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Die
Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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In
der Regel muss ein Patient während
einer Operation künstlich
beatmet werden. Meistens ist der Grund, dass ein muskelrelaxierendes
Medikament verabreicht wird, um dem Operateur die Arbeit zu ermöglichen.
Dieses Medikament lähmt
auch die Atemmuskulatur. Üblicherweise
wird dem Atemgas während
der Beatmung ein gasförmiges
Narkosemittel z. B. Isofluran, Sevofluran oder Desfluran zugesetzt, welches
die Narkose aufrechterhalten soll. Auch der Einsatz von Lachgas
ist immer noch sehr verbreitet.
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Der
Siedepunkt der aufgeführten
Narkosemittel liegt etwas höher
als die Raumtemperatur. Deshalb müssen diese flüssigen Mittel
mit Hilfe von sogenannten Verdunstern in die gasförmige Phase überführt werden,
bevor sie dem Atemgas zugemischt werden. Der Patient nimmt nur einen
Bruchteil des Narkosemit tels über
die Lunge auf. Der größte Teil
wird wieder ausgeatmet.
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Um
diese Verluste an teuren Medikamenten zu minimieren, wird in der
Narkosebeatmung mit gasförmigen
Narkosemitteln ein sogenanntes Kreissystem eingesetzt, d. h. dem
Patienten wird seine eigene Ausatemluft wieder zugeführt. Der
Kohlendioxidanteil wird vorher mit Hilfe eines CO2-Absorbers,
wie Atemkalk, herausgefiltert. Über
eine Frischgaszufuhr in das Kreissystem wird der verbrauchte Sauerstoff kompensiert.
Dieses Frischgas wird vorher über
den Narkosemittelverdunster geleitet, so dass sich im Kreissystem
eine am Verdunster eingestellte Narkosemittelkonzentration ergibt.
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In
der Regel arbeiten diese Systeme im Überschuss, d. h. der Frischgasvolumenstrom
ist höher
als der Patientenverbrauch. Über
die Höhe
des Frischgasvolumenstroms regelt der Anwender somit den Rückatemanteil.
Der Überschuss
fließt
aus dem Kreissystem in die Narkosegasabsaugung des Krankenhauses.
Die Beatmung des Patienten mit dem Gas aus dem Kreissystem erfolgt
entweder durch maschinelles Ausdrücken eines integrierten Faltenbalges
oder durch manuelles Ausdrücken
eines auch als Reservoir dienenden Handbeatmungsbeutel im Kreissystem.
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Für den Anästhesisten
ist die Handbeatmungsmöglichkeit
am Narkosegerät
essentiell. Sie dient ihm bei der Intubation zur Kontrolle, ob der
Tubus richtig liegt, und sie ermöglicht
ihm eine Kontrolle der Atemmechanik („er hat die Lunge in der Hand") und sie gibt ihm
die Möglichkeit
jederzeit bei Bedarf zusätzliche
manuelle Atemhübe
zu verabreichen. Handbeatmung einerseits und maschinelle Beatmung
sowie Spontanatmung des Patienten andererseits sind aber nicht gleichzeitig
möglich.
Der Anästhesist
muss hierfür
jedes Mal die jeweilige Funktion z. B. durch Umlegen eines Hebels
aktivieren.
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Durch
die Entwicklung von hoch potenten Narkosemitteln mit drastisch reduzierter
Halbwertzeit, die intravenös über Infusionsspritzenpumen
verabreicht werden, bietet sich eine Alternative zu gasförmigen Narkosemitteln.
Bei dieser sogenannten total intravenösen Anästhesie (TIVA) mit den Narkosemitteln
sehr kurzer Halbwertzeit lässt
die Wirkung des Medikamentes sehr schnell nach Abschalten der Pumpe
nach. Da aber auch bei diesen Anästhesien Muskelrelaxantien
verabreicht werden, muss der Patient beatmet werden.
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Hierfür ist jedoch
kein aufwendiges Kreissystem mehr erforderlich, sondern es reicht
ein offenes System wie bei Intensivbeatmungsgeräten. Allerdings sind bekannte
Intensivbeatmungsgeräte
nicht ohne weiteres geeignet, da sie über keine Handbeatmungsmöglichkeit
verfügen.
Diese Funktion ist aber, wie oben schon erwähnt, ein „Muss" für
den Anästhesisten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Beatmungsgerät als offenes
System zu schaffen, das zusätzlich über Handbeatmungsmöglichkeit
verfügt und
in der Betriebsart Handbeatmung gleichzeitig die Möglichkeit
zur Spontanatmung oder maschinellen Beatmung belässt.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Beatmungsgerät nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 durch die Merkmale dieses Anspruchs gelöst.
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Weiterbildungen
und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch
den Anschluss des Handbeatmungsbeutels an die Inspirationsleitung
wird der Handbeatmungsbeutel mit frischem Atemgas in derselben Konzentration
von Luft und O2 gefüllt, wie es dem Patienten auch
bei maschineller Beatmung oder Spontanatmung zugeführt wird.
Eine Rückatmung
bereits mit CO2 angereicherter Gase wird
so vermieden.
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Allerdings
reicht der bloße
Anschluss des Handbeatmungsbeutels an die Inspirationsleitung nicht
aus, um eine Handbeatmung zu ermöglichen. Die
Druck- und/oder Volumenstromsteuerung würde nämlich versuchen, Druck- oder
Volumenstromänderungen
durch den Handbeatmungsbeutels zu kompensieren und den eingestellten
Druck oder Volumenstrom in der Inspirationsleitung und der Exspirationsleitung
aufrecht zu erhalten. Eine Handbeatmung würde so behindert.
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Der
Handbeatmungsbeutel umfasst daher einen Betätigungssensor und mittels des
Betätigungssensors
wird das Exspirationsventil oder ein zusätzliches einstellbares Überdruckventil
in der Weise gesteuert, dass sich während der Betätigung des
Handbeatmungsbeutels im Beatmungsschlauchsystem ein gegenüber dem
in der maschinellen Beatmung momentan vorhandenem Druckniveau erhöhtes Druckniveau
einstellt. Die Steuerung des Exspirationsventils oder des zusätzlichen Überdruckventils erfolgt über die
Druck- und/oder Volumenstromsteuerung oder eine gesonderte Steuerung.
Der Anästhesist
hat so wieder die Möglichkeit
einer Kontrolle der Atemmechanik und kann jederzeit bei Bedarf zusätzliche
manuelle Atemhübe
zu verabreichen. Dazu ist keine manuelle Umschaltung von Ventilen
nötig. Gleichzeitig
kann der Patient auf dem am Beatmungsgerät eingestelltem CPAP-Niveau
spontan atmen.
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Vorzugsweise
ist der Betätigungssensor
ein Volumenstromsensor, der in der Verbindungsleitung zwischen der
Inspirations-leitung
und dem Handbeatmungsbeutel angeordnet ist.
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Da
der Volumenstrom durch die Verbindungsleitung ein Kriterium für ein Betätigen des Handbeatmungsbeutels
darstellt, kann das Signal des Volumenstromsensors zur Steuerung
des Exspirationsventils oder des zusätzlichen einstellbaren Überdruckventils
genutzt werden.
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Ferner
kann in der Verbindungsleitung zwischen der Inspirationsleitung
und dem Handbeatmungsbeutel ein Ventil angeordnet sein, das während der
Betätigung
des Handbeatmungsbeutels und während
dessen Füllens
geöffnet
und während
der maschinellen Beatmung geschlossen ist.
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Ein
weicher Handbeatmungsbeutel, der ständig mit der Inspirationsleitung
verbunden ist, würde
sich in Abhängigkeit
des Druckes in der Inspirationsleitung dehnen und entspannen und
eine zusätzliche
Compliance parallel zur Lunge des Patienten bilden. Volumenabgabe
an den Patienten und Volumenmessungen des ein- und ausgeatmeten
Gases würden
dadurch verfälscht.
Durch das Ventil in der Verbindungsleitung zwischen der Inspirationsleitung und
dem Handbeatmungsbeutel wird der Handbeatmungsbeutel während der
maschinellen Beatmung und der Spontanatmung ohne gewünschte Handbeatmung
von der Inspirationsleitung getrennt und bildet dann keine Compliance
parallel zur Lunge.
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Das
Ventil in der Verbindungsleitung zwischen der Inspirationsleitung
und dem Handbeatmungsbeutel kann entweder manuell oder durch eine gesonderte
Steuerung gesteuert sein.
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Dadurch
lässt sich
eine automatische Steuerung des Ventils erreichen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das
in der Zeichnung dargestellt ist.
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Das
dargestellte Beatmungsgerät
umfasst eine an ein Luft- und Sauerstoffnetz anschließbare Inspirationsleitung 10 und
eine zur atmosphärischen Umgebung öffnenbare
Exspirationsleitung 12. Am Eingang der Inspirationsleitung 10 sind
Einspeiseventile 14, 16 mit einer Mischvorrichtung 42 für eine gesteuerte
Luft- und Sauerstoffversorgung und am Ausgang der Exspirationsleitung 12 ein
steuerbares Exspirationsventil 18 angeordnet. Die Einspeiseventile 14, 16 und
das Exspirationsventil 18 sind über eine Druck- und/oder Volumenstromsteuerung 20 gesteuert.
Zusätzlich
ist in der Inspirationsleitung 10 ein Überdruckventil 22 angeordnet.
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Der
Anschluss an das Luft- und Sauerstoffnetz erfolgt über Gasstecker 24, 26,
die mit speziell codierten Gassteckdosen einer zentralen Gasversorgung
eines Krankenhauses verbunden werden. Mittels der Druck- und/oder
Volumenstromsteuerung 20 wird über die Einspeiseventile 14, 16 das
Mischungsverhältnis
aus Luft und Sauerstoff nach Vorgaben des Anwenders eingestellt.
Der Sauerstoffanteil im Atemgas kann so zwischen 21% bei ausschließlich Luft
und 100% bei ausschließlich
Sauer-stoff eingestellt
werden.
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Die
Inspirationsleitung 10 und die Exspirationsleitung 12 sind
zu einem Y-Stück 28 zusammengeschlossen.
Vom Y-Stück 28 führt entweder
ein Tubus in die Trachea eines Patienten 30 oder es ist
eine Gesichtsmaske angeschlossen, über die ein Patient entweder
durch Nase oder Mund beatmet werden kann Das soweit beschriebene
Beatmungsgerät
ermöglicht
sowohl maschinelle Beatmung als auch Spontanatmung. Zur zusätzlichen
Handbeatmung umfasst das Beatmungsgerät einen an der Inspirationsleitung 10 über eine
Verbindungsleitung 32 angeschlossenen Handbeatmungsbeutel 34 mit
einem Betätigungssensor 36 und
einem zusätzlichen
ansteuer- und einstellbarem Überdruckventil 38 in
der Exspirationsleitung 12. Dieses zusätzliche Überdruckventilventil 38 ist über die
Druck- und/oder Volumen-stromsteuerung 20 oder
eine gesonderte Steuerung während
der Betätigung
des Handbeatmungsbeutels 36 auf ein gegenüber der
maschinellen Beatmung erhöhtes
Druckniveau einstellbar.
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Durch
das zusätzliche
einstellbare Überdruckventilventil 38 und
eine zusätzliche
Steuerung 20 kann die Handbeatmungsoption bei einem bestehenden
Beatmungsgerät
nachgerüstet
werden, ohne dass ein mechanischer Eingriff in das Gehäuse des Beatmungsgerätes nötig ist.
Bei einer Neukonstruktion ist es aber auch möglich das ohnehin nötige Exspirationsventil 18 und
die Druck- und/oder Volumenstromsteuerung 20 durch Erweiterung
der Steuersoftware zu nutzen.
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Ferner
ist in der Verbindungsleitung 32 zwischen der Inspirationsleitung 10 und
dem Handbeatmungsbeutel 36 ein Ventil 40 angeordnet,
das während
der Betätigung
des Handbeatmungsbeutels 36 und während dessen Füllens geöffnet und
während der
maschinellen Beatmung ohne gewünschte
Handbeatmung geschlossen ist. Während
der Spontanatmung kann es geöffnet
oder geschlossen sein. Dieses Ventil 40 wird manuell betätigt, kann
aber auch bei Neukonstruktion durch Druck- und/oder Volumen stromsteuerung 20 oder
eine gesonderte Steuerung gesteuert werden.
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Bei
der maschinellen Beatmung wird während
der Inspiration durch die gesteuerten Einspeiseventile 14, 16 und
die Mischvorrichtung 42 ein Überdruck in der Lunge und den
Atemwegen eines Patienten erzeugt. Der Druck wird dabei abhängig von der
Elastizität
des Systems Lunge und Brustkorb sowie der vom Volumenstrom abhängigen Widerständen in
den Atemwegen eingestellt und beträgt ca. 15 bis 25 hPa. Die Höhe des daraus
resultierenden Volumenstroms liegt bei ca. 20 bis 50 L/min und die Atemwegswiderstände haben
Werte von 5 hPa/(L/s) bei gesunden Menschen und bis über 100
hPa/(L/s) bei chronisch obstruktiven Erkrankungen z. B. Asthmatiker.
Der Kehrwert der Elastizität,
die Compliance, beträgt
bei einem gesunden Menschen zwischen 60 bis 100 mL/hPa. Bei schweren
Lungenentzündungen
kann die Compliance auf Werte unter 20 mL/hPa sinken.
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Die
Exspiration wird durch Öffnen
des Exspirationsventils 18 eingeleitet. Damit kann der
in der Lunge und in den Atemwegen bestehende Überdruck durch den exspiratorischen
Volumenstrom abgebaut werden. In der Regel wird der Überdruck
nicht vollständig
abgebaut, sondern nur bis zum sogenannten PEEP-Wert, dem Positive
End Exspiratory Pressure-Wert. Hierdurch wird auch die Lunge am Ende
der Ausatmung etwas gebläht
gehalten.
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Zur
Durchführung
der Inspiration bei der maschinellen Beatmung öffnen die beiden Einspeiseventile 14, 16 im
Verhältnis
der vom Anwender am Gerät
eingestellten Sauerstoffkonzentration. Durch Ausgestaltung der Einspeiseventile 14, 16 als
Proportionalventile reagieren diese schnell und präzise auf
Steuerbefehle. Durch die Einspeiseventile 14, 16 wird
der Gasdruck des Luft- und Sauerstoffnetz von ursprünglich 3
und 6 bar auf die angegebenen Atemdrücke reduziert.
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In
dieser Phase ist das Exspirationsventil 18 geschlossen
und das gemischte Gas fließt
in die Lunge des Patienten 30. Die Einspeiseventile 14, 16 bleiben
solange geöffnet,
bis das gewünschte
Volumen oder der gewünschte
Druck geliefert worden sind. Bei der sogenannten druckkontrollierten
Beatmung wird der eingestellte Druck über eine definierte Zeit gehalten.
Hierfür
müssen
die Einspeiseventile 14, 16 evtl. Atemgas nachliefern,
um Leckagen oder in andere Bereiche der Lunge abfließendes Gas
zu kompensieren.
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Nach
Schließen
der Einspeiseventile 14, 16 und Öffnen des
Exspirationsventils 18 entweicht die unter Überdruck
stehende Luft aus der Lunge über die
Exspirationsleitung 12. Da wie schon erwähnt der Druck
in der Regel nicht vollständig
abgebaut wird, sondern ein PEEP bestehen bleibt, wird das Exspirationsventil 18 häufig auch
als PEEP-Ventil bezeichnet. Zur Aufrechterhaltung dieses PEEPs,
auch bei Leckagen und Einatembemühungen
des Patienten, ist das ganze ein dynamisches System. Jeder Druckabfall
wird durch Atemgaslieferung und Regulierung des PEEP-Ventils kompensiert.
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Bei
der spontanen Atmung ohne Beatmungsgerät erweitert sich in der Inspirationsphase der
Brustraum durch Absenken des Zwerchfellmuskels und evtl. durch Anheben
des Brustkorbes mit Hilfe der Zwischenrippenmuskulatur. Durch diese
Volumenvergrößerung entsteht
ein Unterdruck gegenüber
dem Atmosphärendruck
in Höhe
von ca. 2 bis 5 hPa in den Lungenbläschen und den Atemwegen. Hieraus
resultiert eine Inspirationsströmung
in die Trachea und weiter über
die Bronchien bis in die Alveolen.
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Diese
Inspiration ist ein aktiver Vorgang, weil die Erweiterung des Brustraumes
nur mit Muskelkraft möglich
ist. Im Gegensatz dazu ist die Exspiration ein passiver Prozess.
Sobald die Muskeln wieder erschlaffen zieht sich der Brustraum auf
Grund von elastischen Kräften
wieder zusammen und erzeugt damit einen Überdruck auf die eingeatmete
Luft. Diese strömt
deshalb über
die Bronchien, die Trachea und den Mund-Nasen-Rachenraum wieder in die Atmosphäre.
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Eine
Spontanatmung mit Beatmungsgerät wird
dadurch ermöglicht,
dass das Beatmungsgerät einen
sogenannten By- oder Bias-Volumenstrom bereitstellt. Dieses ist
ein ständiger
Volumenstrom in Höhe
von 3 bis 10 L/min, der durch das Schlauch system von Inspirationsauslass über den
Inspirationsschlauch 10, das Y-Stück 28 und den Exspirationsschlauch 12 zum
Exspirationsventil 18 fließt. Auf Grund des offenen Systems
kann der Patient jederzeit spontan atmen. Dabei wird das jeweils
benötigte Atemgas
durch den ständigen
Volumenstrom und ggf. einen zusätzlichen
Volumenstrom aufgrund der schnell reagierenden Steuerung bereitgestellt.
In der Spontanatmung wird diese Funktion als CPAP, nämlich Continous
Positiv Airway Pressure, bezeichnet, da der Druck in diesen Fällen in
den Atemwegen immer über
dem Atmosphärendruck
liegt.
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Neben
der reinen kontrollierten Beatmung, in der die Maschine die gesamte
Atemarbeit übernimmt,
und der ausschließlichen
Spontanatmung werden auch Mischformen eingesetzt, um die essentielle
Spontanatmung aufrecht zu erhalten und adäquat zu unterstützen. Dies
gilt z. B. für
ineffektive Spontanatmung, wie zu kleine Volumina, die bei Bedarf
vom Beatmungsgerät
durch Druckerhöhung
bei Inspirationsbeginn unterstützt
wird. Hierfür
weist die Druck- und/oder Volumenstromsteuerung Triggersysteme zur
Erkennung der Einatembemühungen des
Patienten auf.
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Bei
der Handbeatmung kann der Anästhesist dem
Patienten bei Bedarf zusätzliche
manuelle Atemhübe
verabreichen. Hierzu dient der an der Inspirationsleitung 10 über eine
Verbindungsleitung 32 angeschlossenen Handbeatmungsbeutel 34,
der dazu vom Anästhesisten
betätigt
wird.
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Eine
Betätigung
wird durch den als Volumenstromsensor 36 ausgebildeten
Betätigungssensor
erkannt und als Steuersignal an eine Steuerung 20 weitergeleitet.
Die Steuerung 20 veranlasst daraufhin, das Exspirationsventil 18 oder
das zusätzliche
einstellbare Überdruckventil 38 einen
gegenüber
der maschinellen Beatmung erhöhtes
Druckniveau einzustellen. Normalerweise würde nämlich die Druck- und/oder Volumenstromsteuerung 20 durch Öffnen des
Exspirationsventils 18 versuchen, eine Druckerhöhung abzubauen
und somit den für
eine maschinelle Beatmung oder Spontanatmung nötigen Druck wieder herzustellen.
Durch die Beeinflussung des Exspirationsventils 18 wird
hingegen eine Kompensation vermieden und so der Atemhub gezielt
der Lunge des Patienten zugeführt.
Er entweicht also nicht ungenutzt über das Exspirationsventil 18.
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Bei
einem harten Handbeatmungsbeutel würde diese Maßnahme bereits
ausreichen. Unter hart wird hier verstanden, dass sich der Handbeatmungsbeutel 34 im
entfalteten Zustand nicht abhängig
vom Druck dehnt während
unter weich verstanden wird, dass sich der Handbeatmungsbeutel 34 im entfalteten
Zustand abhängig
vom Druck dehnt und damit eine Compliance zur Lunge des Patienten
bilden würde.
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Um
auch mit einem weichen Handbeatmungsbeutel 34 arbeiten
zu können,
wird das in der Verbindungsleitung 32 zwischen der Inspirationsleitung 10 und
dem Handbeatmungsbeutel 34 angeordnete Ventil 40 benötigt. Dieses
ist nur während
der Betätigung
des Handbeatmungsbeutels 34 und während dessen Füllens geöffnet und
während
der maschinellen Beatmung geschlossen. Dadurch ist der Handbeatmungsbeutel 34 bei
maschineller Beatmung oder Spontanatmung ohne zusätzliche
Handbeatmung von der Inspirationsleitung getrennt und bildet dann
keine Compliance zur Lunge des Patienten 30. Bei geöffnetem
Ventil 40 im Handbeatmungsmodus kann der Patient 30 jederzeit
spontan auf dem am Beatmungsgerät
eingestellten CPAP-Niveau spontan atmen.