DE3822950A1 - Steuerbares beatmungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares Beatmungsventil mit einem den veränderbaren Steuerdruck liefernden Steuerventil, wobei eine Steuergasleitung sowohl in eine Steuerkammer des Beatmungsventils als auch über ein einen Steuergasströmungsdruck erzeugendes Verschlußelement in einen Anschluß des Steuerventils mündet.

Ein Beatmungsgerät mit einem Steuerventil zur Ansteuerung eines Beatmungsventils ist in der DE-OS 25 25 359 beschrieben worden.

Bei dem bekannten Beatmungsgerät strömt das für die Beatmung notwendige Gas von der Frischgas-Dosiereinrichtung des Beatmungsgerätes in ein Atemgasschlauchsystem, das über ein Y-Stück mit dem Patienten verbunden ist. Der Exspirationszweig des Schlauchsystems ist an ein ansteuerbares Beatmungsventil angeschlossen.

Das Beatmungsventil ist während der Inspirationsphase geschlossen, so daß sich der Beatmungsdruck im Schlauchsystem aufbauen kann; in der Exspirationsphase jedoch ist das Ventil geöffnet, und das vom Patienten exspirierte Gas kann zur Umgebung abströmen. Die Steuerung des Beatmungsventils erfolgt mit einem bistabilen Logikelement als Verschlußelement, das in rhythmischen Abständen die Steuerkammer des Beatmungsventils während der Inspirationsphase mit einem Steuerdruck beaufschlagt, der das Ventil schließt. Für die Exspirationsphase wird auf ein zweites, kleineres Druckniveau umgeschaltet, mit dem im Schlauchsystem ein sog. PEEP-Zustand erzeugt wird (Positive End Expiratory Pressure). Die beiden Druckniveaus werden durch zwei über das bistabile Logikelement umschaltbare Steuerdruck erzeugende Zweige eingestellt, bestehend jeweils aus einem Durchflußbegrenzer und einer Strömungsdrossel. Das durch die jeweiligen Durchflußbegrenzer strömende Steuergas fließt über den Abströmraum im Verschlußelement und die Strömungsdrossel zur Atmosphäre ab, wobei der entstehende Staudruck als Steuerdruck auf die Steuerkammer des Beatmungsventils wirkt. Mit den Durchflußbegrenzern kann der zufließende Steuergasstrom und damit der Steuerdruck variiert werden. Der Steuerdruck für die Inspirations- und Exspirationsphase kann mit den Durchflußbegrenzern getrennt eingestellt werden. Das bistabile Logikelement als Verschlußelement und die den Steuerdruck erzeugenden Zweige bilden zusammen das Steuerventil des Beatmungsventils.

Das bekannte Beatmungsventil mit dem Steuerventil, welche in Zukunft immer gemeinsam als "Beatmungsventil" bezeichnet werden, besitzen den Nachteil, daß der geringste einstellbare exspiratorische Druck der Atmosphärendruck ist, da das Steuergas nur zur Atmosphäre hin abgelassen werden kann. Der am Steuerventil einstellbare Steuerdruck und somit der in der Steuerkammer des Beatmungsventils herrschende Referenzdruck können somit minimal nur auf Umgebungsatmosphäre gesenkt werden. Da jedoch das Atemgas beim Durchlaufen des Exspirationszweiges der Atemgasleitung einen dynamischen Widerstand erfährt, ist zusätzlich zu dem statischen Referenzdruck in der Steuerkammer des Exspirationsventils, bezogen auf die Umgebungsatmosphäre, immer noch der dynamische Strömungswiderstand zu überwinden. Dieser sogenannte dynamische endexspiratorische Überdruck bleibt somit letztlich der noch zu überwindende Atemgasdruck, sofern der PEEP am Beatmungsgerät auf Null eingestellt wurde. Somit herrscht auch bei vorgegebenem einstellbarem PEEP-Druck ein zusätzlicher, je nach Ausstattung des Beatmungsgerätes unterschiedlicher dynamischer PEEP-Druck, der in das gesamte Atemsystem nicht einkalibriert ist. Es kommt daher zu nicht beherrschbaren Unstimmigkeiten zwischen eingestelltem PEEP-Druck und dem tatsächlichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beatmungsventil der genannten Art so ansteuerbar zu machen, daß der systembedingte dynamische endexspiratorische Überdruck für die Einstellung des PEEP mit berücksichtigt und kompensiert wird.

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß sowohl die Membrankammer des Beatmungsventils als auch der Abströmraum des Steuerventils mit einer einen Unterdruck erzeugenden Vorrichtung verbunden sind.

Mit der Erfindung wird erzielt, daß der Referenzdruck in der Steuerkammer sowie der Abströmraum des Steuerventils als minimalen Wert den von der Vorrichtung erzeugbaren subatmosphärischen Druck besitzt. Wenn dieser subatmosphärische Referenzdruck dem zuvor bestimmten dynamischen Strömungswiderstand entspricht, kann beim Betreiben des Beatmungsventils auch im dynamischen Falle ein endexspiratorischer Druck von Atmosphärendruck erzielt werden. Der unerwünschte dynamische endexspiratorische Überdruck wird somit kompensiert. Wird nämlich die Schließkraft auf das Verschlußelement des Steuerventils völlig zurückgenommen (ungedrosselter Steuergasstrom), wirkt sowohl in der Steuerkammer als auch in der Membrankammer des Beatmungsventils der erzeugte subatmosphärische Druck. Durch nachträgliches Einstellen der Schließkraft am Verschlußelement des Steuerventils wird der subatmosphärische Druck soweit angehoben, bis er dem Betrage nach dem dynamischen Exspirationsdruck entspricht und diesen somit kompensiert. Typischerweise wird von der Vorrichtung ein Unterdruck von bis zu 15 mbar erzeugt bei einer Förderleistung von mehr als etwa 30 L/min. Der Steuergasstrom strömt mit einem typischen Flow von etwa 1 L/min. Durch dieses Verhältnis von Förderleistung und Strömungsgeschwindigkeit wird die Saugcharakteristik der den Unterdruck erzeugenden Vorrichtung nicht beeinträchtigt.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Erzeugung des Unterdruckes besteht in einer Saugpumpe, entweder in Form einer volumenfördernden Pumpe oder auch eines einen Unterdruck erzeugenden Strömungsejektors.

Es ist zweckmäßig, das Steuerventil als ein Membranventil zu gestalten, dessen Drucksteuerraum als Teil des Abströmraumes ebenfalls an die den Unterdruck erzeugende Vorrichtung angeschlossen ist. Es kann ausreichend sein, den Abströmraum als eine Kammer auszubilden, in der lediglich das Verschlußelement als Referenzdruck erzeugendes Element aufgenommen ist.

Um eine zuverlässige, während der Ein- bzw. Ausatmungsphasen leicht veränderbare Schließkraft auf das Verschlußelement des Steuerventils ausüben zu können, ist es zweckmäßig, eine Tauchspulenanordnung zu wählen. Diese kann durch eine Steuereinheit in Abhängigkeit von den Beatmungsphasen in bezug auf ihre Schließkraft angesteuert werden. Während der Inspiration wirkt beispielsweise die volle Schließkraft auf das Verschlußelement; der in der Steuerkammer des Beatmungsventils wirkende Referenzdruck schließt das Beatmungsventil. Die Tauchspule kann im Steuerraum des Steuerventils auf das Verschlußelement über einen Steg angreifen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Beatmungsventil und ein Steuerventil in Tauchspulanordnung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Steuerventil mit federbelasteter Steuermembran.

Figur (1) zeigt ein Beatmungsventil (1) mit einem Ventilgehäuse (2), welches einen Einlaß (3) für das Atemgas aus dem Exspirationszweig einer nicht­ dargestellten Atemgasleitung besitzt, welcher in einem Kratersitz (4) mündet, der von einer Membran (5) abgedeckt ist. Die Membrankammer (6) des Beatmungsventils (1) besitzt einen Auslaß (7). In die Steuerkammer (8) mündet eine Steuergasleitung (9), die gleichzeitig an einen Steuereinlaß (10) eines Steuerventils (11) angeschlossen ist. Der Steuereinlaß (10) endet in einem Sitz (12) für eine Steuermembran (13), welche in ihrer Schließkraft über eine Tauchspulenanordnung (14) und einen auf die Steuermembran (13) wirkenden Stößel (15) in Schließrichtung vorgespannt ist. Das Gehäuse (16) des Steuerventils (11) ist durch die Steuermembran (13) in einen Abströmraum (17) und einen Drucksteuerraum (18) aufgeteilt. Beide Räume (17, 18) sind mit Auslässen (19) versehen, welche zusammen mit dem Auslaß (7) des Beatmungsventils an eine Absaugeleitung (20) angeschlossen sind, die mit einer Saugpumpe (21) zur Erzeugung eines Unterdruckes verbunden ist. Das Steuergas wird von einer nicht näher dargestellten Steuergasquelle (22) über eine Drossel (24) in die Steuergasleitung (9) gefördert. Die Drossel (24) begrenzt den Steuergasstrom derart, daß in der Steuerkammer (8) der gleiche Druck wie im Steuereinlaß (10) herrscht.

Im Betrieb wirkt während der Inspiration die volle Schließkraft auf die Steuermembran (13). Über die Steuergasleitung (9) wird die Steuerkammer (8) mit dem maximalen Steuerdruck beaufschlagt. Die Membran (5) wird gegen den Kratersitz (4) gedrückt, das Beatmungsventil (1) ist geschlossen. Bei Beginn der Exspiration wird die Schließkraft auf die Steuermembran (13) soweit reduziert, daß das Beatmungsventil (1) öffnet und sich der zuvor bestimmte endexspiratorische Überdruck einstellt.

Über die Schließkraft kann der endexspiratorische Druck so eingestellt werden, daß der in der Atemgasleitung wirkende dynamische Exspirationsdruck berücksichtigt und vollständig kompensiert wird.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Steuerventils (25) mit federbelasteter Steuermembran (13). Soweit gleiche Bezeichnungen verwendet werden sind gleiche Bezugsziffern vorhanden. Es gilt sinngemäß die Beschreibung von Fig. 1. Die Steuermembran (13) wird durch die Feder (26) vorgespannt, wobei die Vorspannung mit der Rändelschraube (28) einstellbar ist. Die Rändelschraube wird in dem Gehäuse (27) geführt. Das Steuergas strömt aus zwei nicht näher beschriebenen Quellen (22) und (33). Während der Inspiration ist der Umschalter (29) über den zweiten Anschluß (31) mit der Steuergasquelle (33) verbunden, die die Steuerkammer (8) mit Druck beaufschlagt. Das Beatmungsventil (1) ist geschlossen. In der Exspirationsphase ist die Steuerkammer (8) über den Umschalter (29) und den ersten Anschluß (30) mit der Steuergasquelle (22) verbunden. Über die Schließkraft der Feder (26) ist der Referenzdruck in der Steuerkammer (8) einstellbar. Die Schließkraft der Feder (26) ist mit der Rändelschraube (28) veränderbar.

Claims (4)

1. Steuerbares Beatmungsventil mit einem den veränderbaren Steuerdruck liefernden Steuerventil, wobei eine Steuergasleitung sowohl in eine Steuerkammer des Beatmungsventils als auch über ein einen Steuergasströmungsdruck erzeugendes Verschlußelement in einen Anschluß des Steuerventils mündet, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Membrankammer (6) des Beatmungsventils (1) als auch der Abströmraum (17, 18) des Steuerventils (11) mit einer einen Unterdruck erzeugenden Vorrichtung (21) verbunden sind.

2. Beatmungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Saugpumpe (21) ist.

3. Beatmungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ein Membranventil (11) ist, dessen Drucksteuerraum (18) als Teil des Abströmraumes (17) ebenfalls an die den Unterdruck erzeugende Vorrichtung (21) angeschlossen ist.

4. Beatmungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Steuergasströmungsdruck erzeugende Vorrichtung eine Tauchspulenanordnung (14) ist, die mit einem an sie angeschlossenen Stößel (15) in Schließrichtung auf die Steuermembran (13) wirkt.