessen Ausgang A 1 auf 11 und setzt über den ersten 4-poligen Schalter den ersten Flip-Flop und damit wird das diesem Flip-Flop nachgeschaltete Magnetventil eingeschaltet und die Inspirationszeit tl beginnt.The first following clock sets its output A 1 to 11 and translates the first 4-pole switch the first flip-flop and thus this becomes this flip-flop The downstream solenoid valve is switched on and the inspiration time tl begins.

Im Rhythmus der Taktfrequenz fT wird nun auf den nächsten Ausgang geschaltet. Erreicht das Ausgangssignal den durch den ersten 16-poligen Schalter belegten Ausgang, wird sowohl der erste Flip-Flop zurückgesetzt als auch über das dritte 3-bit-Schieberegister das zweite 4-bit-Schieberegister aktiviert. Dieses hat zur Folge, daß das erste Eagnetventil ausgeschaltet und über den zweiten Flip-Flop dessen nachfolgendes Magnetventil eingeschaltet wird. Damit ist die Inspirationszeit t beendet und die Inspirationszeit t2 beginnt zu laufen.The next output is now at the rhythm of the clock frequency fT switched. If the output signal reaches the through the first 16-pole switch occupied output, the first flip-flop is reset as well as via the third 3-bit shift register activates the second 4-bit shift register. This has the consequence that the first solenoid valve is switched off and over the second flip-flop whose subsequent solenoid valve is switched on. This is the inspiration time t ends and the inspiration time t2 begins to run.

Der weitere Ablauf in den 4-bit-Schieberegistern ist analog.The rest of the process in the 4-bit shift registers is analogous.

Mit der Aktivierung des vierten 4-bit-Schieberegisters wird über den zweiten 4-poligen Schalter der dritte Flip-Flop gesetzt und dessen nachfolgendes Mlagnetventil eingeschaltet.When the fourth 4-bit shift register is activated, the second 4-pole switch the third flip-flop set and its subsequent Solenoid valve switched on.

Damit beginnt die Exspirationszeit t3 zu laufen, bis am Ende ihrer Laufzeit das Magnetventil wieder geschlossen wird.The expiratory time t3 thus begins to run until it ends Running time the solenoid valve is closed again.

Während der Exspirationszeit t4 sind die drei Lsagnetventile geschlossen. Am Ende der Exspirationszeit t4 wird über das dritte 3-bit-Schieberegister wieder das erste 4-bit-Schieberegister gestartet.During the expiration time t4, the three solenoid valves are closed. At the end of the expiratory time t4, the third 3-bit shift register is used again the first 4-bit shift register started.

Kit diesem Schaltungaufbau ist es zwar mögliche die Funktionen der vielen Beatmungsarten in einer befriedigenden Qualität zu realisierenO Er ist jedoch inbesondere für Geräte mit einzelnen bestimmten Beatmungsarten zu aufwendig und kompliziert.Although this circuit structure kit allows the functions of the to realize many types of ventilation in a satisfactory qualityO However, it is In particular for devices with individual certain types of ventilation and too expensive complicated.

In der Fernseh- und Rundfunktechnik kommt zur Anwahl der Senderspeicher ein Programmwahlschaltkreis zum Einsatz, in dem zwei 3-bit-Zähler und zwei Binär aus 8 Decoder zu einer 16-Kanal- Variante zusammengeschaltet sind. Durch den Einsatz dieser Schaltkreise anstelle von mechanischen Tastensätzen wird eine Erhöhung des Bedienkomforts und der Zuverlässigkeit erreicht sowie die Möglichkeit zur Fernbedienung geschaffen.In television and radio technology, the station memory is used for selection a program selection circuit is used in which two 3-bit counters and two binary from 8 decoders to a 16-channel Variant are interconnected. By using these circuits instead of mechanical key sets, an increase in ease of use and reliability achieved as well as the possibility created for remote control.

Bei der 16-Kanal-Variante bleiben der Seriell- und Parallelbetrieb sowie die Vorzugslage beim Einschalten ohne Einschränkungen erhalten.With the 16-channel variant, serial and parallel operation remain as well as the preferred position when switching on without restrictions.

Ziel der Erfindung: Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Schaltungsanordnung der Zeitfolgesteuerung derart zu gestalten, daß sie trotz großer Einsatzbreite und hoher Funktionssicherheit einfach in ihrem Aufbau ist.Object of the invention: The object of the invention is the circuit arrangement the timing control so that it can be used despite a wide range of applications and high functional reliability is simple in its structure.

Darlegung des Wesens der Erfindung: Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zeitfolgesteuerung mit kalibrierter Atemfrequenz- und Atemzeitverhältniseinstellung, die unabhängig voneinander variiert werden können, zu entwickeln, die aus bekannten Sensorschaltkreisen aufgebaut ist und eine größere Genauigkeit und bessere Reproduzierbarkeit gewährleistet.Statement of the essence of the invention: The object of the invention is to a time sequence control with calibrated breathing rate and breathing time ratio setting, which can be varied independently, to develop from known ones Sensor circuits are built and provide greater accuracy and better reproducibility guaranteed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zeitfolgesteuerung zwei an sich bekannte Schieberegisterketten aufweist, die jeweils aus einer Zusammenschaltung von zwei 3-bit-Zählern und zwei Binär/l aus 8 Decodern bestehen, daß die Takteingänge C der 3-bit-Zähler der ersten Schieberregisterkette über einen Frequenzteiler mit einem Rechteckgenerator verbunden sind, daß zwölf ausgewählte Ausgänge der beiden t3inär/l aus 8 Decoder der ersten Schieberegisterkette mit einem 12-poligen Schalter verbunden sind, der einmal mit den Takteingängen der 3-bit-Zähler der zweiten Schieberegisterkette und zum anderen über eine Signalleitung mit dem Eingang 0 des ersten 3-bit-Zählers der ersten Schieberegisterkette signalverknüpft ist, daß zwölf ausgewählte Ausgänge der Binär/l aus 8 Decoder der zweiten Schieberegisterkette mit einem zweiten 12-poligen Schalter verbunden sind, der mit dem R-Eingang eines Flip-Flop verknüpft ist und daß der Ausgang 0 des eraten Binär/1 aus 8 Decoders der zweiten Schieberegisterkette mit dem S-Eingang des Flip-Flop verbunden ist, der ein nachfolgendes Stellorgan schaltet.According to the invention the object is achieved in that the timing control has two known shift register chains, each from an interconnection of two 3-bit counters and two binary / l from 8 decoders that the clock inputs C with the 3-bit counter of the first shift register chain via a frequency divider a square wave generator are connected that twelve selected outputs of the two t3inär / l from 8 decoders of the first shift register chain with a 12-pole switch are connected, once with the clock inputs of the 3-bit counter of the second shift register chain and on the other hand via a signal line to input 0 of the first 3-bit counter the first shift register chain is signal-linked that twelve selected outputs the binary / l from 8 decoder of the second shift register chain with a second 12-pin Switches are connected to the linked to the R input of a flip-flop and that the output 0 of the binary / 1 out of 8 decoder of the second shift register chain is connected to the S input of the flip-flop, which is a subsequent actuator switches.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein ODER-Gatter eing-angsseitig einerseits mit einem Ausgang des zweiten Binärll aus 8 Decoders der zweiten Schieberegisterkette, andererseits über ein Differenzierglied mit einem Schließglied eines P/E-Wandlers und ausgangsseitig mit einem Eingang des ersten 3-bit-Zählers der zweiten Schieberegisterkette verbunden.In a preferred embodiment, an OR gate is on the input side on the one hand with an output of the second binary from 8 decoders of the second shift register chain, on the other hand via a differentiating element with a closing element of a P / E converter and on the output side with an input of the first 3-bit counter of the second shift register chain tied together.

Ausführungsbeispiel: Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden, deren Schaltungsaufbau in der zugehörigen Zeichnung dargestellt ist.Exemplary embodiment: The invention is intended below on the basis of an exemplary embodiment are explained in more detail, the circuit structure of which is shown in the accompanying drawing is.

:Die zeitfolgesteuerung besteht im wesentlichen aus zwei an sich bekannten Schieberegisterketten, die durch die Zusammenschaltung von jeweils zwei 3-bit-Zählern 1, 2 und 3, 4 und zwei Binär/1 aus 8 Decodem 5i6 und 7,8 gebildet werden. Die Zusammenschaltung gestattet auch die serielle Durchsteuerung derart, daß der jeweils zweite Decoder 6,8 erst nach dem ersten Decoder 5,7 aktiviert wird. An den Takteingang C der 3-bit-Zähler 1,2 werden Impulse umschaltbarer Taktfrequenzen fm gelegt. Die Impulse werden in einem Rechteckgenerator 9 erzeugt und in einem folgenden Frequenzteiler lo geeignet untersetzt. Verschiedene Teilerstufen werden zusammen mit der ungeteilten Impulsfolge auf einen 4-poligen Umschalter 11 geführt, der mit den Takteingängen C der 3-bit-Zähler 1,2 verknüpft ist.: The timing control essentially consists of two known ones Shift register chains created by interconnecting two 3-bit counters 1, 2 and 3, 4 and two binary / 1 can be formed from 8 decoders 5i6 and 7,8. The interconnection also allows serial control in such a way that the second decoder 6.8 is only activated after the first decoder 5.7. At clock input C of the 3-bit counter 1, 2 pulses of switchable clock frequencies fm are applied. The impulses are in generated a square wave generator 9 and suitable in a subsequent frequency divider lo stocky. Different divider stages are used along with the undivided pulse train to a 4-pole switch 11, which is connected to the clock inputs C of the 3-bit counter 1.2 is linked.

Zwölf geeignete Ausgänge der Einär/1 aus 8 Decoder 5,6 werden auf einen 12-poligen Schalter 12 geführt, der zum einen mit den Takteingängen C der 3-bit-Zähler 3,4 der zweiten Schieberegisterkette und zum anderen über eine Signalleitung 13 mit dem Eingang 0 des 3-bit-Zählers 1 verknüpft ist.Twelve suitable outputs of the Einär / 1 out of 8 decoders 5,6 are on a 12-pin switch 12 out, which is connected to the clock inputs C of the 3-bit counter 3, 4 of the second shift register chain and on the other hand via a signal line 13 is linked to input 0 of 3-bit counter 1.

Erreicht das H-Signal einen durch den Schalter 12 belegten Ausgang der Binär aus 8 Decoder 5 oder 6, wird ein Impuls an die Takteingänge C der 3-bit-Zähler 3,4 gegeben, Mit dem gleichen Impuls werden über die Signalleitung 13 der 3-bit-Zähler 1 und über die Verknüpfung der 3-bit-Zähler 2 rückgesetzte Ein erneutes lurchtakten mit der Taktfrequenz 41 bebeginnt, Von der Stellung des 12-poligen Schalters 12 sind die erzeugten Atemfrequanzen abhängig und steuern im Takte von die 3-bit-Zähler 3,4 und die 3inär/l.aus 8 Decoder 7,8 2 durch.If the H signal reaches an output occupied by switch 12 the binary of 8 decoders 5 or 6 becomes an impulse to the clock inputs C is given to the 3-bit counter 3.4, with the same pulse being sent over the signal line 13 of the 3-bit counter 1 and the 3-bit counter 2 reset via the link renewed clocking begins with the clock frequency 41, from the position of the 12-pole Switch 12, the respiratory frequencies generated are dependent and control in the cycle of the 3-bit counter 3,4 and the 3inär / 1.aus 8 decoders 7,8 2 through.

Der Ausgang 0 des Binär/l aus 8 Decoders 7 ist mit dem S-Eingang eines Flip-Flop 14 verbunden, während zwölf weitere Ausgänge der Binär/l aus 8 Decoder 7,8 mit einem 12-poligen Schalter 15 verknüpft sind, der wiederum mit dem R-Eingang des Flip-Flop 14 verbunden ist. Mit dem H-Signal am Ausgang O des Binär/l aus 8 Decoders 7 gibt das Flip-Flop 14 ein H-Signal an ein nachfolgendes Stellorgan (nicht gezeichnet). Erreicht das H-Signal einen belegten Ausgang, wird das Flip-Flop 14 rückgesetzt und gibt ein L-Signal ab.The output 0 of the binary / 1 from 8 decoder 7 is one with the S input Flip-flop 14 connected while twelve other outputs of binary / l from 8 decoders 7.8 are linked to a 12-pin switch 15, which in turn is connected to the R input of the flip-flop 14 is connected. With the H signal at output O of the binary / l from 8 In the decoder 7, the flip-flop 14 sends an H signal to a subsequent final control element (not drawn). If the H signal reaches an occupied output, the flip-flop becomes 14 is reset and emits an L signal.

Der Ausgang 7 des Binär/l aus 8 Decoders 8 ist mit einem Eingang eines ODER-Gatters 16 verbunden. Der andere Eingang des ODER-Gatters 16 ist über ein Differenzierglied 17 mit einem Schließglied eines P/E-Wandlers 18 verknüpft. Der Ausgang des ODER-Gatters 14 ist mit dem. Eingang O des 3-bit-Zählers 3 signalverknüpft.The output 7 of the binary / 1 out of 8 decoder 8 is one input with one OR gate 16 connected. The other input of the OR gate 16 is via a differentiator 17 linked to a closing element of a P / E converter 18. The output of the OR gate 14 is with the. Input O of the 3-bit counter 3 is signal-linked.

Erreicht das H-Signal im weiteren Durchtakten den Ausgang 7 des Binär/l aus 8 Decoders 8, werden über das ODER-Gatter 16 der 3-bit-Zähler 3 und über die Verknüpfung der 3-bat-Zähler 4 rückgesetzt und beginnen mit dem nächsten Impuls fT einen neuen Zählgang. 2 Die Anzahl der Takte fT vom Ausgang O des Binär/l aus 8 2 Decoders 7 bis zu einem belegten Schalterausgang ergibt die Inspirationsdauer, die Schrittzahl vom belegten Schalterausgang bis zum letzten Ausgang vom 3iär/l aus 8 Decoder 8 die Exspirationsdauer.If the H signal reaches output 7 of the binary / l in the further cycle from 8 decoders 8, the 3-bit counter 3 via the OR gate 16 and the Linking the 3-bat counter 4 is reset and start with the next pulse fT a new counting cycle. 2 The number of cycles fT from output O of the binary / l 8 2 decoders 7 up to an occupied switch output gives the inspiration duration, the number of steps from the occupied switch output to the last output of the 3iär / l from 8 decoders 8 the expiration time.

Zur Realisierung einer assistierten Beatmung müssen die 3-bit-Zähler 3,4 der zweiten Schieberegisterkette zu jedem beliebigen Zeitpunkt der Exspirationsphase rückgesetzt werden, wenn ein Assistorimpuls vom Patienten ausgelöst wird, Beim kurzzeitigen Schließen des Schließkontaktes des P/E-Wandlers 18 eines Assistorgebers (nicht gezeichnet) wird aus einer Gleichspannung über das Differenzierglied 17 ein Nadelimpuls gewonnen, der über das ODER-Gatter 16 die 3-bit-Zähler 3,4 sofort rücksetzt.To implement assisted ventilation, the 3-bit counter 3, 4 of the second shift register chain at any point in time of the expiratory phase be reset when an assistant pulse is triggered by the patient, in the case of short-term Closing the closing contact of the P / E converter 18 of an assistant transmitter (not shown) a needle pulse is obtained from a DC voltage via the differentiating element 17, which immediately resets the 3-bit counter 3, 4 via the OR gate 16.

Der Frequenzteiler lo ist mit umschaltbaren Ausgängen sowohl mit stärkeren als auch mit geringeren Frequenzuntersetzungen versehen. Zur Realisierung von IMV-Beatmungsformen, bei denen extrem lange Exspirationsphasen benötigt werden, wird der Ausgang mit stärkerer Frequenzuntersetzung belegt. Zur Realisierung von tiF-Beatmungsformen wird der Ausgang des Frequenzteilers lo mit geringer untersetzten Impulsen belegt, die zusammen mit den nicht untersetzten Impulsen verschiedene Frequenzbänder im Bereich der HF-Beatmung ermöglicht.The frequency divider lo is with switchable outputs both with stronger ones as well as with lower frequency reductions. For the implementation of IMV ventilation forms, in which extremely long expiratory phases are required, the exit is with stronger frequency reduction proven. For implementing tiF forms of ventilation the output of the frequency divider lo is assigned less scaled down pulses, the different frequency bands in the Area of HF ventilation.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen: 1 3-bit-Zähler 2 3-bit-Zähler 3 3-bit-Zähler 4 3-bit-Zähler 5 Binär/l aus 8 Decoder 6 Binär/l aus 8 Decoder 7 Binär/l aus 8 Decoder 8 Binär/1 aus 8 Decoder 9 Rechteckgenerator lo Frequenzteiler 11 4-poliger Umschalter 12 12-poliger Umschalter 13 Signalleitung 14 Flip-Flop 15 12-poliger Schalter 16 ODER-Gatter 17 Differenzierglied 18 Schließkontakt eines P/E-WandlersList of the reference symbols used: 1 3-bit counter 2 3-bit counter 3 3-bit counter 4 3-bit counter 5 binary / 1 out of 8 decoders 6 binary / 1 out of 8 decoders 7 Binary / 1 out of 8 decoders 8 binary / 1 out of 8 decoders 9 square wave generator lo frequency divider 11 4-pole changeover switch 12 12-pole changeover switch 13 Signal line 14 Flip-flop 15 12-pin switch 16 OR gate 17 differentiator 18 closing contact of a P / E converter

Claims

Invention claim: time sequence control for electronically controlled Ventilators in which the breathing rate and the breathing time ratio are calibrated are to be set and varied independently of one another, using integrated circuits of sensor technology, characterized in that the time sequence control has two known shift register chains, each from an interconnection of two 3-bit counters (1,2 and 3,4) and two binary / l from 8 decoders (5,6 and 7,8) exist that the clock inputs C of the 3-bit counter (1,2) via a frequency divider (lo) are connected to a square wave generator (9) that twelve selected outputs the binary from 8 decoders (5,6) are connected to a 12-pole switch (12), the one with the clock inputs C of the 3-bit counter (3, 4) and on the other hand via a Signal line (13) is signal-linked to input 0 of the 3-bit counter (1), that twelve selected outputs of the binary / l from 8 decoders (7.3) with a 12-pin Switch (15) are connected, which is linked to the R input of a Plip-Blop (14) and that the output 0 of the binary / 1 from 8 decoder (7) with the S input of the flip-flop (14) is connected, which switches a subsequent actuator.

2. timing control according to item 1, characterized in that a OR gate (16) on the input side on the one hand with an output of the binary / 1 from 8 decoders (8), on the other hand via a differentiating element (17) with a make contact of a P / E - \ (andlers (18) and connected on the output side to an input of the 3-bit counter (3) is.