WO2012062266A1 - Device and method for ventilation - Google Patents

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WO2012062266A1
WO2012062266A1 PCT/DE2011/001828 DE2011001828W WO2012062266A1 WO 2012062266 A1 WO2012062266 A1 WO 2012062266A1 DE 2011001828 W DE2011001828 W DE 2011001828W WO 2012062266 A1 WO2012062266 A1 WO 2012062266A1
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ventilation
liquid
gas
pump
fluid
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PCT/DE2011/001828
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Sven Meissner
Christian Schnabel
Edmund Koch
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Technische Universität Dresden
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for ventilation with gas and / or liquid, wherein the device contains
  • An inspiratory pump connected to the tube via a tubing with a first valve and controlled by an engine monitor;
  • an expiratory pump connected to the tube via a hose line with a second valve and controlled by the motor controller
  • an oxygenator unit which communicates with the exhalation pump on the input side via a hose controlled by the second valve, a main tank which is in communication with the inspiration pump via a hose controlled by the first valve and which is temperature-stabilized by a thermostat associated with it;
  • an auxiliary reservoir for liquid which is connected via a third valve to a hose between the outlet of the oxygenator unit and the inlet of the main reservoir, the hose line system assisting to connect a total fluid path for the two fluids,
  • a balance which is connected to a pad for the person to be respirated, to determine the amount of ventilated fluid to be ventilated as well
  • TLV total liquid ventilation
  • the procedure is used when spontaneous breathing fails (apnea) or becomes insufficient.
  • the conventional technique of ventilation is over-pressure air ventilation by forcing air into the lungs by external overpressure.
  • an oxygen-enriched liquid family of perfluorocarbons
  • breathing air an oxygen-enriched liquid (family of perfluorocarbons)
  • Partial liquid ventilation (PLV) and total liquid ventilation (TLV) are the two major forms of liquid ventilation.
  • Partial fluid ventilation is based on the replacement of the volume of residual functional capacity with perfluorocarbon.
  • the actual breathing takes place with a standard ventilator and a gas-filled tubing system.
  • ventilation parameters of conventional gas ventilation are selected.
  • the perfluorocarbon has, because of its low surface tension, mainly the task of keeping the lungs open to a to ensure the greatest possible gas exchange area. Since the respirator exhales some of the perfluorocarbons in this mode of ventilation, the loss reported in the literature in an adult male at 50-60 ml per hour according to http: // www. tnnovationsreport.de/html/berichte/ Kunststoff_ Rhein/bericht965.html be continuously balanced.
  • the correct setting of the ventilation parameters and the effects of this combined ventilation mode on the lung dynamics are largely unknown, so that no standardized procedure has been established to date.
  • the substances used for liquid ventilation are perfluorocarbons, which have the property of having a very low surface tension. That is, the perfluorocarbons are very well spread in the lungs and are twice as heavy as water.
  • the high specific gravity of the liquid substance and the high transport capacity for the respiratory gases form the basis of the liquid respiration process.
  • a liquid-gas ventilation is described in the publication US 6 694 977 B1, in which the Perfiuorocarbon is used, which is enriched with gas, so here oxygen.
  • FC flow-controlled ventilation
  • VCV volume-controlled ventilation
  • PCV pressure-controlled ventilation
  • ventilation mechanics refers to the analysis and representation of static pressure-volume relationships (steady state) and pressure-volume relationships during a ventilation cycle, and only a portion of the gas mixture containing the lung after maximum inhalation may be ventilatory
  • Physiological parameters of medicine always have high biological variability, and the size of the lung volumes also depends heavily on the individual anatomical conditions (especially atter, gender, height and weight). This fact must be taken into account, especially in the case of mechanical ventilation, by individually determining the parameters to be set in advance.
  • the actual breathing takes place at the cellular level and only the pulmonary ventilation can be supported or taken over by apparative measures. Since the oxygenation of all body cells represents a vital function of the human organism, mechanical ventilation plays a prominent role in anesthetics and intensive therapy.
  • the iron lung is the first widespread use of ventilation technology.
  • the entire body with the exception of the head, is located in a pressure chamber, the seal being made via a rubber neck cuff.
  • negative pressure is generated periodically, whereby the thorax expands.
  • air flows through the mouth / nose into the lungs.
  • the expiration takes place by the change from negative pressure to overpressure in the chamber.
  • This type of ventilation is passive and is the gentlest ventilation option, as it resembles the physiological spontaneous breathing. Due to the high technical effort, the increasing demand for respirators in the intensive care and home care sector and the low quality of life when using the vacuum chambers, together with the development of intubation technology actively ventilating devices have become increasingly prevalent and today form the standard of modern ventilation technology.
  • the ventilation takes place here by generating an overpressure, whereby the corresponding respiratory volume is applied to the patient. Expiration occurs spontaneously and passively by contracting the stretched thorax.
  • ventilatory techniques can be classified as controlled ventilation (volume-controlled or pressure-controlled) and assisted spontaneous breathing with mixed forms derived therefrom. Controlled ventilation is primarily used when the respiratory muscles and / or respiratory drive are too weak to sustain spontaneous breathing.
  • volume-controlled ventilation In volume-controlled ventilation, a set tidal volume is applied during inspiratory time, regardless of intrapulmonary pressure. Depending on the resistance and compliance of the lung tissue and the respiratory tract, the resulting pressures can be very high, so that an overpressure valve on the ventilator is opened when the adjustable alarm limit is reached.
  • a gas mixing and metering device for generating the inspiration gas with an oxygen concentration between 21 and 100% by volume and providing the required gas quantities
  • a respiratory gas humidifier for heating and humidifying the inspiration gas
  • a flow sensor that measures the flow of exspiraton gas.
  • the gas mixing and dosing system is often implemented as a closed or semi-open system, as the respiratory gas is often added anesthetics and drugs that should not be released to the environment.
  • the expired breathing gas is cleaned in filters, carbon dioxide CO2 is bound by absorber material and fresh oxygen is periodically added to the system from pressurized bottles.
  • the narcotic is also extracted, then re-liquefied and can be reused.
  • a pressure-controlled, timed fluid ventilation system is disclosed in Kenichi atsuda, MD; Shigeki Sawada, MD; Robert H. Bartlett, MD; Ronald B. Hirschl, MD: Effect of ventilatory variables on gas exchange and modynamics during total liquid ventilation in a rat modef, Crit Care Med 2003 Vol. 31, no. 7, wherein the structure consists of two height-adjustable reservoirs, a heat exchanger, a peristaltic pump, an oxygenator and condenser unit, as well as the hose system and an electromechanical valve.
  • the peristaltic pump pumps the perfiuorocarbon from the lower reservoir through the heat exchanger into the upper reservoir.
  • the heating takes place on physiological 37T.
  • the oxygenation takes place in the upper reservoir through a bubble oxygenator.
  • the inspiratory pressure and the expiratory pressure are regulated by the set height of both reservoirs.
  • the ventilated volume is controlled by the level in both reservoirs and by the balance.
  • a volume-controlled and time-controlled ventilation system is described in the document Stefano Tredici MD; Eisaku Komori MD; Akio Funakubo PhD; David O. Brant MS; Joseph L. Bull PhD; Robert H. Bartlett MD; Ronald B. Hirschl MD: A prototype of a liquid ventilator using a novel hoilow-fiber oxygenator in a rabbit model, Cht Care Med 2004 Vol. 32, no. 10 described, wherein in the ventilation system, a controlled piston pump forms the core.
  • the perfluorocarbon is pumped through the oxygenator directly through the endotracheal tube (ETT) into the lungs of the respirator.
  • ETT endotracheal tube
  • the volume is actively aspirated and passed through a bubble trap and a heat exchanger back into the cylinder.
  • the oxygenation is carried out in countercurrent with 100% oxygen in the membrane oxygenator.
  • the thereby emerging Perfiuorocarbon- steam is liquefied via a condenser and collected in a collecting container. This loss of perfluorocarbon is compensated by appropriate addition in Exsptrationsschenkel.
  • the applied Ttdalvolumen and the end-expiratory and endinspiratorischen volumes are determined by a balance. One-way valves are used to control the flow direction.
  • a microprocessor-controlled tracheal insufflation-assisted total liquid ventilation system is James Courtney Parker; Nobility Sakla; Francis M. Donovan; David Beam; Annu Chekuri; Mohammad Al-Khatib; Charles R. Hamm; Fabten G. Eyal: A microprocessor-controlled tracheal insufflation-assisted total liquid ventilation system, Med Bio! Eng Comput, 2009, 47: 931-939, the structure being mainly differentiated by the use of a double-lumen endotracheal tube, which allows different modes of ventilation to be realized.
  • a first mode is purely time-controlled.
  • a first pump rotates continuously and transports the perfluorocarbon used. Two valves control the flow direction and switch between inspiration and expiration.
  • the first mode is used during filling of the lung with perfluorocarbon. Then the second mode is activated and the tidal volume is increased.
  • the second mode is controlled by the end-expiratory reservoir pressure measured by a first pressure sensor to make volume corrections. The valve opening times can be manually overridden to ensure a constant inflow and outflow.
  • the third mode is equivalent to the second mode except that end-expiratory pressure control is performed directly at the endotracheal tube.
  • two additional pumps can be time-controlled.
  • two additional pumps can be time-controlled. Additional volume is applied via the second channel of the double-lumen tube through the second pump, which is removed again with the third pump.
  • the system also includes the oxy genator as well as a condenser and a temperature control unit. Before each breathing cycle, a control unit calculates the required times and ventilated volumes depending on adjustable parameters. If the measured dextranspiratory reservoir pressure or lung pressure deviates from the set pressure, a differential pressure is determined and converted directly into a volume which additionally has to be applied or removed in the next respiratory cycle. Although end-tidal pressure is used to control breathing cycles, it is a volume-controlled system because the pressure differences are converted directly into volumes to ventilate a constant, adjustable volume.
  • a pressure sensor is used on the endothracheal tube, the measurement taking place in the end-inspiratory and end-expiratory pauses by closing certain valves.
  • a valve is closed during the preparation phase in order to oxygenate and temper the perfluorocarbon used in the cyclic circulation.
  • the volume control is carried out on the other hand via a level indicator on the reservoir, on the other hand, the displaced volume is detected in the piston pumps by means of potentiometers.
  • the valve opening times and the motor control commands are calculated from this according to the set parameters.
  • the problems are that the two systems have a large component cost.
  • the invention is therefore based on the object to provide a device and a method for ventilation, which are designed so suitable that a ventilation with gas and / or liquid can be carried out in each case pressure-controlled and volume-controlled.
  • a ventilation with gas and / or liquid can be carried out in each case pressure-controlled and volume-controlled.
  • the artificial and controlled combined ventilation with gas and liquid to be realized with only a single device.
  • a performance of a complete liquid ventilation and a normal mechanical ventilation with gas to be achieved, so that a cost and saving can be achieved.
  • an inspiratory pump connected to the tube with a first valve and controlled by a motor controller
  • an expiratory pump connected to the tube via a hose line with a second valve and controlled by the motor controller, an oxygenator unit which communicates with the exhalation pump on the input side via a hose line controlled by the second valve,
  • a main tank communicating with the inspiration pump via a hose controlled by the first valve and temperature-stabilized by a thermostat associated therewith,
  • a balance which is connected to a pad for the person to be respirated, to determine the amount of ventilated fluid to be ventilated as well
  • control unit which switches the valves of the complete circuit for the execution of the respiration via data lines and is connected with motor controllers and sensors,
  • control device having functional units and at least following program-technical function blocks:
  • the peristaltic pump has a direction of rotation which moves the respectively applied fluid in the tubing between the main container and the oxygenator unit.
  • the inspiration pump can consist at least of a first syringe containing a first piston, a first linear motor connected to the first piston and the motor controller.
  • the expiratory pump may consist at least of a second syringe containing a second piston, a second linear motor connected to the second piston and the motor controller.
  • the oxygenator unit may include an internal gas exchange circuit including an oxygenator, a gas diaphragm pump, and a soda lime container connected in series in the gas loop.
  • the fluid-carrying and / or gas-carrying lines of the entire circuit can form a hose line system.
  • the provided for a respiration with gas and / or liquid and back to the gas back main container may be embedded in an ambient container that belongs to the thermostat, which adjusts a constant temperature of the fluid in the main container and temperature-stabilized the fluid in the main container.
  • the third valve is provided, which communicates with the additional container for liquid and the additional container for gas and is optionally manually operable or shadable controlled by the control unit.
  • the switchable, convertible third valve may consist of two switchable three-way valves, wherein the first three-way valve and the additional reservoir for gas are connected to a first three-way valve and the first three-way valve and the hose are connected to a Zwet tes three-way valve, the third valve optionally can be connected to the control unit via a signal line switchable.
  • At least most of the valves can be pinch valves for the respective continuous lines of the inspiratory pump and the (expiratory pump).
  • the program-technical means of the control program used are divided into three separate function blocks, which are assigned to hardware-based functional units, which are executed in parallel as required and whose processing time per cycle is not interdependent, being stored in the control unit:
  • a first function block for calculating the ventilation parameters which performs a setting, modification, display and calculation of the ventilation parameters for gas ventilation or liquid ventilation or for the combination of the two ventilations,
  • a second function block for controlling the engine which takes over the values determined in the first function block and is responsible for controlling the motors via the motor controller and for switching the valves, and
  • a third function block for data acquisition which continuously reads the collected measurement data of the pressure sensor and the force transducer of the balance from the USB-6009 measuring module and displays the measured data
  • the measurement data of the pressure sensor signal is transmitted to the second function block to stop engine movements when reaching limit pressures.
  • a repeated execution of the function blocks can be carried out until the completion of the respective ventilation program, wherein the engine initialization, the status request and the measurement module initialization are executed once each at the program start and the user interface is constantly queried and updated during the program execution, so that value changes to the function blocks Transfer and display data from the function blocks via a display, eg via a user interface of the control unit.
  • Engine initiation establishes communication between the control unit and the engine front end by passing the settings for the RS-232 interface.
  • the status polling is a first safety feature for the device, with engine limit switches being executed when the motor controllers are turned on to determine the zero position and maximum displacement.
  • the measurement module initialization performs communication between the control unit and the USB 6009 measurement module by creating the functions for the data channels.
  • Each mode of ventilation gas or liquid
  • two ventilation modes pressure-controlled or volume-controlled
  • the device is filled with liquid or gas
  • the fluid is simply exchanged during operation.
  • a corresponding control loop of a feedback ventilation e.g. perform at respiratory support.
  • TLV complete fluid ventilation
  • OCT optical coherence tomography
  • the device according to the invention of hoses, valves, pumps, sensors ventilation is realized via an inspiratory circuit and an expiratory cycle.
  • liquid ventilation is performed and, accordingly, when the device is filled with air, normal ventilation with air.
  • the device contains an oxygenator, with which the medium in the mariossenen device (state) is enriched with oxygen.
  • a soda lime container eliminates the resulting carbon dioxide from the device in a circuit.
  • test subjects to be examined may preferably have a weight of 15 g to 5 kg and
  • Regulating respiration should, depending on the metabolic condition, i. both at rest and under load - a customized ventilation to be ensured.
  • the invention thus makes it possible to perform a mechanical ventilation with at least two fluids, in particular with air and with fluid with one and the same device both pressure-controlled and volume-controlled.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention for
  • Fig. 2 is a circuit diagram of a circuit electronics of the valve control
  • FIGS. 1 and 3 are considered together.
  • a tube 17 for ventilation with a connected pressure sensor 3 an inspiratory pump 6 which is connected via a hose 164 with a first valve 71 to the tube 17 and is controlled by a motor controller 2,
  • an oxygenator unit 101 which communicates with the exhalation pump 7 on the input side via a hose line controlled by the second valve 72,
  • a main reservoir 15 which communicates with the inspiration pump 6 via a hose line controlled by the first valve 71 and which is temperature-stabilized by a thermostat 14 associated therewith,
  • auxiliary tank 131 for liquid 21 which is connected via a third vent 12 to a hose 163 between the outlet of the oxygenator unit 101 and the inlet of the main tank 15, the hose line system 16 supporting a total circulation 90 for the two fluids 21, 22,
  • a balance which is connected to a pad for the person to be respirated, to determine the amount of ventilated fluid to be ventilated as well
  • a control unit 18 which connects via data lines at least the valves 71, 72 of the overall circuit 90 for carrying out the ventilation and is in communication with the motor controller 2 and at least with the pressure sensor 3.
  • a peristaltic pump 11 connecting both for transporting the respective fluid from the main tank 15 via hose lines 162, 161 to the oxygenator 10 of the oxygenator unit 101, the third valve 12 having an additional tank 20 for gas 22 and wherein the control unit 18 with hardware-functional units and at least with the following, shown in Fig. 3, program-technical function blocks: a first functional block 40 for calculating ventilation parameters for the gas ventilation, for the complete liquid ventilation and for the combination of the two ventilations in a first functional unit,
  • a second function block 41 for controlling the engine in a second functional unit
  • the peristaltic pump 11 has a direction of rotation which moves the respectively applied fluid in the hose lines 164, 165 between the main container 15 and the oxygenator unit 101.
  • the inspiration pump 6 may consist at least of a first syringe 61 containing a first piston 63, a first linear motor 2 connected to the first piston 63, and the motor controtout 2.
  • the expiratory pump 7 may consist at least of a second syringe 62 containing a second piston 64, a second linear motor 19 connected to the second piston 64 and the motor controller 2.
  • the oxygenator unit 101 has a gas circulation run 23, which includes at least one oxygenator 10, a gas diaphragm pump 9 and a soda lime tank 8, which are arranged in series in the inner gas exchange circuit 23.
  • the liquid and / or gas-carrying lines 161, 162, 163 and 164, 165 of the overall circuit 90 form a hose line system 16.
  • the main receptacle 15 provided for receiving the fluid 21, 22 may be embedded in a cup-like surrounding container 13 belonging to the thermostat 14, which sets a constant temperature of the fluid 21, 22 in the main receptacle 15.
  • the third valve 12 may be provided, which is in communication with the additional tank 131 with liquid 21 and an additional tank 20 with gas 22 and is controlled by the control unit 18 from switchable.
  • the third valve 12 may, as shown in Fig. 1, consist of two Dreiwegeventiien 121 and 122, wherein the first three-way valve 121, the auxiliary tank 131 with liquid 21 and the auxiliary tank 20 are connected to gas 22 and the second three-way valve 122 the first three-way valve 121 and the hose 163 are connected, wherein the valve 12 is selectively manually operable or connected to the control unit 18 via a signal line (not shown) switchable.
  • At least the valves 71, 72 may constitute pinch valves for the continuous hose lines of the inspiration pump 6 and the expiratory pump 7.
  • a pumping device for actively transporting the tidal volume into and out of the lungs
  • an oxygenator unit to oxygenate the perfiuorocarbon and dissolve carbon dioxide
  • a heat exchanger to heat the perfluorocarpone to physiological 37 e C
  • preventing the body core temperature from dropping preventing the body core temperature from dropping
  • flow control valves and a suitable control routine that allows the user to actively access the ventilation parameters and map appropriate feedback from the device.
  • the device 1 should be completely filled with Perfiuorocarbon for the description, the principle of operation is independent of Perfiuorocarbon or of the air. Extraordinary conditions, such as filling the perfiuorocarbon device and changing the ventilation medium during operation, are explained after the description of the continuous ventilation mode.
  • the mode of operation is that, during the ventilation, the peristaltic pump 1 1 continuously conveys perfiuorocarbon 21 out of the main container 15 through the oxygenator unit 101 with 15 ml / min in order to bind sufficient oxygen in the perfiuorocarbon 21 and to detach bound carbon dioxide CO 2 from the perfiuorocarbon 21.
  • a first syringe 61 (depending on the ventilated Tidaivolumen) is moved by motor, so that Perfiuorocarbon 21 is pushed into the lungs, whereas the solenoid valve 71 opens the inspiratory branch 70, whereas the solenoid valve 72 keeps the expiratory branch 80 closed, the volume being dependent on the propulsion of the motors 24, 19, the propulsion in the lungs
  • Control program is calculated according to the syringe size and the set ventilation parameters. Time-controlled, the inspiration is terminated and the valve 71 closes the inspiratory branch 70, the valve 72 simultaneously opens the expiratory branch 80.
  • the second piston 64 of a second syringe 62 is also moved by motor, so that the applied volume is actively pumped out of the lungs .
  • the inspiratory syringe 61 attracts oxygenated perfluorocarbon 21 from the main reservoir 15, whereas during the inspiratory period the expiratory syringe 62 returns a portion of its volume to the overall circuit 90 via the oxygenator unit 101.
  • the pulmonary pressure is meanwhile continuously measured by means of differential pressure sensor 3 directly on the pulmonary tube 17. This results in a precise timing of the engine control and valve control and the differences in pressure or volume controlled ventilation modes.
  • liquid 21 can be selected from the group of perfluorocarbons perfluorodecalin (C10F18), whose chemical properties are explained in more detail below. These are also listed in Table 1 in comparison to other perfluorocarbons and other medically relevant media.
  • C10F18 perfluorocarbons perfluorodecalin
  • Perfluorodecalin 21 consists of fully fluorinated ten atomic carbon chains, is colorless and odorless, and biologically, thermally and chemically inert.
  • the high boiling point of 142 ° C is advantageous, as a result of which the evaporation rate at room temperature can be kept low.
  • the gaseous oxygen binding capacity is 49 ml per 100 ml of liquid and for gaseous carbon dioxide 140 ml per 100 ml of liquid. This means that almost three times as much gas can be bound as the same amount of blood can transport.
  • n - 1, 31 An essential advantage for the imaging of lung surfaces to be examined and ventilated by means of optical coherence tomography is the optical index of n - 1, 31.
  • the small difference to the refractive index of the surrounding tissue (n 1.33) minimizes the scattering losses on the path of the near-infrared radiation through the tissue and the artifacts in the subsequent bit-rotation construction.
  • the respiration according to the invention always begins according to the method with a conventional gas ventilation with 100% oxygen.
  • the ventilation parameters are set accordingly and the ventilation is carried out.
  • the change to the liquid ventilation takes place with the aid of an additional container 131 with liquid 21, which can be switched on via the valve 12 to the entire circuit 90.
  • the liquid addition tank 131 is mounted above the double-walled liquid reservoir 13 so that the perfluorodecalin used as the liquid flows in due to gravity.
  • the peristaltic pump 11 circulates the perfluorodecaline in the overall circulation 90, care being taken to ensure that sufficient liquid 21 is available, since a volume of 19 ml alone is required for filling in the oxygenator 10.
  • the ventilation parameters are switched to liquid ventilation and a filling sequence is started, whereby the inspiratory syringe 61 is filled with enough perfluorodecalin 21.
  • the inspiratory syringe 61 is filled with enough perfluorodecalin 21.
  • only perfluorodecalin 21 is pumped into the lungs and the remaining air in the hose line system 16 is gradually removed via the exhalation pump 9.
  • the oxygen 22 is gradually dissolved in the perfluorodecalin 21, so that a complete filling of the tubing 16 is possible.
  • Other components are hardware components that are used in the device 1 according to the invention, the respirator. These include the drive motors 24, 19 for the syringes 61, 62. At the same time, the motors 24, 19 provide a reproducible positioning accuracy of ⁇ 5 m and an axial tensile or compressive force of 15 N. With a maximum adjustment speed of 15 ⁇ are the
  • valves 71, 72 For flow direction regulation, two magnetically operated micro-Schiauchquetschventile with a DC power supply voltage of 12 V are selected as valves 71, 72.
  • the pinch valves 71, 72 withstand a differential pressure of 0.8 bar and are also impermeable to gas in the closed state when using silicone tubing 16 of the maximum hardness of 50 Shore.
  • the valves 71,72 have short switching times and a low minimum waiting time between the switch-on in the desired working range.
  • the advantages of these pinch valves 71, 72 are the separation of the fluid-carrying parts of the mechanism, the avoidance of additional dead space and the possibility of flow in both directions.
  • the term 3/2-way valve means that there are two switching states and three process connections.
  • hoses 16 In the case of the pinch valves 71, 72 used two hoses 16 can be inserted and during operation, one port is always open and the other is closed.
  • a commercially available silicone hose is selected, for example, with an inner diameter of 1, 98 mm, an outer diameter of 3.18 mm and a hardness of 50 Shore. The maximum outer diameter and the maximum hardness are determined by the valve selection. ned.
  • connection of the tubes 16 with other components and the connection with each other preferably takes place via Luer-lock connections and miniature hose connectors.
  • perfusion syringes or fine dosage syringes with a central luer or luer lock connection are used.
  • the filling volume varies from 1 ml to 50 ml, which is crucial for the design of syringe holder units.
  • the inserted pressure sensor 3 is operated at 5 V and converts the difference between system pressure and ambient pressure into a voltage signal which is detected and is a measure of the pulmonary pressure.
  • a conventional peristaltic pump 11 is used for the circulation of the perfluorocarbon in Automatkretserton 90 with a maximum of two delivery channels.
  • the used for the temperature control of the perfluorocarbon Thermostat 14 is equipped with a 10 liter water tank and a pump unit and it can be reached temperatures of up to 160 ° C.
  • the thermostat connection is made via two water hoses to the double-walled reservoir 13.
  • the temperature control to the desired 37 "C takes place in less than 10 minutes and is kept constant over the entire time of ventilation.
  • a force transducer 5 is provided for the volume control. It is equally suitable for tensile and compressive loads and measures forces up to 50 N with a relative characteristic deviation of 0.2%.
  • the tip of the force transducer 5 is the correctly measured vertically and therefore forms one of three structurally provided supports the pad 4. Two additional bearings are located on a bracket at a distance of 14 cm. The triangular arrangement of the supports allows the horizontal and tilt-free storage of the pad 4 without additional adjustment.
  • the correction of the measurement signal takes place as a function of the distance of the lung to the support of the force sensor 5 via the lever law. The correction is made by program means after the distance is measured and entered.
  • a Hohimaschine membrane oxygenator 10 is used, as it is used in neonatal cardiovascular machines.
  • the gas exchange takes place in the countercurrent process, with a total exchange area of 0.25 m 2 being available.
  • the individual fibers have an inner diameter of 250 pm and a length of 140 mm. This results in the Mon Vietnamesefier 90 an additional volume of 19 ml. To avoid air bubbles and their circulation, therefore, even at low tidal volumes of, for example, 0.2 ml, a total liquid volume of at least 30 ml is used.
  • a soda lime container 8 with soda lime, in which the carbon dioxide CO2 is chemically bonded. The attainment of the saturation limit of the soda lime is recognized by a color change from white to pink
  • the ventilator different syringes 61, 62 are used in the ventilator and their change made user-friendly. Available are perfusion syringes with 1, 3, 5, 10, 20 and 50 ml filling volumes. Due to the three-part design, consisting of cylinder, punch and rubber seal, a low-friction long-term operation is possible.
  • the standardized centric Luer connection provides for the uncomplicated connection and termination of the hose line system 16 and serves as a constant unilateral clamping. In contrast, depending on the filling volume, the syringe length and the diameter change, so that the second clamping must be made adaptable to the size of the syringe to fix its size.
  • the pad 4 is pivotally connected to the overall structure of the device 1, since frequent rotation of the pad 4 is necessary.
  • the force transducer 5 is fastened in the middle of the mounting unit. His to be loaded sensor tip forms one of three support points of the base 4. The other two support points are formed by two mutually perpendicular V-grooves of the support unit.
  • the pad 4 is modified so that three triangularly arranged ball tips are mounted, which can be inserted into the bearing points of the attachment and the force sensor 5, whereby a adjustment-free handling is made possible.
  • the device 1 includes the thermostat 14 with a pump to heat the liquid, for example, the perfluorocarbon, to 37 ° C. To shorten the time required for this, the temperature is controlled at the double-walled reservoir.
  • the double-walled reservoir used consists of a 50 ml syringe as Haupthöhöiter 5 inside a cup container 13 with 500 ml filling volume.
  • the syringe 15 is modified with a port at the top through which the perfluorocarbon 21 can flow into the syringe 15.
  • the drain is via the standard outlet at the bottom.
  • the inlet and outlet hose is guided through holes in the cup container 13 to the syringe 15.
  • the holes, as well as the connections to the syringe 15 and its pistons are sealed with epoxy resin to prevent the ingress of water.
  • For the connection of the Thermostatic pump hoses are glued two additional hose connector with a corresponding diameter in the wall of the cup container 13. With this structure, the perfluorocarbon 21 in the main tank 15 can be heated by circulating the warm water of the thermostat 14 around the main tank 15.
  • a circuit electronics shown in Fig. 2 25 may be present and there are programmatic means for controlling the associated circuit electronics 25 is stored.
  • the electronic circuit 25 essentially fulfills three tasks.
  • Fig. 2 shows the schematic circuit diagram of the electronic circuit 25, the layout is implemented on a standard breadboard.
  • a fuse 28 is provided in series with the switch 27.
  • the smoothing of the input voltage is effected by means of 1 mF capacitor 29.
  • a light-emitting diode 30 is connected with a corresponding series resistor 31, which visualizes the switched-on operating state.
  • the two solenoid valves 71, 72 used are switched via two MOS field effect transistors 32, 33 by changing the gate voltages. For switching through the 12 V supply voltage for the operation of the valves 71, 72, a 5 V DC voltage signal is applied to the gate input of the transistors for this purpose.
  • the signal is generated via the digital ports of the external USB 6009 measuring card 48 according to the control routine of the PC program, whereby the different valve opening times are realized.
  • the remaining part of the circuit electronics 25 provides the voltage supply of the pressure sensor 3 and the amplification of the differential pressure signal.
  • the 12 V are transformed to an output voltage of 5 V, by means of which the pressure sensor is operated.
  • the differential pressure signal is fed in the form of a voltage difference between the terminals "signal +" and "signal -" in an amplifier circuit.
  • the operational amplifier 35 used is operated with +6 V and -6 V.
  • Both voltages are created by splitting the 12 V supply voltage by means of the two gletch-dimensioned RC elements 36, 37 whose connection point serves as virtual ground for the operational amplifier 35. Due to the selected series resistors 38,39 can be achieved with the electronic circuit 25 a thousandfold amplification of the Differenzlaysstgnals of mV to volts, so that a measurement via an analog input of the USB 6009 card is possible.
  • the ventilation parameters can also be set with the stored program-technical means and the engine control and valve opening times can be realized accordingly.
  • the representation of the measured endotracheal pressure signal and various control parameters takes place.
  • the implementation was carried out with a data flow oriented programming system. Due to the separate hierarchy levels of this type of programming, a user-friendly user interface can be created, which is free of the actual wiring and the mathematical calculation algorithms and thus allows a largely intuitive handling.
  • the design of the user interface and the control elements displayed on it are based on the design and setting options of conventional ventilators. To better understand the following, once again the adjustable parameters are listed in tabular form as a function of pressure- or volume-oriented ventilation modes. Table 1
  • Adjustable parameters depending on pressure-controlled or volume-controlled ventilation (+ means, the parameter is adjustable, - not adjustable)
  • the units of the setting parameters can not be changed and serve as a conversion basis in the given calculation steps, ie a preset value of the tidal volume, for example, must be entered in ml in order to correctly carry out the spraten-type dependent conversion into a required engine-facilitating path.
  • - syringe type corresponds to the syringe size used 1, 3, 5 and 50 ml
  • Tidal volume (ml) corresponds to the ventilated volume per cycle
  • Ratio ratio of inspiratory time to expiration time; adjustable are 1: 1, 1: 2 and 1: 4,
  • Flow sets inspiratory time for pressure-controlled ventilation while volume can be applied; the increase is determined by the Ramp increase button,
  • the data flow-oriented program-technical means offer a multiplicity of finished program modules for the solution of individual problems. For this, existing basic elements are wired together to create more complex program functions. However, data flow oriented programming means that elements of the program can only be executed if all required data is available at the input. The advantage lies in the parallel processing of elements that are not interdependent. In addition, the processing time plays a crucial role, so some program parts must wait until others have been processed.
  • program-technical means of the control program used are subdivided into three separate function blocks 40, 41, 42, which can be executed in parallel and whose processing time per cycle is not dependent on one another.
  • the basic functional block structure is shown in FIG.
  • the first function block 40 for calculating the ventilation parameters deals with the setting, modification, display and calculation of respiration parameters for the gas ventilation, for the complete liquid ventilation and for the combination of the two ventilations.
  • the second motor control function block 41 adopts the values determined in the first functional block 40 and is responsible for controlling the motors 24, 19 and switching at least the valves 71, 72.
  • the third function block 42 for data acquisition continuously reads the collected measurement data from the pressure sensor 3 and the force transducer 5 from the USB 6009 measurement module 48 and displays the measurement data to the user.
  • the measured data of the pressure sensor signal are transferred to the second function block 41 in order to stop the motor movement when limit pressures are reached.
  • the cycle symbol 43 means the repeated execution of the function blocks 40, 41, 42 until the end of the program.
  • the arrows indicate the data transfer from one function block to other function blocks.
  • the engine initialization 44, the status query 45 and the measurement module initialization 46 are executed once at program start.
  • the user interface 47 is permanently queried and updated during program execution, so that value changes to the function blocks 40, 41, 42 can be transferred and data from the function blocks 40, 41, 42 are displayed.
  • the engine initialization 44 establishes communication between the controller 18, particularly the PC and the engine controller 2, by passing the settings for the RS-232 interface 48 (shown in FIG. 1).
  • the settings are made especially for the measuring station computer 18 and have to be adapted for every other PC.
  • the status query 45 is the first safety feature for the ventilator 1. If the motor controller 2 is turned on, the Endschaiterfahrten the motors 24, 19 must be performed so that the zero position and the maximum displacement can be determined. Failure to do so could cause the motors 24, 19 to be damaged as the carriages strike unrestrained or traverse the maximum travel and fall out of the guide. The status inquiry 45 detects whether the limit switch travel has been executed and, if necessary, prevents the start of the ventilation until the travel limits have been determined.
  • the measurement module initialization 46 establishes communication between personal computer 18 and the USB 6009 measurement module 48 by creating the tasks and functions for the data channels. Currently, 240 measurement points per second are determined per data channel. Data line: channel one 49 (shown in FIG. 1), the force sensor signal, data line: channel two 50 (shown in FIG. 1) provides the pressure signal.
  • Regulating respiration should, depending on the metabolic condition, i. both at rest and under load - a customized ventilation can be ensured.
  • the invention thus makes it possible to carry out a mechanical ventilation with at least two different fluids, in particular with air / gas and with liquid with one and the same device 1 both pressure-controlled and volume-controlled.
  • first three-way valve 122 second three-way valve

Abstract

The invention relates to a device (1) and a method for ventilation with gas (22) and/or with liquid (21), containing a ventilation tube (17) with an attached pressure sensor (3), an inspiration pump (6), which is attached to the tube (17) and is controlled by a motor controller (2), an expiration pump (7), which is attached to the tube (17) and is controlled by the motor controller (2), an oxygenator unit (101), which is connected at the inlet side to the expiration pump (7), a main container (15), which is connected to the inspiration pump (6) and of which the temperature is stabilized by a dedicated thermostat (14), an additional container (131) for liquid (21), which additional container (131) is arranged between the outlet of the oxygenator unit (101) and the inlet of the main container (15), a balance for determining the ventilated amount of liquid of the subject to be ventilated, and a control unit (18), which switches valves of the overall circuit (90) in order to perform the ventilation and is connected at least to motor controller (2) and sensors (5). Between the outlet side of the main container (15) and the inlet side of the oxygenator unit (101), a peristaltic pump (11) connecting the two is arranged for transporting the respective fluid from the main container (15) to the oxygenator (10) via hose lines (162, 161), wherein a valve (12) is connected to an additional container (20) for gas (22), and wherein the control unit (18) is designed at least with a first function block (40) for calculating ventilation parameters for the gas ventilation, for the total liquid ventilation and for the combination of the two fluid ventilations in a first function unit, with a second function block (41) for the motor control in a second function unit, and with a third function block (42) for data acquisition in a third function unit.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Beatmung  Apparatus and method for ventilation
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beatmung mit Gas und/oder mit Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung enthält The invention relates to a device and a method for ventilation with gas and / or liquid, wherein the device contains
- einen Tubus zur Beatmung mit einem angeschlossenen Drucksensor, - a tube for ventilation with a connected pressure sensor,
• eine Inspirationspumpe, die über eine Schlauchleitung mit einem ersten Ventil an den Tubus angeschlossenen ist und von einem Motorkontrolter gesteuert wird, An inspiratory pump connected to the tube via a tubing with a first valve and controlled by an engine monitor;
- eine Exspirationspumpe, die über eine Schlauchleitung mit einem zweiten Ventil an den Tubus angeschlossen ist und von dem Motorkontroller gesteuert wird, an expiratory pump connected to the tube via a hose line with a second valve and controlled by the motor controller,
- eine Oxygenatoreinheit, die eingangsseitig mit der Exspirationspumpe über eine vom zweiten Ventil gesteuerte Schlauchleitung in Verbindung steht, - einen Hauptbehälter, der mit der Inspirationspumpe über eine vom ersten Ventil gesteuerte Schlauchleitung in Verbindung steht und der von einem ihm zugeordneten Thermostat temperaturstabilisiert wird,  an oxygenator unit which communicates with the exhalation pump on the input side via a hose controlled by the second valve, a main tank which is in communication with the inspiration pump via a hose controlled by the first valve and which is temperature-stabilized by a thermostat associated with it;
- einen Zusatzbehälter für Flüssigkeit, der über ein drittes Ventil mit einer Schlauchleitung zwischen dem Ausgang der Oxygenatoreinheit und dem Ein- gang des Hauptbehälters verbunden ist, wobei das Schlauchieitungssystem einen Gesamtkretslauf für die beiden Fluids verbindend unterstützt,  an auxiliary reservoir for liquid, which is connected via a third valve to a hose between the outlet of the oxygenator unit and the inlet of the main reservoir, the hose line system assisting to connect a total fluid path for the two fluids,
- eine Waage, die mit einer Unterlage für den zu Beatmenden in Verbindung steht, zum Ermitteln der ventilierten Flüssigkeitsmenge des zu Beatmenden sowie  - A balance, which is connected to a pad for the person to be respirated, to determine the amount of ventilated fluid to be ventilated as well
- eine Steuereinheit, die über Datenleitungen die Ventile des Gesamtknaislaufs zur Durchführung der Beatmung schaltet und mit Motorkontrallern und Sensoren in Verbindung steht. Die Forschung zu Verfahren und Vorrichtungen zur Beatmung mit Fluiden im medizinischen Sektor umfasst inzwischen differenzierte operative Verfahren. Die Erfindung bezieht sich auf die weitere Erforschung der Effekte einer totalen Flüssigkeitsbeatmung (TLV) auf das Atmungsorgan Lunge von Kleintieren, deren Körpergewicht von 15 g bis 5 kg betragen kann. Das Körpergewicht bestimmt die zu verabreichende maximale Flüssigkeitsmenge zur Beatmung. - A control unit that switches the valves of the total knee run to perform the ventilation via data lines and is connected with motor bucklers and sensors. Research on fluid-based medical ventilation procedures and devices now includes differentiated surgical procedures. The invention relates to the further investigation of the effects of total liquid ventilation (TLV) on the respiratory organ lungs of small animals, whose body weight may be from 15 g to 5 kg. The body weight determines the maximum amount of fluid to be administered for ventilation.
Das Verfahren wird eingesetzt, wenn die Spontanatmung ausfällt (Apnoe) oder insuffizient wird. The procedure is used when spontaneous breathing fails (apnea) or becomes insufficient.
Die herkömmliche Technik der Beatmung ist die Überdruck-Luftbeatmung, indem Luft durch externen Überdruck in die Lungen gepresst wird.  The conventional technique of ventilation is over-pressure air ventilation by forcing air into the lungs by external overpressure.
Bei der Flüssigkeitsbeatmung (engl, liquid Ventilation) kommt statt Atemluft eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit (Familie der Perfluorocarbone) zur Anwendung. In liquid ventilation, an oxygen-enriched liquid (family of perfluorocarbons) is used instead of breathing air.
Man unterscheidet folgende Flüssigkeitsbeatmungen:  A distinction is made between the following liquid respiratory conditions:
- die vollständige Flüssigkeitsbeatmung (TLV) und  - the complete liquid ventilation (TLV) and
- die partielle Flüssigkeitsbeatmung (PLV).  - partial liquid ventilation (PLV).
Während die PLV bereits klinisch angewandt wird, bedarf es noch wesentlicher medizinischer Entwicklungsarbeit zum Einsatz des vollständigen Flüssigkeitsbe- atmungsverfahrens (TLV). Die partielle Flüssigkeitsbeatmung (PLV - partial liquid Ventilation} und die vollständige Flüssigkeitsbeatmung (TLV - total/tidal liquid Ventilation) bilden die zwei wichtigen Formen der Flüssigkeitsbeatmung. While the PLV is already in clinical use, significant medical development work is still required to use the full fluid ventilation (TLV) procedure. Partial liquid ventilation (PLV) and total liquid ventilation (TLV) are the two major forms of liquid ventilation.
Die partielle Flüssigkeitsbeatmung beruht auf dem Austausch des Volumens der funktionellen Residualkapazität mit Perfluorocarbon. Die eigentliche Atmung fin- det mit einem Standardbeatmungsgerät und einem gasgefüllten Schlauchleitungssystem statt. Ebenso werden Beatmungsparameter der konventionellen Gasbeatmung gewählt. Das Perfluorocarbon hat, aufgrund seiner geringen Oberflächenspannung, vorwiegend die Aufgabe die Lunge offen zu halten, um eine größtmögliche Gasaustauschfläche zu gewährleisten. Da der zu Beatmende einen Teil des Perfluorocarbons bei dieser Beatmungsform abatmet, muss der Verlust, welcher in der Literatur bei einem erwachsenen Mann mit 50 - 60 ml pro Stunde gemäß http://www. tnnovationsreport.de/html/berichte/medizin_gesundheit /bericht965.html kontinuierlich ausgeglichen werden. Die richtige Einstellung der Beatmungsparameter und die Auswirkungen dieser kombinierten Beatmungsform auf die Lungendynamik sind weitestgehend unbekannt, so dass sich bis heute kein standardisierter Ablauf etabliert hat. Partial fluid ventilation is based on the replacement of the volume of residual functional capacity with perfluorocarbon. The actual breathing takes place with a standard ventilator and a gas-filled tubing system. Similarly, ventilation parameters of conventional gas ventilation are selected. The perfluorocarbon has, because of its low surface tension, mainly the task of keeping the lungs open to a to ensure the greatest possible gas exchange area. Since the respirator exhales some of the perfluorocarbons in this mode of ventilation, the loss reported in the literature in an adult male at 50-60 ml per hour according to http: // www. tnnovationsreport.de/html/berichte/medizin_gesundheit/bericht965.html be continuously balanced. The correct setting of the ventilation parameters and the effects of this combined ventilation mode on the lung dynamics are largely unknown, so that no standardized procedure has been established to date.
Die vollständige Flüssigkeitsbeatmung ist hingegen technisch wesentlich an- spruchsvoiler zu realisieren. Hierzu gehören ein flüssigkeitsgefülltes Schlauchiei- tungssystem, Pumpeinheiten, Oxygenator und Ventile, die das Applizieren von Flüssigkeitsvotumina ermöglichen. Das Perfiuorocarbon übernimmt den gesamten Gastransport in und aus der Lunge. Die richtige Wahl der Beatmungsparameter, das Ankoppeln und Entkoppeln des zu Beatmenden, die ausreichende Oxy- genierung und die COa-Entfernung sowie die technische Umsetzung sind Problemstellungen.  On the other hand, complete liquid ventilation is technically much more difficult to achieve. These include a fluid-filled tubing system, pumping units, oxygenator and valves that allow the application of liquid volumes. The perfiuorocarbon takes over the entire gas transport in and out of the lungs. The right choice of ventilation parameters, coupling and decoupling of the respirator, sufficient oxygenation and COa removal as well as the technical implementation are problems.
Die zur Flüssigbeatmung verwendeten Substanzen sind Perfluorocarbone, die die Eigenschaft haben, eine sehr niedrige Oberflächenspannung zu haben. Das heißt, die Perfluorocarbone verbreiten sich sehr gut in der Lunge und sind doppelt so schwer wie Wasser. Das hohe spezifische Gewicht der flüssigen Substanz und die hohe Transportkapazität für die Atemgase ist die Basis des Flüs- sigkeitsbeatmungsverfahrens. Eine Flüssigkeits-Gas-Beatmung ist in der Druckschrift US 6 694 977 B1 beschrieben, in der das Perfiuorocarbon eingesetzt wird, das mit Gas, also hier Sauerstoff, angereichert wird. The substances used for liquid ventilation are perfluorocarbons, which have the property of having a very low surface tension. That is, the perfluorocarbons are very well spread in the lungs and are twice as heavy as water. The high specific gravity of the liquid substance and the high transport capacity for the respiratory gases form the basis of the liquid respiration process. A liquid-gas ventilation is described in the publication US 6 694 977 B1, in which the Perfiuorocarbon is used, which is enriched with gas, so here oxygen.
Ein Problem besteht darin, dass in dem angegebenen Verfahren ausschließlich Flüssigkeitsbeatmungen angegeben sind, wobei das Gas in die Flüssigkeit eingeleitet wird. Von einem anderen Gesichtpunkt aus sind verschiedene Steuerungen der herkömmlichen Beatmungsverfahren in der Druckschrift Hullen: Biomedizinische Technik, Therapie und Rehabilitation, Springer-Verlag, TÜV Rheinland, ISBN 3- 88585-901-7, 1992 beschrieben, wobei mit Gasen in Abhängigkeit von der Beein- flussung der Einatmung und Ausatmung durch das Gerät oder den Probanden gearbeitet wird: One problem is that in the specified method only liquid breaths are specified, wherein the gas is introduced into the liquid. From another point of view, various controls of the conventional ventilation methods in the publication Hullen: Biomedical Engineering, Therapy and Rehabilitation, Springer-Verlag, TÜV Rheinland, ISBN 3- 88585-901-7, 1992 are described, wherein with gases depending on the - Inhalation and exhalation by the device or the subject is worked:
- CMV-Controlled Mechanical Ventilation,  - CMV-Controlled Mechanical Ventilation,
- AMV-Assisted mechanical Ventilation  - AMV-Assisted mechanical ventilation
- DMV-Demand Mechanical Ventilation.  - DMV Demand Mechanical Ventilation.
Handelsübliche Gasbeatmungsgeräte werden elektrisch oder pneumatisch angetrieben und werden durch die Kontrolle der Parameter  Commercially available gas ventilators are powered electrically or pneumatically and are controlled by the parameters
- Durchströmung  - Flow
- Hubvolumen  - Stroke volume
- Druck  - Print
gesteuert.  controlled.
Nach dem davon ausgewählten Kontroflparameter wird unterschieden in:  A distinction is made between the selected Kontroflparameter in:
- eine flowkontrollierte Beatmung (FC ),  a flow-controlled ventilation (FC),
- eine volumenkontrollierte Beatmung (VCV),  a volume-controlled ventilation (VCV),
- eine druckkontrollierte Beatmung (PCV).  - pressure-controlled ventilation (PCV).
Ein Problem besteht darin, dass der manuell ausgeführte Wechsel von einem Beatmungsgerät zum anderen Beatmungsgerät stets einen Risikofaktor darstellt. Da derzeit immer zumindest zwei verschiedene getrennt agierende Beatmungsgeräte mit unterschiedlichem Fluid erforderlich sind, ist auch die Kostenbelastung entsprechend höher. One problem is that manually switching from one ventilator to another ventilator is always a risk factor. Since currently at least two different separately acting ventilators with different fluid are required, the cost burden is correspondingly higher.
In der Physiologie wird unter Ventilationsmechanik die Analyse und Darstellung der statischen Druck-Volumen-Beziehungen (im eingeschwungenen Zustand} und der Druck-Volumen-Beziehungen während eines Ventilationszyklus verstanden. Nur ein Teil des Gasgemisches, das die Lunge nach maximaler Einatmung enthält, kann ventilatorisch bewegt und damit direkt spirometrisch erfasst werden. Physiologische Größen der Medizin besitzen immer eine hohe biologische Variabilität. Auch die Größe der Lungenvolumina hängt stark von den individuel- len anatomischen Gegebenheiten (besonders Atter, Geschlecht, Körpergröße und -gewicht) ab. Diesem Umstand muss, besonders bei der mechanischen Beatmung, Rechnung getragen werden, indem die einzustellenden Parameter im Vorfeld individuell bestimmt werden. Die eigentliche Atmung findet auf zellulärer Ebene statt und nur die Lungenventilation kann durch apparative Maßnahmen unterstützt bzw. übernommen werden. Da die Sauerstoffversorgung aller Körperzellen eine lebenswichtige Funktionalität des menschlichen Organismus darstellt, fällt der maschinellen Beatmung eine herausragende Rolle in der Anästhesiolo- gie und Intensivtherapie zu. In physiology, ventilation mechanics refers to the analysis and representation of static pressure-volume relationships (steady state) and pressure-volume relationships during a ventilation cycle, and only a portion of the gas mixture containing the lung after maximum inhalation may be ventilatory Physiological parameters of medicine always have high biological variability, and the size of the lung volumes also depends heavily on the individual anatomical conditions (especially atter, gender, height and weight). This fact must be taken into account, especially in the case of mechanical ventilation, by individually determining the parameters to be set in advance. The actual breathing takes place at the cellular level and only the pulmonary ventilation can be supported or taken over by apparative measures. Since the oxygenation of all body cells represents a vital function of the human organism, mechanical ventilation plays a prominent role in anesthetics and intensive therapy.
Die eiserne Lunge stellt den ersten weit verbreiteten Einsatz von Beatmungstechnik dar. Dabei befindet sich der gesamte Köper, mit Ausnahme des Kopfes, in einer Druckkammer, wobei die Abdichtung über eine Halsmanschette aus Gummi erfolgt. In der Kammer wird periodisch Unterdruck erzeugt, wodurch sich der Thorax ausdehnt. Dadurch strömt Luft über Mund/Nase in die Lunge. Die Exspiration erfolgt durch den Wechsel von Unterdruck zu Überdruck in der Kammer. Diese Art der Ventilation erfolgt passiv und ist die schonendste Beatmungsvariante, da sie der physiologischen Spontanatmung ähnelt. Aufgrund des hohen technischen Aufwandes, dem steigenden Bedarf an Beatmungsgeräten im intensivmedizinischen und home-care Bereich und der geringen Lebensqualität bei Verwendung der Unterdruckkammern, haben sich zusammen mit der Entwicklung der Intubationstechnik aktiv beatmende Geräte immer stärker durchgesetzt und bilden heute den Standard der modernen Beatmungstechnik. Die Ventilation erfolgt hierbei durch Erzeugung eines Überdrucks, wodurch das entsprechende Atemvolumen dem Patienten appliziert wird. Die Exspiration erfolgt spon- tan und passiv durch das Zusammenziehen des gedehnten Thorax.  The iron lung is the first widespread use of ventilation technology. The entire body, with the exception of the head, is located in a pressure chamber, the seal being made via a rubber neck cuff. In the chamber, negative pressure is generated periodically, whereby the thorax expands. As a result, air flows through the mouth / nose into the lungs. The expiration takes place by the change from negative pressure to overpressure in the chamber. This type of ventilation is passive and is the gentlest ventilation option, as it resembles the physiological spontaneous breathing. Due to the high technical effort, the increasing demand for respirators in the intensive care and home care sector and the low quality of life when using the vacuum chambers, together with the development of intubation technology actively ventilating devices have become increasingly prevalent and today form the standard of modern ventilation technology. The ventilation takes place here by generating an overpressure, whereby the corresponding respiratory volume is applied to the patient. Expiration occurs spontaneously and passively by contracting the stretched thorax.
Das Ziel jedes Beatmungskonzeptes ist die zuverlässige Unterstützung bzw. Übernahme der Atmung. Eine zusätzliche Rolle, speziell bei der intensivmedizinischen Langzeitbehandlung, spielt die Entwöhnung von der maschinellen Beatmung hin zur selbstständigen Spontanatmung während des Genesungsprozes- ses. Dazu stehen verschiedene Beatmungsmodi zur Verfügung, wobei die Parameter Druck, Volumen, Volumenstrom, Atemfrequenz und Gaszusammensetzung individuell angepasst werden müssen. Grundlegend können die Beatmungsverfahren in kontrollierte Beatmung {volumenkontrolliert oder druckkontrolliert) und assistierte Spontanatmung eingeteilt werden, mit daraus abgeleiteten Mischformen. Die kontrollierte Beatmung findet vorwiegend Anwendung, wenn die Atemmuskulatur und/oder der Atemantrieb zu schwach sind, um die Spontanatmung aufrechtzuerhalten. The goal of every ventilation concept is reliable support or respiration. An additional role, especially in intensive care long-term treatment, is the weaning from mechanical ventilation to spontaneous spontaneous breathing during the recovery process. Various ventilation modes are available for this, whereby the parameters pressure, volume, volume flow, respiratory rate and gas composition must be individually adjusted. Basically, ventilatory techniques can be classified as controlled ventilation (volume-controlled or pressure-controlled) and assisted spontaneous breathing with mixed forms derived therefrom. Controlled ventilation is primarily used when the respiratory muscles and / or respiratory drive are too weak to sustain spontaneous breathing.
Bei der volumenkontrollierten Beatmung wird ein eingestelltes Tidalvolumen, unabhängig vom auftretenden intrapulmonalen Druck, während der Inspirationszeit appliziert. Die daraus resultierenden Drücke können in Abhängigkeit von Re- sistance und Compliance des Lungengewebes und den Atemwegen sehr groß sein, sodass bei Erreichen der einstellbaren Alarmgrenze ein Überdruckventil am Beatmungsgerät geöffnet wird. In volume-controlled ventilation, a set tidal volume is applied during inspiratory time, regardless of intrapulmonary pressure. Depending on the resistance and compliance of the lung tissue and the respiratory tract, the resulting pressures can be very high, so that an overpressure valve on the ventilator is opened when the adjustable alarm limit is reached.
Bei der druckkontrollierten Beatmung wird während des Inspirationszyklus solan ge Luft in die Lunge gedrückt, bis der eingestellte Spitzendruck erreicht ist. Dabei kann das verabreichte Volumen in Abhängigkeit vom Gewebezustand stark variieren und es besteht die Gefahr, dass das Atemminutenvolumen zu hoch oder zu niedrig wird. Die Exspiration erfolgt bei beiden Beatmungsformen nach dem Öffnen des Exspirationsventils passiv. During pressure-controlled ventilation, air is forced into the lungs during the inspiratory cycle until the set peak pressure is reached. The administered volume may vary greatly depending on the tissue condition and there is a risk that the minute ventilation will be too high or too low. Exhalation occurs passively in both ventilation modes after opening the expiratory valve.
Ein konventionelles Beatmungsgerät ist in der Vorlesungsreihe Prof. Ralf Hinderen Therapeutische Technik, WS 2009/2010, Hochschule Mittweida, angegeben, das enthält A conventional ventilator is specified in the lecture series Prof. Ralf Hinderen Therapeutic Technique, WS 2009/2010, Hochschule Mittweida, which contains
- Leitungen für Stromversorgung, Sauerstoff und Druckluft,  - Lines for power supply, oxygen and compressed air,
- eine Gasmisch- und Dosiereinrichtung zur Erzeugung des Inspirationsgases mit einer Sauerstoffkonzentration zwischen 21 und 100 Vol.-% und Bereitstellung der benötigten Gasmengen,  a gas mixing and metering device for generating the inspiration gas with an oxygen concentration between 21 and 100% by volume and providing the required gas quantities,
- einen Atemgasanfeuchter zur Erwärmung und Befeuchtung des Inspirationsgases,  a respiratory gas humidifier for heating and humidifying the inspiration gas,
- einen (nspirationsschlauch und einen Exspirationsschlauch,  - a (nascent tube and an expiratory tube,
- ein Exspirationsventil, das während Inspirationsphase geschlossen, während Exspirationsphase geöffnet ist, - ein PEEP-Ventil, wobei, wenn das Exspirationsventil nicht bis zum Ende der Exspiration geöffnet bleibt, es zu einem positiven endexspiratorischen Druck kommt, - an expiratory valve closed during the inspiratory phase while the expiratory phase is open, a PEEP valve whereby, if the expiratory valve is not kept open until the end of the expiration, a positive end-expiratory pressure is reached,
- einen Flowsensor, der den Fluss des Exspiratonsgases misst.  a flow sensor that measures the flow of exspiraton gas.
Das Gasmischungs- und Dosiersystem wird häufig als geschlossenes bzw. halboffenes System realisiert, da dem Atemgas oft Narkosemittet und Medikamente zugesetzt werden, die nicht an die Umgebung abgegeben werden sollen. Das exspirierte Atemgas wird in Filtern gesäubert, Kohlendioxid CO2 wird von Absorbermaterial gebunden und frischer Sauerstoff wird aus Druckflaschen periodisch dem System zugemischt. Das Narkotikum wird ebenfalls extrahiert, anschließend wieder verflüssigt und kann erneut verwendet werden.  The gas mixing and dosing system is often implemented as a closed or semi-open system, as the respiratory gas is often added anesthetics and drugs that should not be released to the environment. The expired breathing gas is cleaned in filters, carbon dioxide CO2 is bound by absorber material and fresh oxygen is periodically added to the system from pressurized bottles. The narcotic is also extracted, then re-liquefied and can be reused.
Ein druckkontroHiertes, zeitgesteuerten Flüssigkeitsbeatmungssystem ist in der Druckschrift Kenichi atsuda, MD; Shigeki Sawada, MD; Robert H. Bartlett, MD; Ronald B. Hirschl, MD: Effect of ventilatory variables on gas exchange and he- modynamics during total liquid Ventilation in a rat modef, Crit Care Med 2003 Vol. 31 , No. 7 beschrieben, wobei der Aufbau aus zwei höhenverstelibaren Reservoirs, einem Wärmetauscher, einer Peristaltikpumpe, einer Oxygenator- und Kondensatoreinheit, sowie dem Schlauchsystem und einem elektromechani- schem Ventil besteht. A pressure-controlled, timed fluid ventilation system is disclosed in Kenichi atsuda, MD; Shigeki Sawada, MD; Robert H. Bartlett, MD; Ronald B. Hirschl, MD: Effect of ventilatory variables on gas exchange and modynamics during total liquid ventilation in a rat modef, Crit Care Med 2003 Vol. 31, no. 7, wherein the structure consists of two height-adjustable reservoirs, a heat exchanger, a peristaltic pump, an oxygenator and condenser unit, as well as the hose system and an electromechanical valve.
Die Peristaltikpumpe pumpt das Perfiuorocarbon aus dem unteren Reservoir durch den Wärmetauscher in das obere Reservoir. Dabei erfolgt die Erwärmung auf physiologische 37T. Die Sauerstoffanreicherung erfolgt im oberen Reservoir durch einen Blasenoxygenator. Über einen Überlauf fließt das Perfiuorocarbon zurück in das untere Reservoir, das verdunstete Perfiuorocarbon wird über einen Kondensator zurückgewonnen. Die Inspiration und die Exspiration werden über ein zeitgesteuertes elektromechanisches Ventil realisiert. Der inspirationsdruck und der Exspirationsdruck werden über die eingestellte Höhe beider Reservoirs geregelt. Das ventilierte Volumen wird über den Füllstand in beiden Reservoirs und über die Waage kontrolliert.  The peristaltic pump pumps the perfiuorocarbon from the lower reservoir through the heat exchanger into the upper reservoir. The heating takes place on physiological 37T. The oxygenation takes place in the upper reservoir through a bubble oxygenator. Via an overflow the perfiuorocarbon flows back into the lower reservoir, the evaporated perfiuorocarbon is recovered via a condenser. Inspiration and expiration are realized by a timed electromechanical valve. The inspiratory pressure and the expiratory pressure are regulated by the set height of both reservoirs. The ventilated volume is controlled by the level in both reservoirs and by the balance.
Ein volumenkontrolliertes und zeitgesteuertes Beatmungssystem ist in der Druckschrift Stefano Tredici MD; Eisaku Komori MD; Akio Funakubo PhD; David O. Brant MS; Joseph L. Bull PhD; Robert H. Bartlett MD; Ronald B. Hirschl MD: A prototype of a liquid Ventilator using a novel hoilow-fiber oxygenator in a rabbit model, Cht Care Med 2004 Vol. 32, No. 10 beschrieben, wobei im Beatmungssystem eine gesteuerte Kolbenpumpe das Kernstück bildet. Das Perfluorocarbon wird durch den Oxygenator direkt über den endotrachealen Tubus (ETT) in die Lunge des zu Beatmenden gepumpt. Während der Exspiration wird das Volumen aktiv abgesaugt und durch eine Blasenfalle und einen Wärmetauscher zurück in den Zylinder geführt. Die Oxygenation erfolgt im Gegenstromverfahren mit 100 % Sauerstoff im Membranoxygenator. Der dabei austretende Perfiuorocarbon- Dampf wird über einen Kondensator verflüssigt und in einem Auffangbehälter gesammelt. Dieser Verlust von Perfluorocarbon wird durch entsprechende Zugabe im Exsptrationsschenkel ausgeglichen. Das applizierte Ttdalvolumen und die endexspiratorischen sowie endinspiratorischen Volumina werden über eine Waage ermittelt. Zur Steuerung der Flussrichtung werden Einwegeventile verwendet. A volume-controlled and time-controlled ventilation system is described in the document Stefano Tredici MD; Eisaku Komori MD; Akio Funakubo PhD; David O. Brant MS; Joseph L. Bull PhD; Robert H. Bartlett MD; Ronald B. Hirschl MD: A prototype of a liquid ventilator using a novel hoilow-fiber oxygenator in a rabbit model, Cht Care Med 2004 Vol. 32, no. 10 described, wherein in the ventilation system, a controlled piston pump forms the core. The perfluorocarbon is pumped through the oxygenator directly through the endotracheal tube (ETT) into the lungs of the respirator. During expiration, the volume is actively aspirated and passed through a bubble trap and a heat exchanger back into the cylinder. The oxygenation is carried out in countercurrent with 100% oxygen in the membrane oxygenator. The thereby emerging Perfiuorocarbon- steam is liquefied via a condenser and collected in a collecting container. This loss of perfluorocarbon is compensated by appropriate addition in Exsptrationsschenkel. The applied Ttdalvolumen and the end-expiratory and endinspiratorischen volumes are determined by a balance. One-way valves are used to control the flow direction.
Ein weiteres volumenkontrolliertes und zeitgesteuertes System ist in der Druckschrift James Courtney Parker; Adel Sakla; Francis M. Donovan; David Beam; Annu Chekuri; Mohammad Al-Khatib; Charles R. Hamm; Fabten G. Eyal: A mic- roprocessor-controlled tracheal insufflation-assisted total liquid Ventilation System, Med Bio! Eng Comput, 2009, 47:931-939 beschrieben, wobei sich der Aufbau hauptsächlich durch die Verwendung eines doppellumigen endotrachealen Tubus unterscheidet, mit dessen Hilfe unterschiedliche Beatmungsmodi realisiert werden können. Ein erster Modus ist rein zeitgesteuert. Dabei rotiert eine erste Pumpe kontinuierlich und transportiert das verwendete Perfluorocarbon. Zwei Ventile steuern die Flussrichtung und schalten zwischen Inspiration und Exspiration um. Der erste Modus findet während der Befüllung der Lunge mit Perfluorocarbon Anwendung. Anschließend wird der zweite Modus aktiviert und das Tidal- volumen erhöht. Der zweite Modus wird durch den endexspiratorischen Reservoirdruck, gemessen mittels eines ersten Drucksensors kontrolliert, um Volumen- korrekturen durchzuführen. Die Ventilöffnungszeiten können manuell überschrieben werden, um einen konstanten Zufiuss und Abfluss sicherzustellen. Der dritte Modus arbeitet äquivalent zum zweiten Modus, mit dem Unterschied, dass die endexspiratorische Druckkontrolle direkt am endotrachealen Tubus erfolgt. Zusätzlich zu alten drei Modi können zwei weitere Pumpen zeitgesteuert arbeiten. sätzlich zu allen drei Modi können zwei weitere Pumpen zeitgesteuert arbeiten. Über den zweiten Kanal des doppellumigen Tubus wird zusätzliches Volumen durch die zweite Pumpe appliziert, welches mit der dritten Pumpe wieder entfernt wird. Dieses Pumpenprinzip ermöglicht die bessere Durchmischung mit frisch oxygeniertem Perfluorocarbon sowie die Auswaschung des Totraumvolumens und soll so den Gasaustausch fördern. Zum System gehören weiterhin der Oxy- genator sowie ein Kondensator und eine Temperiereinheit. Vor jedem Atemzyk- ius errechnet eine Steuereinheit in Abhängigkeit von einstellbaren Parametern die benötigten Zeiten und ventilierten Volumina. Weicht der gemessene en- dexsptratorische Reservoirdruck bzw. Lungendruck vom eingestellten Druck ab, wird ein Differenzdruck ermittelt und direkt in ein Volumen umgerechnet, welches im nächsten Atemzyklus zusätzlich appliziert oder entfernt werden muss. Obwohl der endexspiratorische Druck zur Kontrolle der Atemzyklen verwendet wird, handelt es sich um ein votumengesteuertes System, da die Druckdifferenzen unmit- telbar in Volumina umgerechnet werden um ein konstantes, einstellbares Volumen zu ventilieren. Another volume-controlled and timed system is James Courtney Parker; Nobility Sakla; Francis M. Donovan; David Beam; Annu Chekuri; Mohammad Al-Khatib; Charles R. Hamm; Fabten G. Eyal: A microprocessor-controlled tracheal insufflation-assisted total liquid ventilation system, Med Bio! Eng Comput, 2009, 47: 931-939, the structure being mainly differentiated by the use of a double-lumen endotracheal tube, which allows different modes of ventilation to be realized. A first mode is purely time-controlled. A first pump rotates continuously and transports the perfluorocarbon used. Two valves control the flow direction and switch between inspiration and expiration. The first mode is used during filling of the lung with perfluorocarbon. Then the second mode is activated and the tidal volume is increased. The second mode is controlled by the end-expiratory reservoir pressure measured by a first pressure sensor to make volume corrections. The valve opening times can be manually overridden to ensure a constant inflow and outflow. The third mode is equivalent to the second mode except that end-expiratory pressure control is performed directly at the endotracheal tube. In addition to the old three modes, two additional pumps can be time-controlled. In addition to all three modes, two additional pumps can be time-controlled. Additional volume is applied via the second channel of the double-lumen tube through the second pump, which is removed again with the third pump. This pump principle allows for better mixing with freshly oxygenated perfluorocarbon as well as the leaching of the dead space volume and is thus intended to promote gas exchange. The system also includes the oxy genator as well as a condenser and a temperature control unit. Before each breathing cycle, a control unit calculates the required times and ventilated volumes depending on adjustable parameters. If the measured dextranspiratory reservoir pressure or lung pressure deviates from the set pressure, a differential pressure is determined and converted directly into a volume which additionally has to be applied or removed in the next respiratory cycle. Although end-tidal pressure is used to control breathing cycles, it is a volume-controlled system because the pressure differences are converted directly into volumes to ventilate a constant, adjustable volume.
Ein anderes volumenkontrolliertes und zeitgesteuertes System ist in der Druckschrift Raymond Robert; Philippe Micheau; Herve Waith A Supervisor för volume- controlled tidal liquid Ventilator using independent piston pumps, Biomedical Signal Processing and Controi 2, 2007, 267-274 beschrieben, das sich von den vorgenannten Beatmungssystemen durch die Verwendung von zwei unabhängig ansteuerbaren Kolbenpumpen für die Inspiration und Exspiration unterscheidet. Damit können Korrekturen der applizierten und entfernten Volumina individueii umgesetzt werden und die Dynamik des Beatmungszykfus wird erhöht. Weiterhin sind zwei miteinander verbundene Oxygenatoren, Wärmetauscher, Reservoir und Kondensator im Kreislauf eingebunden. Die Ventile steuern die Flussrichtung und werden zeitgesteuert angesprochen. Für die Messung des pulmonalen Druckes wird ein Drucksensor am endothracheafen Tubus verwendet, wobei die Messung jeweils in der endinspiratorischen und endexspiratorischen Pausenzeit erfolgt, indem bestimmte Ventile geschlossen sind. Ein Ventil wird während der Präparationsphase geschlossen, um das verwendete Perfluorocarbon im zyklischen Kreislauf zu oxygenieren und zu temperieren. Die Volumenkontrolle erfolgt einer- seits über eine Füllstandsanzeige am Reservoir, andererseits wird das verschobene Volumen in den Kolbenpumpen mittels Potentiometer erfasst. Entsprechend der eingestellten Parameter werden daraus die Ventilöffnungszeiten und die Motorensteuerbefehle berechnet. Another volume controlled and timed system is in the book Raymond Robert; Philippe Micheau; Herve Waith A supervisor for volume-controlled tidal liquid ventilator using independent piston pumps, Biomedical Signal Processing and Controi 2, 2007, 267-274, which differs from the aforementioned respiratory systems by the use of two independently controllable piston pumps for inspiration and expiration , Thus, corrections of the applied and removed volumes can be individually implemented and the dynamics of the respiratory cycle are increased. Furthermore, two interconnected oxygenators, heat exchanger, reservoir and condenser are integrated in the circuit. The valves control the flow direction and are timed addressed. For the measurement of pulmonary pressure, a pressure sensor is used on the endothracheal tube, the measurement taking place in the end-inspiratory and end-expiratory pauses by closing certain valves. A valve is closed during the preparation phase in order to oxygenate and temper the perfluorocarbon used in the cyclic circulation. The volume control is carried out on the other hand via a level indicator on the reservoir, on the other hand, the displaced volume is detected in the piston pumps by means of potentiometers. The valve opening times and the motor control commands are calculated from this according to the set parameters.
Ein weiteres und dem vorgenannten Verfahren zur Beatmung ähnliches Verfahren ist in der Druckschrift EP 1 424 090 B1 beschrieben, wobei ein System zur vollständigen Flüssigkeitsbeatmung mit einer Lösung zur Sauerstoffanreicherung in der Flüssigkeit angegeben wird. Another method similar to the above-mentioned method for ventilation is described in the document EP 1 424 090 B1, wherein a system for complete liquid ventilation with a solution for oxygen enrichment in the liquid is specified.
Die Probleme bestehen darin, dass die beiden Systeme einen großen Bauelementaufwand aufweisen. The problems are that the two systems have a large component cost.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Ver- fahren zur Beatmung anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass eine Beatmung mit Gas und/oder Flüssigkeit jeweils druckkontrolliert und volumenkontrolliert durchgeführt werden kann. Außerdem soll die künstliche und kontrollierte kombinierte Beatmung mit Gas und mit Flüssigkeit mit nur einer einzigen Vorrichtung realisiert werden. Des Weiteren soll eine Durchführung einer vollständigen Flüssigkeitsbeatmung und einer normalen mechanischen Beatmung mit Gas erreicht werden, so dass eine Aufwands- und Kosteneinsparung erreicht werden können. The invention is therefore based on the object to provide a device and a method for ventilation, which are designed so suitable that a ventilation with gas and / or liquid can be carried out in each case pressure-controlled and volume-controlled. In addition, the artificial and controlled combined ventilation with gas and liquid to be realized with only a single device. Furthermore, a performance of a complete liquid ventilation and a normal mechanical ventilation with gas to be achieved, so that a cost and saving can be achieved.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 ,10, 11 ,12 gelöst. Eine Vorrichtung zur Beatmung The object is solved by the features of claims 1, 10, 11, 12. A device for ventilation
mit Gas und/oder mit Flüssigkeit enthält, containing gas and / or liquid,
- einen Tubus zur Beatmung mit einem angeschlossenen Drucksensor,  - a tube for ventilation with a connected pressure sensor,
- eine Inspirationspumpe, die mit einem ersten Ventil an den Tubus angeschlossenen ist und von einem Motorkontroller gesteuert wird,  an inspiratory pump connected to the tube with a first valve and controlled by a motor controller,
- eine Exspirationspumpe, die über eine Schlauchleitung mit einem zweiten Ventil an den Tubus angeschlossen ist und von dem Motorkontroller gesteuert wird, - eine Oxygenatoreinheit, die eingangsseitig mit der Exspirationspumpe über eine vom zweiten Ventil gesteuerte Schlauchleitung in Verbindung steht,an expiratory pump connected to the tube via a hose line with a second valve and controlled by the motor controller, an oxygenator unit which communicates with the exhalation pump on the input side via a hose line controlled by the second valve,
- einen Hauptbehälter, der mit der Inspirationspumpe über eine vom ersten Ventil gesteuerte Schlauchleitung in Verbindung steht und der von einem ihm zugeordneten Thermostat temperaturstabilisiert wird, a main tank communicating with the inspiration pump via a hose controlled by the first valve and temperature-stabilized by a thermostat associated therewith,
- einen Zusatzbehälter für Flüssigkeit, der über ein drittes Ventil mit einer Schlauchleitung zwischen dem Ausgang der Oxygenatoreinheit und dem Eingang des Hauptbehälters verbunden ist, wobei das Schlauchleitungssystem einen Gesamtkreisfauf für die beiden Fluids verbindend unterstützt,  an auxiliary container for liquid, which is connected via a third valve with a hose between the outlet of the oxygenator unit and the inlet of the main container, the hose system supporting a Gesamtkreisfauf connecting the two fluids,
- eine Waage, die mit einer Unterlage für den zu Beatmenden in Verbindung steht, zum Ermitteln der ventilierten Flüssigkeitsmenge des zu Beatmenden sowie - A balance, which is connected to a pad for the person to be respirated, to determine the amount of ventilated fluid to be ventilated as well
- eine Steuereinheit, die über Datenleitungen die Ventile des Gesamtkreislaufs zur Durchführung der Beatmung schaltet und mit Motorkontrollern und Senso- ren in Verbindung steht,  - a control unit which switches the valves of the complete circuit for the execution of the respiration via data lines and is connected with motor controllers and sensors,
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 wherein according to the characterizing part of patent claim 1
zwischen dem Hauptbehälter ausgangsseitig und der Oxygenatoreinheit eingangsseitig eine beide verbindende Peristaltikpumpe zum Transport des jeweiligen Fluids vom Hauptbehölter aus über Schlauchleitungen zum Oxygenator an- geordnet ist, wobei das dritte Ventil mit einem Zusatzbehälter für Gas in Verbindung steht, wobei die Steuereinheit mit Funktionseinheiten und zumindest mit folgenden programmtechnischen Funktionsblöcken: between the main reservoir on the output side and the oxygenator unit on the input side a peristaltic pump connecting both for transporting the respective fluid from the main reservoir via hose lines to the oxygenator, the third valve being connected to an additional reservoir for gas, the control device having functional units and at least following program-technical function blocks:
- einem ersten Funktionsblock zur Berechnung von Beatmungsparametern, a first functional block for calculating ventilation parameters,
- einem zweiten Funktionsblock zur Motorensteuerung und - A second function block for engine control and
- einem dritten Funktionsblock zur Datenerfassung - a third function block for data acquisition
ausgebildet ist. is trained.
Die Peristaltikpumpe weist eine Drehrichtung auf, die das jeweils anliegende Fluid in der Schlauchleitung zwischen Hauptbehälter und Oxygenatoreinheit bewegt. The peristaltic pump has a direction of rotation which moves the respectively applied fluid in the tubing between the main container and the oxygenator unit.
Die Inspirationspumpe kann zumindest aus einer mit einem ersten Kolben enthaltenden ersten Spritze, einem an den ersten Kolben angeschlossenen ersten Linearmotor sowie dem Motorkontroller bestehen. Die Exspirationspumpe kann zumindest aus einer mit einem zweiten Kolben enthaltenden zweiten Spritze, einem an den zweiten Kolben angeschlossenen zweiten Linearmotor sowie dem Motorkontroller bestehen. The inspiration pump can consist at least of a first syringe containing a first piston, a first linear motor connected to the first piston and the motor controller. The expiratory pump may consist at least of a second syringe containing a second piston, a second linear motor connected to the second piston and the motor controller.
Die Oxygenatoreinheit kann einen inneren Gasaustauschkreislauf aufweisen, zu dem ein Oxygenator, eine Gas-Membranpumpe und ein Atemkalk-Behälter gehört, die in dem Gaskreislauf in Reihe miteinander verbunden angeordnet sind. Die flüssigkeitsführenden und/oder gasführenden Leitungen des Gesamtkreislau- fes können ein Schlauchleitungssystem bilden. The oxygenator unit may include an internal gas exchange circuit including an oxygenator, a gas diaphragm pump, and a soda lime container connected in series in the gas loop. The fluid-carrying and / or gas-carrying lines of the entire circuit can form a hose line system.
Der für eine Beatmung mit Gas und/oder mit Flüssigkeit und wieder zum Gas zurück vorgesehene Hauptbehälter kann in einem Umgebungsbehälter eingebettet sein, der zum Thermostat gehört, der eine konstante Temperatur des Fluids im Hauptbehälter einstellt und das Fluid im Hauptbehälter temperaturstabilisiert. The provided for a respiration with gas and / or liquid and back to the gas back main container may be embedded in an ambient container that belongs to the thermostat, which adjusts a constant temperature of the fluid in the main container and temperature-stabilized the fluid in the main container.
In der den Oxygenator ausgangsseitig und den Hauptbehälter eingangsseitig verbindenden Schlauchleitung ist das dritte Ventil vorgesehen, das mit dem Zu- satzbehäiter für Flüssigkeit und dem Zusatzbehälter für Gas in Verbindung steht und wahlweise manuell betätigbar oder von der Steuereinheit aus schattbar gesteuert ist. In the hose line connecting the oxygenator on the outlet side and the main container on the inlet side, the third valve is provided, which communicates with the additional container for liquid and the additional container for gas and is optionally manually operable or shadable controlled by the control unit.
Das schaltbare, umstellbare dritte Ventil kann aus zwei schaltbaren Dreiwegeventilen bestehen, wobei an ein erstes Dreiwegeventil der Zusatzbehälter für Flüssigkeit und der Zusatzbehälter für Gas angeschlossen sind und an ein zwet- tes Dreiwegeventil das erste Dreiwegeventil und die Schlauchleitung angeschlossen sind, wobei das dritte Ventil wahlweise mit der Steuereinheit über eine Signalleitung schaltbar verbunden sein kann.  The switchable, convertible third valve may consist of two switchable three-way valves, wherein the first three-way valve and the additional reservoir for gas are connected to a first three-way valve and the first three-way valve and the hose are connected to a Zwet tes three-way valve, the third valve optionally can be connected to the control unit via a signal line switchable.
Zumindest die meisten der Ventile können Quetschventiie für die jeweils durch- gehenden Schlauchleitungen der Inspirationspumpe und der (Exspirationspumpe darstellen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Beatmung mit Gas ohne einen Wechsel zur Flüssigkeitsbeatmung gemäß dem Kennzeichenteif des Patentanspruchs 10 mit folgenden Schritten durchgeführt werden: At least most of the valves can be pinch valves for the respective continuous lines of the inspiratory pump and the (expiratory pump). With the device according to the invention, ventilation with gas without a change to liquid ventilation according to the characterizing part of patent claim 10 can be carried out with the following steps:
A. Innenbefüllung der Vorrichtung mit 100%igem Sauerstoff zur Herausdrängung von restlichem Stickstoff aus der Lunge des zu Beatmenden,  A. Intake of the device with 100% oxygen for expelling residual nitrogen from the lungs of the respirator,
B. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und  B. Setting the ventilation parameters for the air ventilation and
C. Durchführung der konventionellen Luftbeatmung.  C. Carrying out conventional air ventilation.
Mit dem Verfahren zur Beatmung mit Flüssigkeit und einem Wechsel zur abschließenden Gasbeatmung können unter Einsatz der vorgenannten Vorrichtung gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 11 With the method for ventilation with liquid and a change to the final gas ventilation can with the use of the aforementioned device according to the characterizing part of claim 11
folgende Schritte durchgeführt werden: following steps are performed:
A. InnenbefüHung der Vorrichtung mit 100%igem Sauerstoff zur Herausdrängung von restlichem Stickstoff aus der Lunge des zu Beatmenden,  A. Interior of the device with 100% oxygen for expelling residual nitrogen from the lungs of the respirator,
D. Wechsel zur Flüssigkeitsbeatmung,  D. change to liquid ventilation,
01. Einstellung der Beatmungsparameter auf Fiüssigkeitsbeatmung, 01. setting the ventilation parameters to fluid ventilation,
D2. Zirkulation der Flüssigkeit im Gesamtkreislauf, D2. Circulation of the fluid in the entire cycle,
D3. Befüllung der Inspirationsspritze mit Flüssigkeit,  D3. Filling the inspiratory syringe with liquid,
D4. Pumpen der Flüssigkeit in die Lunge,  D4. Pumping the fluid into the lungs,
D5. Luftabsaugung über die Exspirationseinheit,  D5. Air extraction via the expiration unit,
E. Wechsel von der Flüssigkeitsbeatmung zur Luftbeatmung,  E. change from liquid ventilation to air ventilation,
E1. Öffnung des Gesamtkreislaufes,  E1. Opening of the entire cycle,
E2. Pumpen der Flüssigkeit in den Zusatzbehälter,  E2. Pumping the liquid into the auxiliary container,
E3. Ersetzen der Flüssigkeit durch Luft in den Spritzen,  E3. Replacing the liquid with air in the syringes,
E4. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und  E4. Setting ventilation parameters for air ventilation and
E5. Start und Durchführung der konventionellen Luftbeatmung.  E5. Start and implementation of conventional air ventilation.
Mit dem Verfahren zur Beatmung mit Gas und mit Flüssigkeit mit einem abschließenden Wechsel zur Gasbeatmung können unter Einsatz der vorgenannten Vorrichtung gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 12 With the method for ventilation with gas and liquid with a final change to the gas ventilation can be carried out using the aforementioned device according to the characterizing part of patent claim 12
folgende Schritte durchgeführt werden: following steps are performed:
A. Innenbefüllung der Vorrichtung mit 100%igem Sauerstoff zur Herausdrängung von restlichem Stickstoff aus der Lunge des zu Beatmenden, B. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und A. Intake of the device with 100% oxygen for expelling residual nitrogen from the lungs of the respirator, B. Setting the ventilation parameters for the air ventilation and
C. Durchführung der konventionellen Luftbeatmung,  C. Carrying out the conventional air ventilation,
D. Wechsel zur Flüssigkeitsbeatmung,  D. change to liquid ventilation,
Dl Einstellung der Beatmungsparameter auf Flüssigkeitsbeatmung, D2. Zirkulation der Flüssigkeit im Gesamtkreislauf,  Dl Setting the ventilation parameters for liquid ventilation, D2. Circulation of the fluid in the entire cycle,
03. Befüllung der Inspirationsspritze mit Flüssigkeit,  03. filling the inspiratory syringe with liquid,
D4. Pumpen der Flüssigkeit in die Lunge,  D4. Pumping the fluid into the lungs,
D5. Luftabsaugung über die Exspirationseinheit,  D5. Air extraction via the expiration unit,
E. Wechsel von der Flüssigkeitsbeatmung zur Luftbeatmung,  E. change from liquid ventilation to air ventilation,
E . Öffnung des Gesamtkreislaufes,  E. Opening of the entire cycle,
E2. Pumpen der Flüssigkeit in den Zusatzbehälter,  E2. Pumping the liquid into the auxiliary container,
E3. Ersetzen der Flüssigkeit durch Luft in den Spritzen,  E3. Replacing the liquid with air in the syringes,
E4. Umstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und  E4. Conversion of ventilation parameters for air ventilation and
E5. Start und Durchführung der konventionellen Luftbeatmung.  E5. Start and implementation of conventional air ventilation.
Die programmtechnischen Mittel des eingesetzten Steuerungsprogramms werden in drei getrennte Funktionsblöcke, die hardwaregestützten Funktionseinheiten zugeordnet sind, unterteilt, die je nach Bedarf parallel abgearbeitet werden und deren Bearbeitungsdauer pro Zyklus nicht voneinander abhängig ist, wobei in der Steuereinheit gespeichert werden: The program-technical means of the control program used are divided into three separate function blocks, which are assigned to hardware-based functional units, which are executed in parallel as required and whose processing time per cycle is not interdependent, being stored in the control unit:
- ein erster Funktionsblock zur Berechnung der Beatmungsparameter, der eine Einstellung, Änderung, Anzeige und Berechnung der Beatmungsparameter für Gasbeatmung oder Flüssigkeitsbeatmung oder für die Kombination der beiden Beatmungen durchführt,  a first function block for calculating the ventilation parameters, which performs a setting, modification, display and calculation of the ventilation parameters for gas ventilation or liquid ventilation or for the combination of the two ventilations,
- ein zweiter Funktionsblock zur Motorensteuerung, der die im ersten Funktionsblock ermittelten Werte übernimmt und zur Ansteuerung der Motoren über den Motorenkontroller und für das Schalten der Ventile zuständig ist, unda second function block for controlling the engine, which takes over the values determined in the first function block and is responsible for controlling the motors via the motor controller and for switching the valves, and
- ein dritter Funktionsblock zur Datenerfassung, der kontinuierlich die gesammelten Messdaten des Drucksensors und des Kraftaufnehmers der Waage vom USB-6009 Messmodul ausliest und die Messdaten anzeigt, - a third function block for data acquisition, which continuously reads the collected measurement data of the pressure sensor and the force transducer of the balance from the USB-6009 measuring module and displays the measured data,
wobei die Messdaten des Drucksensorsignals an den zweiten Funktionsblock übergeben werden, um Motorenbewegungen bei Erreichen von Grenzdrücken zu stoppen. Eine wiederholte Ausführung der Funktionsblöcke kann bis zum Beenden des jeweiligen Beatmungs-Programms durchgeführt werden, wobei die Motoreninitialisierung, die Statusabfrage und die Messmodulinitialisierung einmalig jeweils beim Programmstart abgearbeitet werden und das Benutzerinterface während der Programmausführung permanent abgefragt und aktualisiert wird, so dass Wertänderungen an die Funktionsblöcke übergeben und Daten aus den Funktionsblöcken über eine Anzeige, z.B. über eine Benutzerfläche der Steuereinheit angezeigt werden. Die Motoreninitiafisierung stellt die Kommunikation zwischen der Steuereinheit und dem Motorkontroiler her, indem die Einstellungen für die RS-232- Schnittstelle übergeben werden. wherein the measurement data of the pressure sensor signal is transmitted to the second function block to stop engine movements when reaching limit pressures. A repeated execution of the function blocks can be carried out until the completion of the respective ventilation program, wherein the engine initialization, the status request and the measurement module initialization are executed once each at the program start and the user interface is constantly queried and updated during the program execution, so that value changes to the function blocks Transfer and display data from the function blocks via a display, eg via a user interface of the control unit. Engine initiation establishes communication between the control unit and the engine front end by passing the settings for the RS-232 interface.
Die Statusabfrage ist ein erstes Sicherheitsmerkmal für die Vorrichtung, wobei bei Einschalten der Motorkontroller die Endschalterfahrten der Motoren ausgeführt werden, um die Nullposition und den maximalen Verstellweg zu ermitteln. The status polling is a first safety feature for the device, with engine limit switches being executed when the motor controllers are turned on to determine the zero position and maximum displacement.
Die Messmodulinitialisierung führt die Kommunikation zwischen der Steuereinheit und dem USB 6009 Messmodul durch, indem die Funktionen für die Datenkanäie erstellt werden. The measurement module initialization performs communication between the control unit and the USB 6009 measurement module by creating the functions for the data channels.
Grundlage der vorliegenden Erfindung mit einer totalen Gasbeatmung und totalen Flüssigkeitsbeatmung sowie mit einer kombinierten totalen Gasbeatmung und totalen Fiüssigkettsbeatmung ist die Reaiisierung der vier Beatmungsformen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung: Basis of the present invention with a total gas ventilation and total liquid ventilation and with a combined total gas ventilation and total Fiüssigkettsbeatmung is the Reaiisierung the four forms of ventilation in the device according to the invention:
- Beatmung mit Gas/Luft - druckkontrolliert,  - ventilation with gas / air - pressure controlled,
- Beatmung mit Gas/Luft - vofumenkontrolliert,  - Ventilation with gas / air - controlled by the vofum,
- Beatmung mit Flüssigkeit - druckkontrolliert,  - ventilation with fluid - pressure controlled,
- Beatmung mit Flüssigkeit - volumenkontrolliert.  - Ventilation with fluid - Volume controlled.
Jede Beatmungsform (Gas oder Flüssigkeit) kann jeweils mit zwei Beatmungsmustern (druckgesteuert oder volumengesteuert), die in der Steuereinheit gespeichert sind, durchgeführt werden. Je nachdem, ob die Vorrichtung mit Flüssigkeit oder mit Gas gefüllt ist, wird mit dem entsprechenden Fluid beatmet. Für den Wechsel zwischen Luft und Flüssigkeit wird im laufenden Betrieb einfach das Fluid getauscht. Each mode of ventilation (gas or liquid) can be performed with two ventilation modes (pressure-controlled or volume-controlled) stored in the control unit. Depending on whether the device is filled with liquid or gas, is ventilated with the appropriate fluid. For the change between air and liquid, the fluid is simply exchanged during operation.
Durch den Austausch nur eines Fluids kann die vollständige Flüssigkeitsbeat- mung und die vollständige Luftbeatmung des zu Beatmenden in den entsprechenden Gewichtsgrenzen realisiert werden.  By exchanging only one fluid, it is possible to realize the complete liquid ventilation and the complete air ventilation of the respirator in the corresponding weight limits.
Weiterhin besteht die Möglichkeit durch einen entsprechenden Regelkreis eine rückgekoppelte Beatmung, z.B. bei Atmungsunterstützung durchzuführen.  Furthermore, the possibility exists by a corresponding control loop of a feedback ventilation, e.g. perform at respiratory support.
Die Auswertung der Wirkungen der vollständigen Ftüssigkeitsbeatmung (TLV) auf die Oberfläche der Lunge kann mit der Optischen Kohärenz Tomografie (OCT) erfolgen. The evaluation of the effects of complete fluid ventilation (TLV) on the surface of the lung can be done with optical coherence tomography (OCT).
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Schläuchen, Ventilen, Pumpen, Sensoren wird die Beatmung über einen Inspirationskreislauf und einen Expirati- onskreislauf realisiert. Ist die Vorrichtung mit Flüssigkeit gefüllt, erfolgt Flüssigkeitsbeatmung und entsprechend, wenn die Vorrichtung mit Luft gefüllt ist, eine normale Beatmung mit Luft. Weiterhin enthält die Vorrichtung einen Oxygenera- tor, mit dem das Medium in der geschiossenen Vorrichtung (Zustand) mit Sauerstoff angereichert wird. Ein Atemkalk-Behälter eliminiert das anfallende Kohlendi- oxid aus der Vorrichtung in einem Kreislauf. With the help of the device according to the invention of hoses, valves, pumps, sensors ventilation is realized via an inspiratory circuit and an expiratory cycle. When the device is filled with fluid, liquid ventilation is performed and, accordingly, when the device is filled with air, normal ventilation with air. Furthermore, the device contains an oxygenator, with which the medium in the geschiossenen device (state) is enriched with oxygen. A soda lime container eliminates the resulting carbon dioxide from the device in a circuit.
Es kann eine Kombination der alternierenden mechanischen Beatmung mit Luft und mit Flüssigkeit in der Vorrichtung gegeben sein. Bei der Flüssigkettsbeat- mung wird die funktionelle Residualkapazität der Lunge (d.h. das Volumen, das nach dem Ausatmen normalerweise luftgefüllt bleibt) mit Perfluorocarbon gefüllt, und es werden wie bei der herkömmiichen Gasbeatmung Gas-Tidalvolumina auf den intraputmonalen Perfluorocarbon-Spiegel appliziert. There may be a combination of alternating mechanical ventilation with air and with fluid in the device. In liquid-chain ventilation, the functional residual capacity of the lung (i.e., the volume that normally remains air-filled after exhalation) is filled with perfluorocarbon and, as in conventional gas-breathing, gas tidal volumes are applied to the intra-per- petal perfluorocarbon level.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin: The advantages of the invention are:
- Einsatz einer einzigen Vorrichtung mit Fluidwechsel im laufenden Betrieb,Use of a single device with fluid exchange during operation,
- Variation des Betriebes druckgesteuert und volumengesteuert, Variation of the operation pressure-controlled and volume-controlled,
- Vollständige Flüssigkeitsbeatmung oder normale mechanische Gasbeatmung sind möglich, - die zu untersuchenden Beatmenden können vorzugsweise ein Gewicht von 15 g bis 5 kg haben und - Complete liquid ventilation or normal mechanical gas ventilation are possible - The test subjects to be examined may preferably have a weight of 15 g to 5 kg and
- eine Kostenreduzierung. Durch die Regulierung der Atmung soll je nach Stoffwechsellage, d.h. sowohl in Ruhe als auch unter Belastung - eine angepasste Ventilation gewahrleistet werden.  - a cost reduction. Regulating respiration should, depending on the metabolic condition, i. both at rest and under load - a customized ventilation to be ensured.
Die Erfindung erlaubt somit, eine mechanische Beatmung mit mindestens zwei Fluids, insbesondere mit Luft und mit Flüssigkeit mit ein und derselben Vorrich- tung sowohl druckgesteuert als auch volumengesteuert durchzuführen.  The invention thus makes it possible to perform a mechanical ventilation with at least two fluids, in particular with air and with fluid with one and the same device both pressure-controlled and volume-controlled.
Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in weiteren Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird mittels eines Ausführungsbeispiels anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert. Further developments and further embodiments of the invention are specified in further subclaims. The invention will be explained in more detail by means of an embodiment with reference to several drawings.
Es zeigt:  It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur  Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention for
Beatmung mit Gas und/oder Flüssigkeit,  Ventilation with gas and / or liquid,
Fig. 2 einen Schaltplan einer Schaltungselektronik der Ventilsteuerung und Fig. 2 is a circuit diagram of a circuit electronics of the valve control and
Drucksensorelektronik mit externer Anschlussbeiegung und eine schematische Darstellung der Programmstruktur und des Datenaustausches zwischen den Funktionsblöcken in Funktionseinheiten der Steuereinheit.  Pressure sensor electronics with external connection bending and a schematic representation of the program structure and the data exchange between the function blocks in functional units of the control unit.
Im Folgenden werden die Fig. 1 und Fig. 3 gemeinsam betrachtet. Hereinafter, FIGS. 1 and 3 are considered together.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Beatmung mit Gas 22 und mit Flüssigkeit 21 und dargestellt, wobei die Vorrichtung 1 enthält,  In Fig. 1, a device 1 for respiration with gas 22 and liquid 21 and is shown, wherein the device 1 contains
- einen Tubus 17 zur Beatmung mit einem angeschlossenen Drucksensor 3, - eine Inspirationspumpe 6, die über eine Schlauchleitung 164 mit einem ersten Ventil 71 an den Tubus 17 angeschlossenen ist und von einem Motorkontroller 2 gesteuert wird, a tube 17 for ventilation with a connected pressure sensor 3, an inspiratory pump 6 which is connected via a hose 164 with a first valve 71 to the tube 17 and is controlled by a motor controller 2,
- eine Exspirationspumpe 7, die über eine Schlauchleitung 165 mit einem zwei- ten Ventil 72 an den Tubus 17 angeschlossen ist und von dem Motorkontroller - An expiratory pump 7, which is connected via a hose 165 with a second valve 72 to the tube 17 and the motor controller
2 gesteuert wird, 2 is controlled
- eine Oxygenatoreinheit 101 , die eingangsseitig mit der Exspirationspumpe 7 über eine vom zweiten Ventil 72 gesteuerte Schlauchleitung in Verbindung steht,  an oxygenator unit 101, which communicates with the exhalation pump 7 on the input side via a hose line controlled by the second valve 72,
- einen Hauptbehälter 15, der mit der Inspirationspumpe 6 über eine vom ersten Ventil 71 gesteuerte Schlauchleitung in Verbindung steht und der von einem ihm zugeordneten Thermostat 14 temperaturstabilisiert wird,  a main reservoir 15 which communicates with the inspiration pump 6 via a hose line controlled by the first valve 71 and which is temperature-stabilized by a thermostat 14 associated therewith,
- einen Zusatzbehälter 131 für Flüssigkeit 21 , der über ein drittes Ventif 12 mit einer Schlauchleitung 163 zwischen dem Ausgang der Oxygenatoreinheit 101 und dem Eingang des Hauptbehälters 15 verbunden ist, wobei das Schlauchleitungssystem 16 einen Gesamtkreislauf 90 für die beiden Fluids 21 ,22 verbindend unterstützt,  an auxiliary tank 131 for liquid 21 which is connected via a third vent 12 to a hose 163 between the outlet of the oxygenator unit 101 and the inlet of the main tank 15, the hose line system 16 supporting a total circulation 90 for the two fluids 21, 22,
- eine Waage, die mit einer Unterlage für den zu Beatmenden in Verbindung steht, zum Ermitteln der ventilierten Flüssigkeitsmenge des zu Beatmenden sowie  - A balance, which is connected to a pad for the person to be respirated, to determine the amount of ventilated fluid to be ventilated as well
- eine Steuereinheit 18, die über Datenleitungen zumindest die Ventile 71 ,72 des Gesamtkreislaufs 90 zur Durchführung der Beatmung schaltet und mit dem Motorkontroller 2 und zumindest mit dem Drucksensor 3 in Verbindung steht.  - A control unit 18, which connects via data lines at least the valves 71, 72 of the overall circuit 90 for carrying out the ventilation and is in communication with the motor controller 2 and at least with the pressure sensor 3.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem Hauptbehälter 15 ausgangsseitig und der Oxygenatoreinheit 101 eingangsseitig eine beide verbindende Peristaltikpumpe 11 zum Transport des jeweiligen Fluids vom Hauptbehälter 15 aus über Schlauchleitungen 162, 161 zum Oxygenator 10 der Oxygenatoreinheit 101 an- geordnet, wobei das dritte Ventil 12 mit einem Zusatzbehälter 20 für Gas 22 in Verbindung steht und wobei die Steuereinheit 18 mit hardwaremäßigen Funktionseinheiten und zumindest mit folgenden, in Fig. 3 gezeigten, programmtechni- schen Funktionsblocken: - einem ersten Funktionsblock 40 zur Berechnung von Beatmungsparametern für die Gasbeatmung, für die vollständige Flüssigkeitsbeatmung und für die Kombination der beiden Beatmungen in einer ersten Funktionseinheit,According to the invention, between the main tank 15 on the outlet side and the oxygenator unit 101 on the input side a peristaltic pump 11 connecting both for transporting the respective fluid from the main tank 15 via hose lines 162, 161 to the oxygenator 10 of the oxygenator unit 101, the third valve 12 having an additional tank 20 for gas 22 and wherein the control unit 18 with hardware-functional units and at least with the following, shown in Fig. 3, program-technical function blocks: a first functional block 40 for calculating ventilation parameters for the gas ventilation, for the complete liquid ventilation and for the combination of the two ventilations in a first functional unit,
- einem zweiten Funktionsblock 41 zur Motorensteuerung in einer zweiten Funktionseinheit und a second function block 41 for controlling the engine in a second functional unit and
- einem dritten Funktionsblock 42 zur Datenerfassung in einer dritten Funktionseinheit  - A third function block 42 for data acquisition in a third functional unit
ausgebildet ist. Die Peristaltlkpumpe 11 weist eine Drehrichtung auf, die das jeweils anliegende Fluid in den Schlauchleitungen 164, 165 zwischen Hauptbehälter 15 und Oxygenatoreinheit 101 bewegt.  is trained. The peristaltic pump 11 has a direction of rotation which moves the respectively applied fluid in the hose lines 164, 165 between the main container 15 and the oxygenator unit 101.
Die Inspirationspumpe 6 kann zumindest aus einer mit einem ersten Kolben 63 enthaltenden ersten Spritze 61, einem an den ersten Kolben 63 angeschlossenen ersten Linearmotor 2 sowie dem Motorkontrotler 2 bestehen. The inspiration pump 6 may consist at least of a first syringe 61 containing a first piston 63, a first linear motor 2 connected to the first piston 63, and the motor controtout 2.
Die Exspirationspumpe 7 kann zumindest aus einer mit einem zweiten Kolben 64 enthaltenden zweiten Spritze 62, einem an den zweiten Kolben 64 angeschlos- senen zweiten Linearmotor 19 sowie dem Motorkontroller 2 bestehen. The expiratory pump 7 may consist at least of a second syringe 62 containing a second piston 64, a second linear motor 19 connected to the second piston 64 and the motor controller 2.
Die Oxygenatoreinheit 101 weist einen Gaskreistauf 23 auf, zu dem zumindest ein Oxygenator 10, eine Gas-Membranpumpe 9 und ein Atemkalk-Behäiter 8 gehören, die in dem inneren Gasaustauschkreislauf 23 in Reihe miteinander ver- bunden angeordnet sind. The oxygenator unit 101 has a gas circulation run 23, which includes at least one oxygenator 10, a gas diaphragm pump 9 and a soda lime tank 8, which are arranged in series in the inner gas exchange circuit 23.
Die flüssigkeits- und/oder gasführenden Leitungen 161 ,162,163 sowie 164,165 des Gesamtkreislaufes 90 bilden ein Schlauchleitungssystem 16.  The liquid and / or gas-carrying lines 161, 162, 163 and 164, 165 of the overall circuit 90 form a hose line system 16.
Der für die Aufnahme des Fluids 21 ,22 vorgesehene Hauptbehäfter 15 kann in einem becherartigen Umgebungsbehälter 13 eingebettet sein, der zum Thermostat 14 gehört, der eine konstante Temperatur des Fluids 21 ,22 im Hauptbehälter 15 einstellt. In der verbindenden Schlauchleitung 163 kann das dritte Ventil 12 vorgesehen sein, das mit dem Zusatzbehälter 131 mit Flüssigkeit 21 und einem Zusatzbehälter 20 mit Gas 22 in Verbindung steht und von der Steuereinheit 18 aus schaltbar gesteuert ist. The main receptacle 15 provided for receiving the fluid 21, 22 may be embedded in a cup-like surrounding container 13 belonging to the thermostat 14, which sets a constant temperature of the fluid 21, 22 in the main receptacle 15. In the connecting hose 163, the third valve 12 may be provided, which is in communication with the additional tank 131 with liquid 21 and an additional tank 20 with gas 22 and is controlled by the control unit 18 from switchable.
Das dritte Ventil 12 kann, wie in Fig. 1 gezeigt ist, aus zwei Dreiwegeventiien 121 und 122 bestehen, wobei an das erste Dreiwegeventil 121 der Zusatzbehälter 131 mit Flüssigkeit 21 und der Zusatzbehälter 20 mit Gas 22 angeschlossen sind und an das zweite Dreiwegeventil 122 das erste Dreiwegeventil 121 und die Schlauchleitung 163 angeschlossen sind, wobei das Ventil 12 wahlweise manuell betätigbar oder mit der Steuereinheit 18 über eine Signalleitung (nicht eingezeichnet) schaltbar verbunden ist. The third valve 12 may, as shown in Fig. 1, consist of two Dreiwegeventiien 121 and 122, wherein the first three-way valve 121, the auxiliary tank 131 with liquid 21 and the auxiliary tank 20 are connected to gas 22 and the second three-way valve 122 the first three-way valve 121 and the hose 163 are connected, wherein the valve 12 is selectively manually operable or connected to the control unit 18 via a signal line (not shown) switchable.
Zumindest die Ventile 71 ,72 können Quetschventile für die durchgehenden Schlauchleitungen der Inspirationspumpe 6 und der Exspirationspumpe 7 darstellen. At least the valves 71, 72 may constitute pinch valves for the continuous hose lines of the inspiration pump 6 and the expiratory pump 7.
Mit dem Verfahren zur Beatmung mit Gas 22 und mit Flüssigkeit 21 mit einem abschließenden Wechsel zur Gasbeatmung können unter Einsatz der vorgenann- ten Vorrichtung 1 folgende Schritte durchgeführt werden: With the method for respiration with gas 22 and with liquid 21 with a final change to gas ventilation, the following steps can be carried out using the above-mentioned device 1:
A. Innenbefüllung der Vorrichtung 1 mit 100%igem Sauerstoff zur Herausdrängung von restlichem Stickstoff aus der Lunge des zu Beatmenden, A. Internal filling of the apparatus 1 with 100% oxygen for expelling residual nitrogen from the lung of the respirator,
B. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und B. Setting the ventilation parameters for the air ventilation and
C. Durchführung der konventionellen Luftbeatmung,  C. Carrying out the conventional air ventilation,
D. Wechsel zur Flüssigkeitsbeatmung,  D. change to liquid ventilation,
D1. Einstellung der Beatmungsparameter auf Flüssigkeitsbeatmung, D2. Zirkulation der Flüssigkeit 21 im Gesamtkreislauf 90,  D1. Setting the ventilation parameters for liquid ventilation, D2. Circulation of the liquid 21 in the entire cycle 90,
D3. Befüllung der Inspirationsspritze 61 mit Flüssigkeit 21 ,  D3. Filling the inspiratory syringe 61 with liquid 21,
D4. Pumpen der Flüssigkeit 21 in die Lunge,  D4. Pumping the fluid 21 into the lungs,
D5. Luftabsaugung über die Exspirationspumpe 7,  D5. Air extraction via the expiratory pump 7,
E. Wechsel von der Flüssigkeitsbeatmung zur Luftbeatmung,  E. change from liquid ventilation to air ventilation,
E1. Öffnung des Gesamtkreislaufes 90,  E1. Opening of the entire circuit 90,
E2. Pumpen der Flüssigkeit 21 in den Zusatzbehälter 131 , E3. Ersetzen der Flüssigkeit 21 durch Luft 22 in den Spritzen 61 ,62, E4. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und E2. Pumping the liquid 21 into the auxiliary tank 131, E3. Replacing the liquid 21 by air 22 in the syringes 61, 62, E4. Setting ventilation parameters for air ventilation and
E5. Start und Durchführung der konventionellen Luftbeatmung.  E5. Start and implementation of conventional air ventilation.
Mit dem Verfahren zur Beatmung mit Flüssigkeit 21 und einem Wechsel zur abschließenden Gasbeatmung können unter Einsatz der vorgenannten Vorrichtung 1 folgende Schritte durchgeführt werden: With the method for ventilation with liquid 21 and a change to the final gas ventilation, the following steps can be carried out using the aforementioned device 1:
A. Innenbefüllung der Vorrichtung 1 mit 100%igem Sauerstoff zur Herausdrangung von restlichem Stickstoff aus der Lunge des zu Beatmenden, A. internal filling of the device 1 with 100% oxygen for the escape of residual nitrogen from the lung of the respirator,
D. Wechsel zur Flüssigkeitsbeatmung, D. change to liquid ventilation,
D1. Einstellung der Beatmungsparameter auf Flüsstgkettsbeatmung, D1. Setting the ventilation parameters to flow-rate ventilation,
D2. Zirkulation der Flüssigkeit 21 im Gesamtkreislauf 90, D2. Circulation of the liquid 21 in the entire cycle 90,
D3. Befüllung der Inspirationsspritze 61 mit Flüssigkeit 21 ,  D3. Filling the inspiratory syringe 61 with liquid 21,
D4, Pumpen der Flüssigkeit 21 in die Lunge,  D4, pumping the fluid 21 into the lungs,
D5. Luftabsaugung über die Exspirationspumpe 7,  D5. Air extraction via the expiratory pump 7,
E. Wechsel von der Flüssigkeitsbeatmung zur Luftbeatmung,  E. change from liquid ventilation to air ventilation,
E1. Öffnung des Gesamtkreislaufes 90,  E1. Opening of the entire circuit 90,
E2. Pumpen der Flüssigkeit 21 in den Zusatzbehälter 131 ,  E2. Pumping the liquid 21 into the auxiliary tank 131,
E3. Ersetzen der Flüssigkeit 21 durch Luft 22 in den Spritzen 61 ,62, E4. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und  E3. Replacing the liquid 21 by air 22 in the syringes 61, 62, E4. Setting ventilation parameters for air ventilation and
E5. Start und Durchführung der konventionellen Luftbeatmung.  E5. Start and implementation of conventional air ventilation.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 kann aber auch eine Beatmung mit Gas 22 ohne einen Wechsel zur Ftüssigkeitsbeatmung mit folgenden Schritten durchgeführt werden: With the device 1 according to the invention, however, ventilation with gas 22 without a change to liquid ventilation can also be carried out with the following steps:
A. Innenbefüllung der Vorrichtung 1 mit 100%igem Sauerstoff zur Herausdrängung von restlichem Stickstoff aus der Lunge des zu Beatmenden, A. Internal filling of the apparatus 1 with 100% oxygen for expelling residual nitrogen from the lung of the respirator,
B. Einsteilung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und B. Classification of ventilation parameters for ventilation and
C. Durchführung der konventionellen Luftbeatmung.  C. Carrying out conventional air ventilation.
Ausgehend von den aufgeführten Beatmungsgeräten des Standes der Technik haben sich Hauptkomponenten herausgestellt, die zwingend für die erfolgreiche Flüssigkeitsbeatmung notwendig sind. Dazu gehört eine Pumpvorrichtung zur aktiven Beförderung des Tidalvolumens in die Lunge hinein und heraus, eine Oxygenatoreinheit, um das Perfiuorocarbon mit Sauerstoff anzureichern und Kohlenstoffdioxid herauszulösen, ein Wärmetauscher zur Erwärmung des Perfluorocarfaons auf physiologische 37 eC, wodurch das Absinken der Körper- kerntemperatur verhindert wird, sowie Ventile zur Flussrtchtungsregulierung und eine geeignete Steuerroutine, die es dem Benutzer ermöglicht, aktiv auf die Beatmungsparameter zuzugreifen und geeignete Rückinformationen von der Vorrichtung abzubilden. Fig. 1 zeigt einen schematischen Überblick über die Anordnung der Komponenten und den Volumenfluss des Perfluorocarbons während der Beatmung. Die Beschreibung der Funktionsweise erfolgt zunächst ausgehend vom Beginn eines Atemzyklus mit der Inspiration. Die Vorrichtung 1 soll für die Beschreibung voltständig mit Perfiuorocarbon befüllt sein, wobei die prinzipielle Arbeitsweise vom Perfiuorocarbon oder von der Luft unabhängig ist. Außerordentliche Zustände, wie das Befüllen der Vorichtung mit Perfiuorocarbon und der Wechsel des Ventilationsmediums im laufenden Betrieb, werden nach der Beschreibung des kontinuierlichen Beatmungsmodus erläutert. Die Funktionsweise besteht darin, dass während der Beatmung die Peristaltikpumpe 1 1 kontinuierlich mit 15 ml/min Perfiuorocarbon 21 aus dem Hauptbehälter 15 durch die Oxygenatoreinheit 101 fördert, um genügend Sauerstoff im Perfiuorocarbon 21 zu binden und gebundenes Kohlendioxid CO2 aus dem Perfiuorocarbon 21 zu lösen. Dafür wird herkömmlicher Atemkalk in einem Atemkalk-Behäiter 8 und ein Perfusatoxygenator 10 mit einem Füllvolumen von 19 ml verwendet. Die Erwärmung des Perfiuorocarbon auf 37 "C im Hauptbehälter 15 erfolgt im doppelwandtgen Reservoir mit einem Becher- Behälter 13 mittels des Thermostats 14. Beginnend mit der Inspiration wird der erste Kolben 63 einer ersten Spritze 61 (abhängig vom ventilierten Tidaivolumen) motorisch bewegt, so dass Perfiuorocarbon 21 in die Lunge gedrückt wird. Das Magnetventil 71 öffnet dazu den Inspirationszweig 70, wohingegen das Magnetventil 72 den Exspirationszweig 80 geschlossen hält. Das Volumen ist dabei abhängig vom Vortrieb der Motoren 24,19, wobei der Vortrieb im Steuerprogramm entsprechend der Spritzengröße und den eingestellten Beatmungsparametern errechnet wird. Zeitgesteuert wird die Inspiration beendet und das Ventil 71 schließt den Inspirationszweig 70, gleichzeitig öffnet das Ventil 72 den Exspirationszweig 80. Mit beginnender Exspiration wird der zweite Kolben 64 einer zweiten Spritze 62 ebenfalls motorisch bewegt, so dass das applizierte Volumen aktiv aus der Lunge gepumpt wird. Gleichzeitig mit der Exspiration zieht die Inspirationsspritze 61 oxygeniertes Perfluorocarbon 21 aus dem Hauptbehälter 15 an, wohingegen die Exspirationsspritze 62 während der Inspirationszeit einen Teil ihres Volumens über die Oxygenatoreinheit 101 in den Gesamtkreislauf 90 zurückführt. Der pulmonale Druck wird währenddessen kontinuierlich mittels Differenzdrucksensor 3 direkt am Lungentubus 17 gemessen. Dabei ergibt sich ein genauer zeitlicher Ablauf der Motorensteuerung und Ventilsteuerung und die Unterschiede bei druck- bzw. volumenkontrollierten Beatmungsmodi. Based on the listed ventilators of the prior art, major components have been found to be essential for successful liquid ventilation. This includes a pumping device for actively transporting the tidal volume into and out of the lungs, an oxygenator unit to oxygenate the perfiuorocarbon and dissolve carbon dioxide, a heat exchanger to heat the perfluorocarpone to physiological 37 e C, preventing the body core temperature from dropping, and flow control valves and a suitable control routine that allows the user to actively access the ventilation parameters and map appropriate feedback from the device. 1 shows a schematic overview of the arrangement of the components and the volume flow of the perfluorocarbon during ventilation. The description of the operation is initially based on the beginning of a breathing cycle with the inspiration. The device 1 should be completely filled with Perfiuorocarbon for the description, the principle of operation is independent of Perfiuorocarbon or of the air. Extraordinary conditions, such as filling the perfiuorocarbon device and changing the ventilation medium during operation, are explained after the description of the continuous ventilation mode. The mode of operation is that, during the ventilation, the peristaltic pump 1 1 continuously conveys perfiuorocarbon 21 out of the main container 15 through the oxygenator unit 101 with 15 ml / min in order to bind sufficient oxygen in the perfiuorocarbon 21 and to detach bound carbon dioxide CO 2 from the perfiuorocarbon 21. For this, conventional soda lime is used in a soda lime tank 8 and a perfusate oxygenator 10 with a filling volume of 19 ml. The heating of Perfiuorocarbon to 37 "C in the main tank 15 takes place in doppelwandtgen reservoir with a cup container 13 by means of the thermostat 14. Starting with the inspiration of the first piston 63 a first syringe 61 (depending on the ventilated Tidaivolumen) is moved by motor, so that Perfiuorocarbon 21 is pushed into the lungs, whereas the solenoid valve 71 opens the inspiratory branch 70, whereas the solenoid valve 72 keeps the expiratory branch 80 closed, the volume being dependent on the propulsion of the motors 24, 19, the propulsion in the lungs Control program is calculated according to the syringe size and the set ventilation parameters. Time-controlled, the inspiration is terminated and the valve 71 closes the inspiratory branch 70, the valve 72 simultaneously opens the expiratory branch 80. With incipient expiration, the second piston 64 of a second syringe 62 is also moved by motor, so that the applied volume is actively pumped out of the lungs , Simultaneously with the expiration, the inspiratory syringe 61 attracts oxygenated perfluorocarbon 21 from the main reservoir 15, whereas during the inspiratory period the expiratory syringe 62 returns a portion of its volume to the overall circuit 90 via the oxygenator unit 101. The pulmonary pressure is meanwhile continuously measured by means of differential pressure sensor 3 directly on the pulmonary tube 17. This results in a precise timing of the engine control and valve control and the differences in pressure or volume controlled ventilation modes.
Als Flüssigkeit 21 kann aus der Gruppe der Perfluorocarbone Perfluorodecalin (C10F18) ausgewählt werden, dessen chemische Eigenschaften im Weiteren näher erläutert werden. Diese sind auch in Tabelle 1 im Vergleich zu anderen Perfluorocarbonen und weiteren medizinisch relevanten Medien aufgeführt. As the liquid 21 can be selected from the group of perfluorocarbons perfluorodecalin (C10F18), whose chemical properties are explained in more detail below. These are also listed in Table 1 in comparison to other perfluorocarbons and other medically relevant media.
Perfluorodecalin 21 besteht aus vollständig fluorierten zehnatomtgen Kohlenstoffketten, ist farblos und geruchslos, sowie biologisch, thermisch und chemisch inert. Perfluorodecalin 21 consists of fully fluorinated ten atomic carbon chains, is colorless and odorless, and biologically, thermally and chemically inert.
Vorteilig ist der hohe Siedepunkt mit 142 °C, wodurch die Verdunstungsrate bei Raumtemperatur gering gehalten werden kann. Die hohe Dichte mit 1 ,917 kg/l sorgt, im Zusammenhang mit der Oberflächenspannung von 15 mN/m, für eine gute Verteilung des Perfluorocarbons innerhalb der Lunge allein aufgrund der Schwerkraft. Die Bindungsfähigkeit für gasförmigen Sauerstoff beträgt 49 ml pro 100 ml Flüssigkeit und für gasförmiges Kohlenstoffdioxid 140 ml pro 100 ml Flüs- sigkeit. Damit kann knapp dreimal so viel Gas gebunden werden, wie die gleiche Menge Blut transportieren kann.  The high boiling point of 142 ° C is advantageous, as a result of which the evaporation rate at room temperature can be kept low. The high density of 1.917 kg / l, in conjunction with the surface tension of 15 mN / m, ensures a good distribution of perfluorocarbons within the lung solely due to gravity. The gaseous oxygen binding capacity is 49 ml per 100 ml of liquid and for gaseous carbon dioxide 140 ml per 100 ml of liquid. This means that almost three times as much gas can be bound as the same amount of blood can transport.
Wesentlicher Vorteil für die Bildgebung von zu untersuchenden und zu beatmenden Lungenflächen mittels Optischer Kohärenz Tomografie ist der optische Bre- chungsindex von n - 1 ,31. Der geringe Unterschied zum Brechungsindex des umgebenden Gewebes (n = 1,33) minimiert die Streuverluste auf dem Weg der nahinfraroten Strahlung durch das Gewebe und die Artefakte bei der anschließenden Bitdrekonstruktion. An essential advantage for the imaging of lung surfaces to be examined and ventilated by means of optical coherence tomography is the optical index of n - 1, 31. The small difference to the refractive index of the surrounding tissue (n = 1.33) minimizes the scattering losses on the path of the near-infrared radiation through the tissue and the artifacts in the subsequent bit-rotation construction.
Die erfindungsgemäße Beatmung beginnt verfahrensgemäß immer mit einer konventionellen Gasventilation mit 100 % Sauerstoff. Die Beatmungsparameter werden entsprechend eingestellt und die Beatmung durchgeführt. Der Wechsel zur Flüssigkeitsbeatmung erfolgt mithilfe eines Zusatzbehälters 131 mit Flüssigkeit 21 , weiches über das Ventil 12 zu dem Gesamtkreislauf 90 zugeschaltet werden kann. Der Zusatzbehälter 131 für Flüssigkeit 21 ist oberhalb des doppelwandigen Flüssigkeitsreservoirs 13 angebracht, so dass das als Flüssigkeit eingesetzte Perfluorodecalin aufgrund der Schwerkraft hineinläuft. Die Peristaltikpumpe 11 lässt das Perfluorodecalin im Gesamtkreislauf 90 zirkulieren, wobei darauf geachtet werden muss, dass genügend Flüssigkeit 21 zur Verfügung steht, da allein im Oxygenator 10 ein Volumen von 19 ml zum Befüllen benötigt werden. Die Beatmungsparameter werden auf Flüssigkeitsbeatmung umgestellt und eine Befüllungssequenz wird gestartet, wodurch die Inspirationsspritze 61 mit genügend Perfluorodecalin 21 befüllt wird. Im weiteren Verlauf wird ausschließlich Perfluorodecalin 21 in die Lunge gepumpt und die restliche Luft im Schlauchleitungssystem 16 über die Exspirationspumpe 9 nach und nach abgesaugt. The respiration according to the invention always begins according to the method with a conventional gas ventilation with 100% oxygen. The ventilation parameters are set accordingly and the ventilation is carried out. The change to the liquid ventilation takes place with the aid of an additional container 131 with liquid 21, which can be switched on via the valve 12 to the entire circuit 90. The liquid addition tank 131 is mounted above the double-walled liquid reservoir 13 so that the perfluorodecalin used as the liquid flows in due to gravity. The peristaltic pump 11 circulates the perfluorodecaline in the overall circulation 90, care being taken to ensure that sufficient liquid 21 is available, since a volume of 19 ml alone is required for filling in the oxygenator 10. The ventilation parameters are switched to liquid ventilation and a filling sequence is started, whereby the inspiratory syringe 61 is filled with enough perfluorodecalin 21. In the further course, only perfluorodecalin 21 is pumped into the lungs and the remaining air in the hose line system 16 is gradually removed via the exhalation pump 9.
Die Verwendung von 100 % Sauerstoff 22 am Anfang der Beatmung hat zwei Vorteile:  The use of 100% oxygen 22 at the beginning of ventilation has two advantages:
Zum einen wird Stickstoff aus der Lunge gespült, welches nicht im Perfluorodecalin 21 gebunden werden kann, On the one hand, nitrogen is flushed out of the lung, which can not be bound in perfluorodecalin 21,
zum anderen wird der Sauerstoff 22 nach und nach im Perfluorodecalin 21 gelöst, so dass eine vollständige Befüllung des Schlauchleitungssystems 16 möglich wird. on the other hand, the oxygen 22 is gradually dissolved in the perfluorodecalin 21, so that a complete filling of the tubing 16 is possible.
Wird am Anfang auf die Sauerstoffspülung verzichtet, können sich Luftblasen bilden, die aufgrund des geringen Schlauchinnendurchmessers haften bleiben. Geschieht dies genau vor dem endotrachealen Tubus 17, werden diese Luftblasen zusätzlich in die Lunge gedrückt, was die Flüssigkeitsbeatmung stören kann. Der Wechsel von der Flüssigkeitsbeatmung zur Luftbeatmung erfolgt durch Öffnung des Gesamtkreislaufes 90. Dadurch wird das Perfluorodecalin 21 durch die Perista!tikpumpe 11 nicht zurück in den Hauptbehälter 15 gepumpt, sondern in einen Auffangbehälter 131. Durch Starten der Befüllungssequenz wird verbleibende Flüssigkeit 21 aus den Spritzen 61,62 gedrückt und durch Luft 22 ersetzt. Anschließend erfolgt die Umstellung der Beatmungsparameter und die konventionelle Ventilation mit Luft 22 kann gestartet werden. Der Wechsel von der Gasbeatmung zur Flüssigkeitsbeatmung dauert etwa 3 Minuten und der Wechsel 21-22 zurück auf Gas/Luftbeatmung etwa 5 Minuten. If oxygen scavenging is discontinued at the beginning, air bubbles may form, which stick due to the small inner tube diameter. If this occurs exactly in front of the endotracheal tube 17, these air bubbles are additionally pressed into the lungs, which causes the liquid to breathe can disturb. The change from the liquid ventilation to the air ventilation takes place by opening the entire circuit 90. As a result, the perfluorodecalin 21 is not pumped back into the main container 15 by the peristaltic pump 11, but into a collecting container 131. By starting the filling sequence, remaining liquid 21 is removed from the syringes 61.62 pressed and replaced by air 22. Subsequently, the conversion of the ventilation parameters and the conventional ventilation with air 22 can be started. The change from gas ventilation to liquid ventilation takes about 3 minutes and the change from 21 to 22 back to gas / air ventilation for about 5 minutes.
Die Verwendung zweier voneinander getrennter Spritzen 61 ,62 für die Inspiration und Exspiration hat den großen Vorteil, dass auftretende Volumenunterschiede individuell verarbeitet werden. Zusätzlich können verschiedene Beatmungsmodi realisiert werden, die mit nur einer Pumpeinheit technisch schwer umsetzbar sind. Dazu gehören beispielsweise verschiedene Inspirations-Verhäftnisse zu Exspirations-Verhäitnisse und unterschiedliche positive und negative Flowphasen innerhalb eines Atemzyklus. The use of two separate syringes 61, 62 for inspiration and expiration has the great advantage that occurring volume differences are processed individually. In addition, various ventilation modes can be realized, which are technically difficult to implement with just one pump unit. These include, for example, different inspirations regarding exhaled pregnancies and different positive and negative flow phases within a respiratory cycle.
Im Gegensatz zu den im Stand der Technik vorgestellten Beatmungsgeräten, wurde auf eine Kondensatoreinheit zur Rückgewinnung von gasförmigem Perflu- orocarbon beim Aufbau des Prototypen verzichtet, da bisherige Beatmungen keinen signifikanten Verlust von Perfluorocarbon über den Beatmungszeitraum von bis zu zwei Stunden gezeigt haben. Begründet wird dies einerseits durch den hohen Siedepunkt des verwendeten Perftuorocarbons mit 142 °C, andererseits durch den Sättigungsdampfdruck bei 37 °C von 14 mmHg. Zur Kontrolle der ventilierten Flüssigkeitsmenge und der in der Lunge verbleibenden funktionellen Residualkapazität ist eine Unterlage 4 auf einem Kraftsensor 5 gelagert, dessen Signal über eine Datenerfassungskarte an die Steuereinheit 18 übermittelt wird. Entscheidend für die Flüssigkeitsbeatmung ist das Gastransportmedium.  In contrast to the ventilators presented in the prior art, a condenser unit for the recovery of gaseous perfluorocarbon was omitted in the construction of the prototype, since previous respirations have shown no significant loss of perfluorocarbon over the ventilation period of up to two hours. This is justified on the one hand by the high boiling point of the Perftuorocarbons used with 142 ° C, on the other hand by the saturation vapor pressure at 37 ° C of 14 mmHg. To control the amount of ventilated fluid and remaining in the lung functional residual capacity a pad 4 is mounted on a force sensor 5, the signal is transmitted via a data acquisition card to the control unit 18. Decisive for the liquid ventilation is the gas transport medium.
Weitere Komponenten sind Hardwarebestandteile, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , dem Beatmungsgerät, eingesetzt sind. Dazu gehören die Antriebsmotoren 24,19 für die Spritzen 61 ,62. Es handelt sich um zwei Linearmotoren mit einem jeweiligen vorgegebenen Verstellweg und dazugehörigem Motorkontroller 2. Gleichzeitig bieten die Motoren 24,19 eine reproduzierbare Positioniergenauigkeit von ± 5 m und eine axiale Zug- bzw. Druck- kraft von 15 N. Mit einer maximalen Verstellgeschwindigkeit von 15 ~ sind dieOther components are hardware components that are used in the device 1 according to the invention, the respirator. These include the drive motors 24, 19 for the syringes 61, 62. At the same time, the motors 24, 19 provide a reproducible positioning accuracy of ± 5 m and an axial tensile or compressive force of 15 N. With a maximum adjustment speed of 15 ~ are the
Motoren 24,19 für die gängigen Beatmungsfrequenzen ausreichend dimensioniert. Motors 24,19 sufficiently dimensioned for the common ventilation frequencies.
Für die Motorenkontrolle sind entsprechenden Routinen vorgesehen, die direkt in die programmtechnischen Mittel des Steuerungsprogramms eingebunden werden können. Die Kommunikation zwischen Motorenkontroller 2 und der Steuereinheit 18 in Form eines Personalcomputers erfolgt wahlweise über USB- oder RS-232- Schnittstelle. For the engine control corresponding routines are provided, which can be integrated directly into the programmatic means of the control program. The communication between motor controller 2 and the control unit 18 in the form of a personal computer is optionally via USB or RS-232 interface.
Zur Flussrichtungsregulierung werden als Ventile 71 ,72 zwei magnetisch betriebene Mikro-Schiauchquetschventile mit einer Gleichstromversorgungsspannung von 12 V ausgewählt. Die Quetschventile 71 ,72 halten einem Differenzdruck von 0,8 bar stand und sind auch für Gas im geschlossenen Zustand bei Verwendung von Silikonschlauchen 16 der maximalen Härte von 50 Shore undurchlässig. Die Ventile 71,72 besitzen kurze Schaltzeiten und eine geringe Mindestwartezeit zwischen den Einschaltvorgängen im angestrebten Arbeitsbereich. Die Vorteile dieser Quetschventile 71 ,72 sind die Trennung der mediumführenden Teile von der Mechanik, die Vermeidung von zusätzlichem Totraum und die Möglichkeit des Durchflusses in beide Richtungen. Die Bezeichnung 3/2-Wegeventil bedeutet, dass es zwei Schaltzustände und drei Prozessanschtüsse gibt. Im Falle der verwendeten Quetschventile 71 ,72 können zwei Schläuche 16 eingelegt werden und während des Betriebes ist stets ein Anschluss geöffnet und der andere geschlossen. Für das fluidführende Schlauchte itungssystem 16 wird ein handelsüblicher Silikonschlauch ausgewählt, z.B. mit einem Innendurchmesser von 1 ,98 mm, einem Außendurchmesser von 3,18 mm und einer Härte von 50 Shore. Der maximale Außendurchmesser und die maximale Härte werden durch die Ventilwahl deft- niert. Mit dem gegebenen Innendurchmesser ergibt sich für eine Schlauchlänge von 10 cm ein Totraumvolumen von 308 μ(, was besonders bei der Dimensionierung der Verbindungswege zwischen Spritzen 61,62 und Lungentubus 17 berücksichtigt werden muss und einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss bei der Ventilation kleiner Tidalvoiumina hat. For flow direction regulation, two magnetically operated micro-Schiauchquetschventile with a DC power supply voltage of 12 V are selected as valves 71, 72. The pinch valves 71, 72 withstand a differential pressure of 0.8 bar and are also impermeable to gas in the closed state when using silicone tubing 16 of the maximum hardness of 50 Shore. The valves 71,72 have short switching times and a low minimum waiting time between the switch-on in the desired working range. The advantages of these pinch valves 71, 72 are the separation of the fluid-carrying parts of the mechanism, the avoidance of additional dead space and the possibility of flow in both directions. The term 3/2-way valve means that there are two switching states and three process connections. In the case of the pinch valves 71, 72 used two hoses 16 can be inserted and during operation, one port is always open and the other is closed. For the fluid-carrying Schlauchte iteration system 16, a commercially available silicone hose is selected, for example, with an inner diameter of 1, 98 mm, an outer diameter of 3.18 mm and a hardness of 50 Shore. The maximum outer diameter and the maximum hardness are determined by the valve selection. ned. With the given inner diameter results for a hose length of 10 cm dead space volume of 308 μ (which must be considered especially in the dimensioning of the connecting paths between syringes 61,62 and Lungentubus 17 and has a non-negligible influence in the ventilation of small Tidalvoiumina.
Die Verbindung der Schläuche 16 mit anderen Komponenten und die Verbindung untereinander erfolgt vorzugsweise über Luer-Lock-Anschlüsse und Miniatur- schlauchverbinder. The connection of the tubes 16 with other components and the connection with each other preferably takes place via Luer-lock connections and miniature hose connectors.
Für die Inspirationseinheit 6 und die Exspirationseinheit 7 werden, abhängig vom gewünschten Tidalvofumen, Perfusorspritzen bzw. Feindosierspritzen mit zentrischem Luer- oder Luer-Lock-Anschluss verwendet. Das Füllvolumen variiert dabei von 1 ml bis hin zu 50 ml, was maßgeblich für die Konstruktion von Spritzen- Halterungseinheiten ist. For the inspiration unit 6 and the expiration unit 7, depending on the desired tidal vofumen, perfusion syringes or fine dosage syringes with a central luer or luer lock connection are used. The filling volume varies from 1 ml to 50 ml, which is crucial for the design of syringe holder units.
Der eingesetzte Drucksensor 3 wird mit 5 V betrieben und wandelt die Differenz zwischen Systemdruck und Umgebungsdruck in ein Spannungssignal um, welches erfasst wird und ein Maß für den pulmonalen Druck ist. The inserted pressure sensor 3 is operated at 5 V and converts the difference between system pressure and ambient pressure into a voltage signal which is detected and is a measure of the pulmonary pressure.
Für die Zirkulation des Perfluorocarbons im Gesamtkretslauf 90 wird eine herkömmliche Peristaltikpumpe 11 mit maximal zwei Förderkanälen eingesetzt. For the circulation of the perfluorocarbon in Gesamtkretslauf 90 a conventional peristaltic pump 11 is used with a maximum of two delivery channels.
Der für die Temperierung des Perfluorocarbons genutzte Thermostat 14 ist mit einem 10 Liter Wasserbehälter und einer Pumpeinheit ausgestattet und es können Temperaturen von bis zu 160 °C erreicht werden. Der Thermostatanschluss erfolgt über zwei Wasserschläuche an das doppelwandige Reservoir 13. Die Temperierung auf die angestrebten 37 "C erfolgt damit in weniger als 10 Minuten und wird über die gesamte Zeit der Beatmung konstant gehalten. The used for the temperature control of the perfluorocarbon Thermostat 14 is equipped with a 10 liter water tank and a pump unit and it can be reached temperatures of up to 160 ° C. The thermostat connection is made via two water hoses to the double-walled reservoir 13. The temperature control to the desired 37 "C takes place in less than 10 minutes and is kept constant over the entire time of ventilation.
Für die Volumenkontrolle ist ein Kraftaufnehmer 5 vorgesehen. Er ist für Zug und Druckbelastung gleichermaßen geeignet und misst Kräfte bis 50 N mit einer relativen Kennwertabweichung von 0,2 %. Die Spitze des Kraftaufnehmers 5 wird zur korrekten Messung senkrecht belastet und bildet daher einen von drei konstruktiv vorgesehenen Auflagern der Unterlage 4. Zwei zusätzliche Lager befinden sich auf einem Bügel im Abstand von 14 cm. Die dreieckige Anordnung der Auflager gestattet die waagerechte und verkippungsfreie Lagerung der Unterlage 4 ohne zusätzliche Justage. Die Korrektur des Messsignals erfolgt in Abhängigkeit vom Abstand der Lunge zum Auflager des Kraftsensors 5 über das Hebelgesetz. Die Korrektur wird mittels programmtechnischer Mittel vorgenommen, nachdem der Abstand gemessen und eingegeben wird. For the volume control, a force transducer 5 is provided. It is equally suitable for tensile and compressive loads and measures forces up to 50 N with a relative characteristic deviation of 0.2%. The tip of the force transducer 5 is the correctly measured vertically and therefore forms one of three structurally provided supports the pad 4. Two additional bearings are located on a bracket at a distance of 14 cm. The triangular arrangement of the supports allows the horizontal and tilt-free storage of the pad 4 without additional adjustment. The correction of the measurement signal takes place as a function of the distance of the lung to the support of the force sensor 5 via the lever law. The correction is made by program means after the distance is measured and entered.
Für die Sauerstoffanreicherung des Perfluorocarbons und die Kohlendioxidelimi- nierung ist ein Hohifaser-Membranoxygenator 10 eingesetzt, wie er in neonatalen Herz-Kreislaufmaschinen zum Einsatz kommt. Der Gasaustausch erfolgt im Ge- genstromverfahren, wobei eine Gesamtaustauschfläche von 0,25 m2 zur Verfügung steht. Die einzelnen Fasern besitzen einen Innendurchmesser von 250 pm und eine Länge von 140 mm. Dadurch entsteht im Gesamtkreisfauf 90 ein zusätzliches Volumen von 19 ml. Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen und deren Zirkulation, wird daher auch bei geringen Tidalvolumina von beispielsweise 0,2 ml eine Gesamtflüssigkeitsmenge von mind. 30 ml eingesetzt. Im angeschlossenen Gasaustauschkreislauf befindet sich ein Atemkalk-Behälter 8 mit Atemkalk, in welchem das Kohlendioxid CO2 chemisch gebunden wird. Das Erreichen der Sättigungsgrenze des Atemkalks wird durch einen Farbumschlag von weiß zu rosa erkennbar For the oxygenation of the perfluorocarbon and the carbon dioxide elimination a Hohifaser membrane oxygenator 10 is used, as it is used in neonatal cardiovascular machines. The gas exchange takes place in the countercurrent process, with a total exchange area of 0.25 m 2 being available. The individual fibers have an inner diameter of 250 pm and a length of 140 mm. This results in the Gesamtkreisfauf 90 an additional volume of 19 ml. To avoid air bubbles and their circulation, therefore, even at low tidal volumes of, for example, 0.2 ml, a total liquid volume of at least 30 ml is used. In the connected gas exchange circuit is a soda lime container 8 with soda lime, in which the carbon dioxide CO2 is chemically bonded. The attainment of the saturation limit of the soda lime is recognized by a color change from white to pink
Es ist eine Halterungseinheit für die unterschiedlichen Spritzentypen 61 ,62 vorgesehen, die formschlüssige Verbindung der Spritzenkolben mit den Schlitten der Linearmotoren 24,19 und die Lagerung der Unterlage 4. It is a support unit for the different types of syringe 61, 62 provided, the positive connection of the syringe plunger with the carriage of the linear motors 24,19 and the storage of the base. 4
Für den flexiblen Einsatz der erfindungsgemäßen Vomchtung 1 , des Beatmungsgerätes, werden unterschiedliche Spritzen 61,62 in dem Beatmungsgerät eingesetzt und deren Wechsel bedienerfreundlich gestaltet. Vorhanden sind Perfu- sorspritzen mit 1 , 3, 5, 10, 20 und 50 ml Füllvolumen. Durch den dreiteiligen Aufbau, bestehend aus Zylinder, Stempel und Gummidichtung, ist ein reibungsarmer Langzeitbetrieb möglich. Der genormte zentrische Luer-Anschluss sorgt für den unkomplizierten An- und Abschluss an das Schlauchleitungssystem 16 und dient als unveränderliche einseitige Einspannung. Im Gegensatz dazu verändern sich in Anhängigkeit vom Füllvolumen die Spritzenlänge und der Durchmesser, so dass die zweite Einspannung zur Fixierung der Spritze an deren Größe anpassbar gestaltet werden muss. Da die Kolben 63,64 der Spritzen 61 ,62 ebenfalls unterschiedliche Abmessungen haben, ist auch deren Fixierung auf den Schlitten der Linearmotoren 24, 19 entsprechend konstruiert. Dafür wurde eine formschlüs- sige Verbindung gewählt, um Bewegungsspiel zu vermeiden und die Motorenbewegung ohne Gangunterschiede auf die Kolbenbewegung zu übertragen, so dass die reproduzierbare Bewegungsgenauigkeit nur noch von der Positioniergenauigkeit der Motoren 24,19 abhängig ist. For the flexible use of the device 1 according to the invention, the ventilator, different syringes 61, 62 are used in the ventilator and their change made user-friendly. Available are perfusion syringes with 1, 3, 5, 10, 20 and 50 ml filling volumes. Due to the three-part design, consisting of cylinder, punch and rubber seal, a low-friction long-term operation is possible. The standardized centric Luer connection provides for the uncomplicated connection and termination of the hose line system 16 and serves as a constant unilateral clamping. In contrast, depending on the filling volume, the syringe length and the diameter change, so that the second clamping must be made adaptable to the size of the syringe to fix its size. Since the pistons 63, 64 of the syringes 61, 62 likewise have different dimensions, their fixation on the carriages of the linear motors 24, 19 is also correspondingly constructed. For this purpose, a form-fit connection was selected in order to avoid the play of motion and to transmit the motor movement to the piston movement without path differences, so that the reproducible movement accuracy only depends on the positioning accuracy of the motors 24, 19.
Die Unterlage 4 ist verschwenkbar mit dem Gesamtaufbau der Vorrichtung 1 verbunden, da ein häufiges Drehen der Unterlage 4 nötig ist. The pad 4 is pivotally connected to the overall structure of the device 1, since frequent rotation of the pad 4 is necessary.
Der Kraftaufnehmer 5 wird in der Mitte der Halterungseinheit befestigt. Seine zu belastende Sensorspitze bildet einen von drei Auflagepunkten der Unterlage 4. Die beiden anderen Auflagepunkte entstehen durch zwei senkrecht zueinander angeordneten V-Nuten der Halterungseinheit. Die Unterlage 4 ist dahingehend modifiziert, dass drei dreieckig angeordnete Kugelspitzen angebracht sind, die in die Auflagepunkte der Hafterungsetnheit und des Kraftsensors 5 eingesetzt werden können, wodurch eine justagefreie Handhabung ermöglicht wird. The force transducer 5 is fastened in the middle of the mounting unit. His to be loaded sensor tip forms one of three support points of the base 4. The other two support points are formed by two mutually perpendicular V-grooves of the support unit. The pad 4 is modified so that three triangularly arranged ball tips are mounted, which can be inserted into the bearing points of the attachment and the force sensor 5, whereby a adjustment-free handling is made possible.
Zur Vorrichtung 1 gehört der Thermostat 14 mit einer Pumpe, um die Flüssigkeit, z.B. das Perfluorocarbon, auf 37 °C zu erwärmen. Zur Verkürzung der dazu benötigten Zeit, erfolgt die Temperierung am doppelwandigen Reservoir. Das verwendete doppelwandige Reservoir besteht aus einer 50 ml Spritze als Hauptbe- höiter 5 im Inneren eines Becher- Behälters 13 mit 500 ml Füllvolumen. Die Spritze 15 ist mit einem Anschluss am oberen Ende modifiziert, durch den das Perfluorocarbon 21 in die Spritze 15 fließen kann. Der Abfluss erfolgt über den Standardausgang am unteren Ende. Der Zu- und Abflussschlauch wird durch Bohrungen im Becher-Behälter 13 an die Spritze 15 geführt. Die Bohrungen, sowie die Anschlüsse an der Spritze 15 und deren Kolben, sind mit Epoxidharz verschlossen, um das Eindringen von Wasser zu vermeiden. Für den Anschluss der Thermostatpumpschläuche sind zwei zusätzliche Schlauchverbinder mit entsprechendem Durchmesser in die Wand des Becher-Behälters 13 geklebt. Mit diesem Aufbau kann das Perfluorocarbon 21 im Hauptbehälter 15 erwärmt werden, indem das warme Wasser des Thermostates 14 um den Hauptbehälter 15 herum zirkuliert. The device 1 includes the thermostat 14 with a pump to heat the liquid, for example, the perfluorocarbon, to 37 ° C. To shorten the time required for this, the temperature is controlled at the double-walled reservoir. The double-walled reservoir used consists of a 50 ml syringe as Haupthöhöiter 5 inside a cup container 13 with 500 ml filling volume. The syringe 15 is modified with a port at the top through which the perfluorocarbon 21 can flow into the syringe 15. The drain is via the standard outlet at the bottom. The inlet and outlet hose is guided through holes in the cup container 13 to the syringe 15. The holes, as well as the connections to the syringe 15 and its pistons are sealed with epoxy resin to prevent the ingress of water. For the connection of the Thermostatic pump hoses are glued two additional hose connector with a corresponding diameter in the wall of the cup container 13. With this structure, the perfluorocarbon 21 in the main tank 15 can be heated by circulating the warm water of the thermostat 14 around the main tank 15.
In der Steuereinheit 18 kann eine in Fig. 2 gezeigte Schaltungselektronik 25 vorhanden sein und es sind programmtechnische Mittel zur Steuerung der zugehörigen Schaltungselektronik 25 gespeichert. In the control unit 18, a circuit electronics shown in Fig. 2 25 may be present and there are programmatic means for controlling the associated circuit electronics 25 is stored.
Die Schaltungselektronik 25 erfüllt im Wesentlichen drei Aufgaben. The electronic circuit 25 essentially fulfills three tasks.
Dazu gehört  This includes
- Durchschalten und Sperren der 12 V Spannungsversorgung zumindest für die Magnetventile 71,72 mittels eines externen Signals,  Switching through and blocking the 12 V power supply at least for the solenoid valves 71, 72 by means of an external signal,
- eine kontinuierliche Spannungsversorgung des Drucksensors 3 mit 5 V und - A continuous power supply of the pressure sensor 3 with 5 V and
- die Verstärkung von Druck-Messsignalen. - The amplification of pressure measuring signals.
Fig. 2 zeigt den schematischen Schaltplan der Schaltungselektronik 25, dessen Layout auf einer genormten Lochrasterplatine umgesetzt ist. Fig. 2 shows the schematic circuit diagram of the electronic circuit 25, the layout is implemented on a standard breadboard.
Die Spannungsversorgung für die gesamte Schaltungselektronik 25 erfolgt über ein 12 V Gleichspannungsnetzteil 26, wobei die Schaltungselektronik 25 über den Schalter 27 am Gehäuse zugeschaltet wird. Zum Schutz der Schaitungselektronik 25 vor möglichen Spannungsspitzen ist eine Sicherung 28 in Reihe zum Schalter 27 vorgesehen. Die Glättung der Eingangsspannung erfolgt mittels 1 mF Kondensator 29. Parallel dazu ist eine Leuchtdiode 30 mit entsprechendem Vorwiderstand 31 geschaltet, die den eingeschalteten Betriebszustand visuali- stert. Die beiden verwendeten Magnetventile 71 ,72 werden über zwei MOS- Feldeffekttransistoren 32,33 geschaltet, indem die Gatespannungen verändert werden. Zum Durchschalten der 12 V Versorgungsspannung für den Betrieb der Ventile 71,72, wird dafür an den Gateeingang der Transistoren ein 5 V Gleich- spannungssignaf angelegt. Das Signal wird über die digitalen Ports der externen USB 6009 Messkarte 48 entsprechend der Steuerroutine des PC-Programms generiert, wodurch die unterschiedlichen Ventilöffnungszeiten realisiert werden. Der restliche Teil der Schaltungselektronik 25 sorgt für die Spannungsversorgung des Drucksensors 3 und die Verstärkung des Differenzdrucksignals. Mithilfe eines Konstantspannungswandlers 34 werden die 12 V auf eine Ausgangsspannung von 5 V transformiert, mit deren Hilfe der Drucksensor betrieben wird. Das Differenzdrucksignal wird in Form einer Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen„Signal +" und„Signal -" in eine Verstärkerschaltung geführt. Der eingesetzte Operationsverstärker 35 wird mit +6 V und -6 V betrieben. Beide Spannungen entstehen durch Aufspaltung der 12 V Versorgungsspannung mithilfe der beiden gletchdimensionierten R-C-Glieder 36,37, deren Verbindungspunkt als virtuelle Masse für den Operationsverstärker 35 dient. Aufgrund der gewählten Vorwiderstände 38,39 kann mit der Schaltungselektronik 25 eine tausendfache Verstärkung des Differenzspannungsstgnals von mV zu Volt erreicht werden, so dass eine Messung über einen Analogeingang der USB 6009 Messkarte möglich wird. The power supply for the entire circuit electronics 25 via a 12 V DC power supply 26, wherein the circuit electronics 25 is connected via the switch 27 on the housing. To protect the circuit electronics 25 from possible voltage peaks, a fuse 28 is provided in series with the switch 27. The smoothing of the input voltage is effected by means of 1 mF capacitor 29. Parallel to this, a light-emitting diode 30 is connected with a corresponding series resistor 31, which visualizes the switched-on operating state. The two solenoid valves 71, 72 used are switched via two MOS field effect transistors 32, 33 by changing the gate voltages. For switching through the 12 V supply voltage for the operation of the valves 71, 72, a 5 V DC voltage signal is applied to the gate input of the transistors for this purpose. The signal is generated via the digital ports of the external USB 6009 measuring card 48 according to the control routine of the PC program, whereby the different valve opening times are realized. The remaining part of the circuit electronics 25 provides the voltage supply of the pressure sensor 3 and the amplification of the differential pressure signal. By means of a constant voltage converter 34, the 12 V are transformed to an output voltage of 5 V, by means of which the pressure sensor is operated. The differential pressure signal is fed in the form of a voltage difference between the terminals "signal +" and "signal -" in an amplifier circuit. The operational amplifier 35 used is operated with +6 V and -6 V. Both voltages are created by splitting the 12 V supply voltage by means of the two gletch-dimensioned RC elements 36, 37 whose connection point serves as virtual ground for the operational amplifier 35. Due to the selected series resistors 38,39 can be achieved with the electronic circuit 25 a thousandfold amplification of the Differenzspannungsstgnals of mV to volts, so that a measurement via an analog input of the USB 6009 card is possible.
Mit den eingesetzten, gespeicherten programmtechnischen Mitteln können auch die Beatmungsparameter eingestellt werden und die Motorensteuerung und Ventilöffnungszeiten entsprechend realisiert werden. Darüber hinaus erfolgt die Darstellung des gemessenen endotrachealen Drucksignals und verschiedener Steu- erparameter. Die Umsetzung erfolgte mit einem datenflussorientierten Programmiersystem. Durch die getrennten Hierarchieebenen dieser Programmierart, kann eine bedienfreundliche Benutzeroberfläche geschaffen werden, welche frei von der eigentlichen Verdrahtung und den mathematischen Berechnungsalgorithmen ist und somit eine weitgehend intuitive Handhabung ermöglicht. Das De- sign der Benutzeroberfläche und die darauf dargestellten Bedienelemente orientieren sich an dem Aufbau und den Einstellungsmöglichkeiten konventioneller Beatmungsgeräte. Zum besseren Verständnis der folgenden Ausführungen werden noch einmal die einstellbaren Parameter in Abhängigkeit von druck- oder volumenorientierten Beatmungsmodi tabellarisch aufgeführt. Tabelle 1 The ventilation parameters can also be set with the stored program-technical means and the engine control and valve opening times can be realized accordingly. In addition, the representation of the measured endotracheal pressure signal and various control parameters takes place. The implementation was carried out with a data flow oriented programming system. Due to the separate hierarchy levels of this type of programming, a user-friendly user interface can be created, which is free of the actual wiring and the mathematical calculation algorithms and thus allows a largely intuitive handling. The design of the user interface and the control elements displayed on it are based on the design and setting options of conventional ventilators. To better understand the following, once again the adjustable parameters are listed in tabular form as a function of pressure- or volume-oriented ventilation modes. Table 1
Einstellbare Parameter in Abhängigkeit von druckkontrollierter oder volumenkon- troHierter Beatmung (+ bedeutet, der Parameter ist einstellbar, - nicht einstellbar) Adjustable parameters depending on pressure-controlled or volume-controlled ventilation (+ means, the parameter is adjustable, - not adjustable)
Figure imgf000034_0001
Die Einheiten der Einstell parameter sind nicht veränderbar und dienen als Umrechnungsgrundlage in den vorgegebenen Berechnungsschritten, d.h. ein vorgegebener Wert des Tidalvolumens beispielsweise muss in ml eingegeben werden, um die sprttzentypabhängtge Umrechnung in einen benötigten Motorenverstelf- weg richtig zu vollziehen.
Figure imgf000034_0001
The units of the setting parameters can not be changed and serve as a conversion basis in the given calculation steps, ie a preset value of the tidal volume, for example, must be entered in ml in order to correctly carry out the spraten-type dependent conversion into a required engine-facilitating path.
- Spritzentyp: entspricht der verwendeten Spritzengröße 1 , 3 ,5 und 50 ml,- syringe type: corresponds to the syringe size used 1, 3, 5 and 50 ml,
- Tidalvolumen (ml): entspricht dem ventilierten Atemzug volumen pro Zyklus,Tidal volume (ml): corresponds to the ventilated volume per cycle,
- Spitzendruck (mbar): maximaler Druck bis zu dem inspiriert wird, - Peak pressure (mbar): maximum pressure up to which is inspired
- Beatmungsfrequenz (bpm): Anzahl der Atemzüge pro Minute,  - Respiration Rate (bpm): number of breaths per minute,
- Flow (ml/min): Volumenfluss pro Minute; ergibt bei der vofumen kontrollierten Beatmung die Zeit, innerhalb derer das eingestellte Tidalvolumen inspiriert wird, - Flow (ml / min): volume flow per minute; results in the vofumen-controlled ventilation, the time within which the set tidal volume is inspired,
- Rampenanstieg: variiert den Anstieg des applizierten Drucksignals bei der druckkontrollierten Beatmung; je steiler, desto schneller wird der eingestellte Spitzendruck erreicht, - Ramp rise: varies the rise of the applied pressure signal in the pressure-controlled ventilation; the steeper, the faster the set peak pressure is reached,
- Insp./Esxp. Ratio: Verhältnis von Inspirationszeit zu Exspirationszeit; einstellbar sind 1: 1 , 1 :2 und 1 :4,  - Insp./Esxp. Ratio: ratio of inspiratory time to expiration time; adjustable are 1: 1, 1: 2 and 1: 4,
- PEEP (mbar): Druck, bei dessen Erreichen die Exspiration beendet wird, - Insp. halten: die Inspirationspause wird solange verlängert, wie diese Schaltfläche gedrückt ist, erst anschließend erfolgt die Exspiration, - PEEP (mbar): pressure at which expiration ends, - hold inspirations: the inspiration break is extended as long as this button is pressed, only then the expiration takes place,
- Exsp. halten: die Exspirationspause wird solange verlängert, wie diese Schaltfläche gedrückt ist, erst anschließend erfolgt die Inspiration ,  - Exsp. hold: the expiration pause is extended as long as this button is pressed, only then is the inspiration
- pos. Flow (sec): stellt die Inspirationszeit bei der druckkontrollierten Beatmung ein, während der Volumen appliziert werden kann; der Anstieg wird durch die Schaltfläche Rampenanstieg bestimmt,  - pos. Flow (sec): sets inspiratory time for pressure-controlled ventilation while volume can be applied; the increase is determined by the Ramp increase button,
- Exsp. Pause (sec): Zeit nach der aktiven Exspiration, nach der erneut die Inspiration beginnt; eine entsprechende Inspirationspause ergibt sich aus den ande- ren Beatmungsparametern und wird automatisch berechnet.  - Exsp. Pause (sec): Time after active expiration, after which inspiration begins again; A corresponding inspiration pause results from the other ventilation parameters and is calculated automatically.
Die datenflussorientierten programmtechnischen Mittel bieten eine Vielzahl fertiger Programmbausteine zur Lösung individueller Problemstellungen. Dafür werden vorhandenen Grundelemente miteinander verdrahtet, um komplexere Pro- grammfunktionalitäten zu erzeugen. Allerdings bedeutet datenflussorientierte Programmierung, dass Elemente des Programms nur dann ausgeführt werden können, wenn alle benötigten Daten am Eingang zur Verfügung stehen. Der Vorteil liegt in der parallelen Bearbeitung von Elementen, die nicht voneinander abhängig sind. Darüber hinaus spielt auch die Bearbeitungszeit eine entscheidende Rolle, so müssen einige Programmteile warten, bis andere abgearbeitet wurden. The data flow-oriented program-technical means offer a multiplicity of finished program modules for the solution of individual problems. For this, existing basic elements are wired together to create more complex program functions. However, data flow oriented programming means that elements of the program can only be executed if all required data is available at the input. The advantage lies in the parallel processing of elements that are not interdependent. In addition, the processing time plays a crucial role, so some program parts must wait until others have been processed.
Daher werden programmtechnische Mittel des eingesetzten Steuerungsprogramms in drei getrennte Funktionsblöcke 40,41 ,42 unterteilt, die parallel abgearbeitet werden können und deren Bearbeitungsdauer pro Zyklus nicht voneinan- der abhängig ist. Die grundlegende Funktionsblockstruktur ist in Fig. 3 dargestellt. Der erste Funktionsblock 40 zur Berechnung der Beatmungsparameter behandelt die Einstellung, Änderung, Anzeige und Berechnung von Beatmungsparametern für die Gasbeatmung, für die vollständige Flüssigkeitsbeatmung und für die Kombination der beiden Beatmungen. Therefore, program-technical means of the control program used are subdivided into three separate function blocks 40, 41, 42, which can be executed in parallel and whose processing time per cycle is not dependent on one another. The basic functional block structure is shown in FIG. The first function block 40 for calculating the ventilation parameters deals with the setting, modification, display and calculation of respiration parameters for the gas ventilation, for the complete liquid ventilation and for the combination of the two ventilations.
Der zweite Funktionsblock 41 zur Motorensteuerung übernimmt die im ersten Funktionsblock 40 ermittelten Werte und ist für die Ansteuerung der Motoren 24, 19 und das Schalten zumindest der Ventile 71 ,72 zuständig. Der dritte Funktionsblock 42 zur Datenerfassung liest kontinuierlich die gesammelten Messdaten des Drucksensors 3 und des Kraftaufnehmers 5 vom USB- 6009 Messmodul 48 aus und zeigt die Messdaten dem Benutzer an. The second motor control function block 41 adopts the values determined in the first functional block 40 and is responsible for controlling the motors 24, 19 and switching at least the valves 71, 72. The third function block 42 for data acquisition continuously reads the collected measurement data from the pressure sensor 3 and the force transducer 5 from the USB 6009 measurement module 48 and displays the measurement data to the user.
Zusätzlich werden die Messdaten des Drucksensorsignals an den zweiten Funk- tionsblock 41 übergeben, um die Motorenbewegung bei Erreichen von Grenzdrücken zu stoppen. In addition, the measured data of the pressure sensor signal are transferred to the second function block 41 in order to stop the motor movement when limit pressures are reached.
Das Kreislauf-Symbol 43 bedeutet die wiederholte Ausführung der Funktionsblö- cke 40,41,42 bis zum Beenden des Programms. Die Pfeile kennzeichnen die Datenübergabe von einem Funktionsblock aus an andere Funktionsblöcke. Die Mo- toreninitialisierung 44, die Statusabfrage 45 und die Messmodulinitialisterung 46 werden einmalig beim Programmstart abgearbeitet. Das Benutzerinterface 47 wird während der Programmausführung permanent abgefragt und aktualisiert, so dass Wertänderungen an die Funktionsblöcke 40,41 ,42 übergeben werden können und Daten aus den Funktionsblöcken 40,41 ,42 angezeigt werden.  The cycle symbol 43 means the repeated execution of the function blocks 40, 41, 42 until the end of the program. The arrows indicate the data transfer from one function block to other function blocks. The engine initialization 44, the status query 45 and the measurement module initialization 46 are executed once at program start. The user interface 47 is permanently queried and updated during program execution, so that value changes to the function blocks 40, 41, 42 can be transferred and data from the function blocks 40, 41, 42 are displayed.
Die Motoreninitialisierung 44 stellt die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 18, insbesondere dem PC und dem Motorkontroller 2 her, indem die Einstellungen für die RS-232-SchnittsteHe 48 (in Fig. 1 gezeigt) übergeben werden. Die Einstellungen werden speziell für den Messplatzcomputer 18 getroffen und müs- sen für jeden anderen PC angepasst werden. The engine initialization 44 establishes communication between the controller 18, particularly the PC and the engine controller 2, by passing the settings for the RS-232 interface 48 (shown in FIG. 1). The settings are made especially for the measuring station computer 18 and have to be adapted for every other PC.
Die Statusabfrage 45 ist das erste Sicherheitsfeature für das Beatmungsgerät 1. Wird der Motor kontroller 2 eingeschaltet, müssen die Endschaiterfahrten der Motoren 24, 19 ausgeführt werden, damit die Nullposition und der maximale Verstellweg ermittelt werden können. Wird dies nicht gemacht, könnten die Motoren 24, 19 Schaden nehmen, da die Schlitten ungebremst anschlagen, oder über den maximalen Verstellweg verfahren werden und aus der Führung fallen. Die Statusabfrage 45 erkennt, ob die Endschalterfahrt ausgeführt wurde und verhindert gegebenenfalls das Starten der Beatmung, bis die Verfahrlimits ermittelt wurden. Die Messmodulinitialisierung 46 stellt die Kommunikation zwischen Personal- Computer 18 und der USB 6009 Messmodul 48 her, indem die Aufgaben und Funktionen für die Datenkanäle erstellt werden. Momentan werden je Datenkanal 240 Messpunkte pro Sekunde ermittelt. Datenleitung: Kanal eins 49 (in Fig. 1 ge- zeigt) liefert das Kraftsensorsignal, Datenleitung: Kanal zwei 50 (in Fig. 1 gezeigt) das Drucksignal. The status query 45 is the first safety feature for the ventilator 1. If the motor controller 2 is turned on, the Endschaiterfahrten the motors 24, 19 must be performed so that the zero position and the maximum displacement can be determined. Failure to do so could cause the motors 24, 19 to be damaged as the carriages strike unrestrained or traverse the maximum travel and fall out of the guide. The status inquiry 45 detects whether the limit switch travel has been executed and, if necessary, prevents the start of the ventilation until the travel limits have been determined. The measurement module initialization 46 establishes communication between personal computer 18 and the USB 6009 measurement module 48 by creating the tasks and functions for the data channels. Currently, 240 measurement points per second are determined per data channel. Data line: channel one 49 (shown in FIG. 1), the force sensor signal, data line: channel two 50 (shown in FIG. 1) provides the pressure signal.
Durch die Regulierung der Atmung soll je nach Stoffwechsellage, d.h. sowohl in Ruhe als auch unter Belastung - eine angepasste Ventilation gewährleistet werden. Regulating respiration should, depending on the metabolic condition, i. both at rest and under load - a customized ventilation can be ensured.
Die Erfindung erlaubt somit, eine mechanische Beatmung mit mindestens zwei unterschiedlichen Fluids, insbesondere mit Luft/Gas und mit Flüssigkeit mit ein und derselben Vorrichtung 1 sowohl druckgesteuert als auch volumengesteuert durchzuführen. The invention thus makes it possible to carry out a mechanical ventilation with at least two different fluids, in particular with air / gas and with liquid with one and the same device 1 both pressure-controlled and volume-controlled.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vorrichtung  1 device
2 Motorkontroller  2 motor controllers
3 Drucksensor  3 pressure sensor
4 Unterlage 4 base
5 Kraftsensor  5 force sensor
6 Inspirationspumpe  6 inspiration pump
7 Exspirationspumpe  7 expiratory pump
8 Atemkalk-Behälter  8 soda lime container
9 Gas-Membranpumpe 9 gas diaphragm pump
10 Oxygenator  10 oxygenator
101 Oxygenatoreinheit  101 oxygenator unit
1 1 Peristaltikpumpe  1 1 peristaltic pump
12 drittes Ventil  12 third valve
121 erstes Dreiwegeventil 122 zweites Dreiwegeventil121 first three-way valve 122 second three-way valve
13 Becher-Behälter 13 cup containers
131 Zusatzbehälter für Flüssigkeit 131 Additional container for liquid
14 Thermostat 14 thermostat
15 Hauptbehälter 15 main tanks
16 Schlauchleitungssystem 16 hose line system
161 Schlauchleitung 161 Hose line
162 Schlauchleitung  162 hose line
163 Schlauchleitung  163 Hose line
164 Schlauchleitung 164 Hose line
165 Schlauchleitung  165 hose line
17 Tubus  17 tube
18 Steuereinheit  18 control unit
19 zweiter Motor  19 second engine
20 Zusatzbehälter für Gas20 additional tank for gas
21 Flüssigkeit 21 liquid
22 Gas  22 gas
23 Gasaustauschkreislauf 24 erster Motor 23 gas exchange cycle 24 first engine
25 Schaltungselektronik  25 circuit electronics
26 Gleichspannungsnetzteil  26 DC power supply
27 Schalter S1  27 switch S1
28 Sicherung 28 fuse
29 Kondensator  29 capacitor
30 Leuchtdiode  30 LED
31 Vorwiderstand  31 resistor
32 erster MOS-FET  32 first MOS-FET
33 zweiter MOS-FET 33 second MOS-FET
34 Konstantspannungswandler  34 constant voltage transformers
35 Operationsverstärker  35 operational amplifiers
36 erstes RC-Glied  36 first RC element
37 zweites RC-Glied  37 second RC element
38 Vorwiderstand 38 resistor
39 Vonwiderstand  39 Resistance
40 erster Funktionsblock zur Berechnung von Beatmungsparametern 40 first function block for calculating ventilation parameters
41 zweiter Funktionsblock zur Motorensteuerung 41 second function block for engine control
42 dritter Funktionsblock zur Datenerfassung  42 third function block for data acquisition
43 Kreislauf-Symbol 43 cycle icon
44 Motoreninitialisierung  44 engine initialization
45 Statusabfrage  45 status query
46 Messmodulinitialisierung  46 Measurement module initialization
47 Benutzerinterface  47 user interface
48 RS-232-Schnittstelle/USB 48 RS-232 interface / USB
49 Datenleitung: Kanal eins  49 data line: channel one
50 Datenleitung: Kanal zwei  50 data line: channel two
61 erste Spritze  61 first syringe
62 zweite Spritze  62 second syringe
63 erster Kolben 63 first piston
64 zweiter Kolben  64 second piston
70 Inspirationszweig  70 Inspiration branch
71 erstes Ventil 72 zweites Ventil 80 Exspirationszweig 90 Gesamtkreislauf 71 first valve 72 second valve 80 expiratory branch 90 total circuit

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1 ) zur Beatmung 1. Device (1) for ventilation
mit Gas (22) und/oder mit Flüssigkeit (21), enthaltend  with gas (22) and / or with liquid (21) containing
- einen Tubus (17) zur Beatmung mit einem angeschlossenen Drucksensor (3),  a tube (17) for ventilation with a connected pressure sensor (3),
- eine Inspirationspumpe (6), die über eine Schlauchleitung (164) mit einem ersten Ventil (71) an den Tubus (17) angeschlossenen ist und von einem Motorkontroller (2) gesteuert wird,  an inspiratory pump (6) which is connected via a hose line (164) with a first valve (71) to the tube (17) and is controlled by a motor controller (2),
- eine Exspirationspumpe (7), die über eine Schlauchleitung (165) mit einem zweiten Ventil (72) an den Tubus (17) angeschlossen ist und von dem Motorkontroller (2) gesteuert wird,  - an expiratory pump (7) which is connected via a hose line (165) with a second valve (72) to the tube (17) and is controlled by the motor controller (2),
- eine Oxygenatoreinheit (101), die eingangsseitig mit der Exspirationspumpe (7) über eine vom zweiten Ventil (72) gesteuerte Schlauchleitung in Verbin- dung steht,  an oxygenator unit (101) which communicates with the exhalation pump (7) on the input side via a hose line controlled by the second valve (72),
- einen Hauptbehälter (15), der mit der Inspirationspumpe (6) über eine vom ersten Ventil (71) gesteuerte Schlauchleitung in Verbindung steht und der von einem ihm zugeordneten Thermostat (14) temperaturstabilisiert wird, a main container (15) which communicates with the inspiration pump (6) via a hose line controlled by the first valve (71) and which is temperature-stabilized by a thermostat (14) associated with it,
- einen Zusatzbehälter (131) für Flüssigkeit (21), der über ein drittes Ventil (12) mit einer Schlauchleitung (163) zwischen dem Ausgang der Oxygenatoreinheit (101) und dem Eingang des Hauptbehälters (15) verbunden ist, wobei das Schiauchleitungssystem (16) einen Gesamtkreislauf (90) für die beiden Fluids (21 ,22) verbindend unterstützt, - An additional container (131) for liquid (21) which is connected via a third valve (12) with a hose line (163) between the outlet of the oxygenator unit (101) and the input of the main container (15), wherein the Schiauchleitungssystem (16 ) supporting an overall circuit (90) for the two fluids (21, 22),
- eine Waage, die mit einer Unterlage (4) für den zu Beatmenden in Verbin- dung steht, zum Ermitteln der ventilierten Flüssigkeitsmenge des zu Beatmenden sowie  - a balance, which is connected to a pad (4) for the person to be respirated, to determine the amount of ventilated fluid to be ventilated and
- eine Steuereinheit (18), die über Datenleitungen die Ventile des Gesamtkreislaufs (90) zur Durchführung der Beatmung schaltet und zumindest mit Motorkontroller (2) und Sensoren (5) in Verbindung steht,  a control unit (18) which switches the valves of the overall circuit (90) for carrying out the ventilation via data lines and is connected at least to the motor controller (2) and sensors (5),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zwischen dem Hauptbehälter (15) ausgangsseitig und der Oxygenatoreinheit (101) etngangsseitig eine beide verbindende Peristaltikpumpe (11) zum Transport des jeweiligen Fluids vom Hauptbehälter (15) aus über Schlauchleitungen (162,161) zum Oxygenator (10) angeordnet ist, wobei das dritte Ventil (12) mit einem Zusatzbehälter (20) für Gas (22) in Verbindung steht und wobei die Steuereinheit (18) mit hardwaremäßigen Funktionseinheiten und zumindest mit folgenden programmtechnischen Funktionsblöcken: o einem ersten Funktionsblock (40) zur Berechnung von Beatmungsparametern für die Gasbeatmung, für die vollständige Flüssigkeitsbeatmung und für die Kombination der beiden Fluidbeatmungen in einer ersten Funktionseinheit, in that, on the output side, between the main container (15) and the oxygenator unit (101), there is a peristaltic pump (11) connecting both for transporting the respective fluid from the main container (15) Hose lines (162,161) to the oxygenator (10) is arranged, wherein the third valve (12) with an additional container (20) for gas (22) is in communication and wherein the control unit (18) with hardware functional units and at least with the following programmatic function blocks: o a first functional block (40) for calculating ventilation parameters for the gas ventilation, for the complete liquid ventilation and for the combination of the two fluid ventilations in a first functional unit,
o einem zweiten Funktionsblock ( 1) zur Motorensteuerung in einer zweiten Funktionseinheit und  o a second function block (1) for controlling the engine in a second functional unit and
o einem dritten Funktionsblock (42) zur Datenerfassung in einer dritten Funktionseinheit  o a third function block (42) for data acquisition in a third functional unit
ausgebildet ist.  is trained.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , Device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Peristaltikpumpe (11) eine Drehrichtung aufweist, die das jeweils anliegende Fluid in den Schlauchleitungen (164, 165) zwischen dem Hauptbehälter (15) und der Oxygenatoreinheit (101) bewegt.  in that the peristaltic pump (11) has a direction of rotation which moves the respectively applied fluid in the hose lines (164, 165) between the main container (15) and the oxygenator unit (101).
Vorrichtung nach Anspruch 1 , Device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Inspirationspumpe (6) zumindest aus einer mit einem ersten Kolben (63) enthaltenden ersten Spritze (61), einem an den ersten Kolben (63) angeschlossenen ersten Linearmotor (12) sowie dem Motorkontroller (2) besteht.  in that the inspiration pump (6) comprises at least one first syringe (61) containing a first piston (63), a first linear motor (12) connected to the first piston (63) and the motor controller (2).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4. Apparatus according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Exspirationspumpe (7) zumindest aus einer mit einem zweiten Kolben (64) enthaltenden zweiten Spritze (62), einem an den zweiten Kolben (64) angeschlossenen zweiten Linearmotor (19) sowie dem Motorkontroller (2) besteht. in that the expiratory pump (7) comprises at least one second syringe (62) containing a second piston (64), a second linear motor (19) connected to the second piston (64) and the motor controller (2).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 5. Apparatus according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Oxygenatoreinheit (101 ) einen inneren Gasaustauschkreislauf (23) aufweist, in den ein Oxygenator (10), ein Atemkalk-Behälter (8) und eine Gas- Membranpumpe (9) eingebunden sind, die in dem Gasaustauschkreislauf (23) in Reihe miteinander verbunden angeordnet sind.  in that the oxygenator unit (101) has an internal gas exchange circuit (23) in which an oxygenator (10), a soda lime container (8) and a gas diaphragm pump (9) are integrated, which in series in the gas exchange circuit (23) are arranged connected.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 6. Apparatus according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die flüssigkeitsführende und/oder gasführenden Leitungen (161, 162, 163, 164, 165) des Gesamtkreislaufes (90) ein Schlauchteitungssystem (16) bilden.  in that the fluid-carrying and / or gas-carrying lines (161, 162, 163, 164, 165) of the overall circuit (90) form a hose-line system (16).
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 7. Apparatus according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Hauptbehälter (15) in einem Umgebungsbehälter (13) eingebettet ist, der zum Thermostat (14) gehört, der eine konstante Temperatur des jeweiligen Fluids (21 ,22) innerhalb des Hauptbehälters (15) einstellt.  in that the main container (15) is embedded in an ambient container (13) belonging to the thermostat (14), which sets a constant temperature of the respective fluid (21, 22) inside the main container (15).
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 8. Apparatus according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das dritte Ventil (12) aus zwei Dreiwegeventilen (121 ,122) besteht, wobei an das erste Dreiwegeventil (121) der Zusatzbehälter (131) für Flüssigkeit (21) und der Zusatzbehälter (20) für Gas (22) angeschlossen sind und an das zweite Dreiwegeventil (122) das erste Dreiwegeventil (121) und die Schlauch- leitung (163) angeschlossen sind, wobei das dritte Ventil (12) wahlweise manuell betätigbar oder mit der Steuereinheit (18) über eine Signalleitung schaltbar verbunden ist.  in that the third valve (12) consists of two three-way valves (121, 122), to which the first three-way valve (121) the additional container (131) for liquid (21) and the additional container (20) for gas (22) are connected and to the second three-way valve (122), the first three-way valve (121) and the hose line (163) are connected, wherein the third valve (12) is selectively operable manually or switchably connected to the control unit (18) via a signal line.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 9. Apparatus according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass zumindest die Ventile (71 ,72) Quetschventile für die jeweils durchgehenden Schiauchleitungen der Inspirationspumpe (6) und der Exspirati- onspumpe (7) darstellen. that at least the valves (71, 72) pinch valves for each continuous Schiauchleitungen the inspiratory pump (6) and the Exspirati- onspumpe (7) represent.
10. Verfahren zur Beatmung 10. Method of ventilation
mit Gas (22) unter Einsatz der Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 9 mit folgenden Schritten:  gas (22) using the device (1) according to claims 1 to 9, having the following steps:
A.lnnenbefüllung der Vorrichtung (1 ) mit 100%tgem Sauerstoff zur Herausdrängung des restlichen Stickstoffs aus der Lunge des zu Beatmenden, Internal filling of the device (1) with 100% oxygen for expelling the remaining nitrogen from the lung of the respirator,
B. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und B. Setting the ventilation parameters for the air ventilation and
C. Durchführung der konventionellen Luftbeatmung. 1 1. Verfahren zur Beatmung  C. Carrying out conventional air ventilation. 1 1. Procedure for ventilation
mit Flüssigkeit (21) und einem Wechsel zur abschließenden Gasbeatmung unter Einsatz der vorgenannten Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 9 mit folgenden Schritten:  with liquid (21) and a change to the final gas ventilation using the aforementioned device (1) according to claims 1 to 9, comprising the following steps:
A nnenbefüliung der Vorrichtung (1) mit 100%igem Sauerstoff zur Heraus- drängung des restlichen Stickstoffs aus der Lunge des zu Beatmenden, Amenbefüliung the device (1) with 100% oxygen for expelling the remaining nitrogen from the lungs of the respirator,
D. Wechsel zur Flüssigkeitsbeatmung, D. change to liquid ventilation,
Dl Einstellung der Beatmungsparameter auf Flüssigkeitsbeatmung, D2. Zirkulation der Flüssigkeit (21) im Gesamtkreislauf (90),  Dl Setting the ventilation parameters for liquid ventilation, D2. Circulation of the fluid (21) in the entire circuit (90),
D3. Befüllung der Inspirationsspritze (61) mit Flüssigkeit (21),  D3. Filling the inspiratory syringe (61) with liquid (21),
D4. Pumpen der Flüssigkeit (21) in die Lunge,  D4. Pumping the fluid (21) into the lungs,
D5. Luftabsaugung über die Exspirationspumpe (7),  D5. Air extraction via the expiratory pump (7),
E. Wechsel von der Flüssigkeitsbeatmung zur Luftbeatmung,  E. change from liquid ventilation to air ventilation,
El Öffnung des Gesamtkreislaufes (90),  El opening the entire circuit (90),
E2, Pumpen der Flüssigkeit (21) in den Zusatzbehälter (131),  E2, pumping the liquid (21) into the auxiliary container (131),
E3. Ersetzen der Flüssigkeit (21) durch Luft (22) in den Spritzen (61 ,62), E3. Replacing the liquid (21) with air (22) in the syringes (61, 62),
E4. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und E4. Setting ventilation parameters for air ventilation and
E5. Start und Durchführung der konventionellen Luftbeatmung.  E5. Start and implementation of conventional air ventilation.
12. Verfahren zur Beatmung 12. Method of ventilation
mit Gas (22) und mit Flüssigkeit (21) mit einem abschließenden Wechsel zur with gas (22) and with liquid (21) with a final change to
Gasbeatmung unter Einsatz der vorgenannten Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 bis 9 mit folgenden Schritten: A. lnnenbefüllung der Vorrichtung (1) mit 100%igem Sauerstoff zur Herausdrängung des restlichen Stickstoffs aus der Lunge des zu Beatmenden,Gas ventilation using the aforementioned device (1) according to claims 1 to 9 with the following steps: A. interior filling of the device (1) with 100% oxygen for expelling the remaining nitrogen from the lung of the respirator,
B. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und B. Setting the ventilation parameters for the air ventilation and
C. Durchführung der konventionellen Luftbeatmung,  C. Carrying out the conventional air ventilation,
D. Wechsel zur Flüssigkeitsbeatmung,  D. change to liquid ventilation,
D1. Einstellung der Beatmungsparameter auf Flüssigkeitsbeatmung, D2. Zirkulation der Flüssigkeit (21) im Gesamtkreislauf (90),  D1. Setting the ventilation parameters for liquid ventilation, D2. Circulation of the fluid (21) in the entire circuit (90),
D3. Befüllung der Inspirationsspritze (61) mit Flüssigkeit (21),  D3. Filling the inspiratory syringe (61) with liquid (21),
D4. Pumpen der Flüssigkeit (21) in die Lunge,  D4. Pumping the fluid (21) into the lungs,
D5. Luftabsaugung über die Exspirationspumpe (7),  D5. Air extraction via the expiratory pump (7),
E. Wechsel von der Flüssigkeitsbeatmung zur Luftbeatmung,  E. change from liquid ventilation to air ventilation,
E1. Öffnung des Gesamtkreislaufes (90),  E1. Opening of the complete circuit (90),
E2. Pumpen der Flüssigkeit (21) aus den Spritzen (61,62) in den  E2. Pumping the liquid (21) from the syringes (61,62) in the
Zusatzbehälter (131) für Flüssigkeit (21),  Additional container (131) for liquid (21),
E3. Ersetzen der Flüssigkeit (21) durch Luft (22) in den Spritzen (61 ,62), E3. Replacing the liquid (21) with air (22) in the syringes (61, 62),
E4. Einstellung der Beatmungsparameter für die Luftbeatmung und E4. Setting ventilation parameters for air ventilation and
E5. Start und Durchführung der konventionellen Luftbeatmung.  E5. Start and implementation of conventional air ventilation.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 12, 13. Method according to claims 10 to 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die programmtechnischen Mittel des eingesetzten Steuerungsprogramms in drei getrennte Funktionsblöcke (40,41,42) unterteilt werden, die wahlweise parallel abgearbeitet werden und deren Bearbettungsdauer pro Zyklus nicht voneinander abhängig ist, wobei in der Steuereinheit ( 8) gespei- chert sind:  the program-technical means of the control program used are subdivided into three separate function blocks (40, 41, 42), which are optionally executed in parallel and whose bear-bed duration per cycle is not interdependent, wherein the control unit (8) stores:
o ein erster Funktionsblock (40) zur Berechnung der Beatmungsparameter, der eine Einstellung, Änderung, Anzeige und Berechnung der Beatmungsparameter für eine Gasbeatmung, für eine vollständige Flüssigkeitsbeatmung und für eine Kombination der beiden Fluidbeatmun- gen durchführt.  o a first function block (40) for calculating the ventilation parameters, which performs an adjustment, modification, display and calculation of ventilation parameters for a gas ventilation, for a complete liquid ventilation and for a combination of the two fluid ventilations gene.
o ein zweiter Funktionsblock (41) zur Motorensteuerung, der die im ersten Funktionsblock (40) ermittelten Werte übernimmt und zur Ansteue- rung der Motoren (24,19) sowie für das Schalten der Ventile (71,72) zuständig ist, und o a second function block (41) for controlling the engine, which takes over the values determined in the first function block (40) and is used for triggering tion of the motors (24,19) and for the switching of the valves (71,72) is responsible, and
o ein dritter Funktionsbfock (42) zur Datenerfassung, der kontinuierlich die gesammelten Messdaten des Drucksensors (3) und des raftauf- nehmers (5) von der Schnittstelle (48) ausliest und die Messdaten anzeigt,  o a third function block (42) for data acquisition, which continuously reads the collected measurement data of the pressure sensor (3) and of the grip receiver (5) from the interface (48) and displays the measurement data,
wobei die Messdaten eines Drucksensorsignals an den zweiten Funktionsblock (41) zur Motorsteuerung übergeben werden, um die Motorenbewegung bei Erreichen von Grenzdrücken zu stoppen.  wherein the measurement data of a pressure sensor signal to the second function block (41) are passed to the motor control to stop the motor movement when reaching limit pressures.
14. Verfahren nach Anspruch 13, 14. The method according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Abarbeitungen der Funktionsblöcke (40,41,42) bis zum Beenden des Beatmungsprogramms durchgeführt werden, wobei die Motoreninitialisierung (44), die Statusabfrage (45) und die Messmodulinitialisierung (46) einmalig beim Programmstart abgearbeitet werden und das Benutzerinterface (47) während der Programmausführung permanent abgefragt und aktualisiert wird, so dass Wertänderungen an die Funktionsblöcke (40,41,42) übergeben und Daten aus den Funktionsbiöcken (40,41 ,42) angezeigt werden.  the processing of the function blocks (40, 41, 42) is carried out until the completion of the ventilation program, the engine initialization (44), the status request (45) and the measurement module initialization (46) being executed once at the program start and the user interface (47) during the program execution is constantly queried and updated, so that value changes to the function blocks (40,41,42) passed and data from the Funktionsbiöcken (40,41, 42) are displayed.
15. Verfahren nach Anspruch 14, 15. The method according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Motoreninitialisierung (44) die Kommunikation zwischen der Steuereinheit (18) und dem Motorkontrolier (2) herstellt, indem die Einstellungen für die Schnittstelle (48) übergeben werden.  in that the engine initialization (44) establishes the communication between the control unit (18) and the engine controller (2) by passing over the settings for the interface (48).
16. Verfahren nach Anspruch 14, 16. The method according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Statusabfrage (45) ein erstes Sicherheitsmerkmal für die Vorrichtung (1) ist, wobei bei Einschalten des Motorkontrollers (2) die Endschalterfahrten der Motoren (24,19) ausgeführt werden, um die Nullposition und den maximalen Verstellweg zu ermitteln. in that the status query (45) is a first safety feature for the device (1), whereby when the motor controller (2) is switched on, the limit switch trips of the motors (24, 19) are carried out in order to determine the zero position and the maximum adjustment path.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 17. The method according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Messmodulinitialisierung (46) die Kommunikation zwischen der Steuereinheit (18) und der Schnittstelle (48) herstellt, indem die Funktionen für die Datenkanäle (49,50) erstellt werden.  in that the measurement module initialization (46) establishes the communication between the control unit (18) and the interface (48) by creating the functions for the data channels (49, 50).
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