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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beatmungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Für verschiedene medizinische Anwendungen, z. B. bei Operationen, ist eine künstliche Beatmung von Patienten notwendig. Beatmungsgeräte dienen zur künstlichen Beatmung von Patienten und können als Anästhesiegeräte ausgebildet sein, um das Inspirationsgas mit Anästhesiemitteln anzureichern. Bei einigen Beatmungsgeräten kann wenigstens teilweise das von dem Patienten ausgeatmete Exspirationsgas wieder als Inspirationsgas wiederverwendet werden, d. h. es handelt sich um ein Rückatemsystem mit einem Atemluftkreissystem.
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In dem Beatmungsgerät mit dem Atemluftkreissystem ist eine Gasfördereinrichtung vorhanden, welche die Atemluft während der Inspiration zum Patienten leitet. Während und nach der Ausatmung ist die Gasfördereinrichtung entweder abgeschaltet oder wird nur mit einem sehr geringen Förderstrom betrieben. Aus medizinischen Gründen ist es erforderlich, dass während und nach der Ausatmung an einem an dem Patienten angeschlossenen Patientenanschlussstück ein Restdruck vorhanden ist, der größer ist als der Atmosphärendruck, z. B. um mehr als 5 mbar. Der Restdruck (PEEP: positive end expiratory Pressure) wird dabei von einem PEEP-Ventil geregelt. Das PEEP-Ventil ist in einer Gasleitung des Atemluftkreissystems angeordnet. Das PEEP-Ventil verfügt über einen von einem Elektromagneten bewegten Kolben, der eine unterschiedliche Strömungsquerschnittsfläche freigeben kann. Aufgrund dieser geregelten veränderbaren Strömungsquerschnittsfläche an dem PEEP-Ventil als Proportionalventil wird während und nach der Ausatmung der erforderliche Restdruck gesteuert. In nachteiliger Weise benötigt das PEEP-Ventil eine eigenständige Regelung und bedingt durch die notwendige Kraft/Stromabhängigkeit eine hohe Verlustleistung, welche mit einer Erwärmung des durch die Gasleitung geleiteten Atemgases verbunden ist. Weiterhin ist das PEEP-Ventil eine große und schwere Komponente, so dass eine Verwendung des Beatmungsgerätes mit einem derartigen PEEP-Ventil bei einer patientennahen Beatmung, z. B. bei einem Notfall- oder Transport-Beatmungsgerät, wesentlich erschwert ist. Ferner ist das PEEP-Ventil technisch aufwendig und damit in der Herstellung teuer.
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Die
DE 199 58 532 C1 zeigt ein Beatmungsgerät mit einem Atemkreis, in dem ein als Rotationsverdichter ausgebildetes Gasförderelement angeordnet ist. Ausgangsseitig ist ein erster Gasvolumenstromsensor mit einem zugeordneten ersten Rückschlagventil inspiratorisch mit einem Patientenanschlussstück verbunden. In der Verbindungsleitung zwischen dem Patientenanschlussstück und dem Patienten befindet sich ein zweiter Gasvolumenstromsensor. Das Patientenanschlussstück ist exspiratorisch über einen dritten Gasvolumenstromsensor mit einem zugeordneten zweiten Rückschlagventil und über ein steuerbares Sperrventil mit einem reversiblen Atemgasreservoir verbunden. In jeder Exspirationsphase wird die Drehzahl des Gasförderelementes vermindert oder abgestellt, das steuerbare Sperrventil wird geöffnet und der exspiratorische Gasvolumenstrom wird mittels des zweiten Gasvolumenstromsensors gemessen und die Drehzahl des Gasförderelementes wird in Abhängigkeit von den Messsignalen des ersten Gasvolumenstromsensors geregelt. In nachteiliger Weise ist damit ein Sperrventil erforderlich.
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Aus der
DE 197 14 644 C2 ist ein Beatmungs- und Narkosegerät mit einer Gasfördereinrichtung bekannt. Ein Radialverdichter als Gasfördereinrichtung fördert während der Ausatmung des Patienten nicht, so dass das von dem Patienten ausgeatmete Exspirationsgas in ein Gasspeichervolumen einströmt und für den nächsten Einatemhub zur Verfügung steht. Das Einatemgas gelangt durch ein Rückschlagventil in den Patienten, sofern der Druck in einer Einatemleitung und einer Steuerleitung höher ist als in der Patientenlunge, da in diesem Zustand eine Membran einen Ventilteller auf einen Krater drückt. Sobald sich die Druckverhältnisse zwischen Einatemleitung und Patient entweder durch Drehzahlverringerung im Radialverdichter oder Atemanstrengungen des Patienten umkehren, öffnet der Ventilteller und der Patient kann über das Rückschlagventil an die Atmosphäre ausatmen.
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Weiterhin beschreibt die
DE 691 32 030 eine Vorrichtung zur Beatmung eines Patienten, mit der das Atemsystem während der Beatmung kontinuierlich mit einem erhöhten Druck beaufschlagt wird (CPAP – Continuous Positive Airway Pressure). Wesentlich für das beschriebene Beatmungsverfahren ist, dass während der Exspirationsphase das Druckniveau im Atemsystem mittels einer gezielten Entlüftung wieder abgesenkt wird. Eine gezielte und flexible Variation des Druckes im Atemsystem auch während der Exspirationsphase ist auf die beschriebene Weise nicht möglich.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Beatmungsgerät zur künstlichen Beatmung eines Patienten zur Verfügung zu stellen, bei dem der Restdruck mit einem geringen technischen Aufwand gesteuert und/oder geregelt werden kann. Des Weiteren soll das Beatmungsgerät in der Herstellung preiswert und kompakt aufgebaut sein.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Beatmungsgerät zur künstlichen Beatmung von Patienten, umfassend eine Gasfördereinrichtung, wenigstens eine Gasleitung zur Ausbildung eines Atemluftleitungssystems, insbesondere eines Atemluftkreissystems, ein in der Gasleitung angeordnetes erstes Rückschlagventil zur Ausbildung einer Inspirationsgasleitung als Teil der Gasleitung, ein in der Gasleitung angeordnetes zweites Rückschlagventil zur Ausbildung einer Exspirationsgasleitung als Teil der Gasleitung, ein an die Inspirations- und Exspirationsgasleitung angeschlossenes Patientenanschlussstück, Mittel zur Erzielung eines Restdruckes in dem Patientenanschlussstück und der Exspirationsgasleitung während einer Exspirationsphase, wobei der Restdruck größer ist als der Atmosphärendruck, wobei der Restdruck ausschließlich mittels einer Steuerung und/oder Regelung des Förderstromes der Gasfördereinrichtung während der Exspirationsphase gesteuert und/oder geregelt wird, da eine Erhöhung des Förderstromes der Gasfördereinrichtung mit einer Erhöhung des Restdruckes verbunden ist und umgekehrt aufgrund des pneumatischen Widerstandes des Atemluftleitungssystems.
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Das Atemluftleitungssystem des Beatmungsgerätes verfügt über einen pneumatischen Widerstand. Die insbesondere als Radialverdichter ausgebildete Gasfördereinrichtung wird dabei dahingehend gesteuert und/oder geregelt, dass während oder nach der Exspirationsphase des Patienten der erforderliche Restdruck oder PEEP-Druck in dem Patientenanschlussstück und/oder der Exspirationsleitung während der Exspirationsphase oder anschließend auftritt. Für eine Erhöhung des Restdruckes muss lediglich der Förderstrom der Gasfördereinrichtung erhöht werden, so dass sich dadurch der Druck in der Gasleitung erhöht aufgrund des pneumatischen Widerstandes des Atemluftleitungssystems. In besonders vorteilhafter Weise ist damit kein aufwendiges PEEP-Ventil erforderlich.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist in die wenigstens eine Gasleitung, insbesondere die Exspirationsgasleitung in Strömungsrichtung nach dem zweiten Rückschlagventil, ein Drosselorgan eingebaut zur Erhöhung des pneumatischen Widerstandes des Atemluftleitungssystems. Das Drosselorgan erhöht den pneumatischen Widerstand des Atemluftleitungssystems, so dass während der Exspirationsphase ein geringerer Förderstrom der Gasfördereinrichtung erforderlich ist, um den notwendigen Restdruck zu erreichen. Die notwendige, vorzugsweise elektrische, Energie zum Betreiben der Gasfördereinrichtung während der Exspirationsphase kann dadurch in vorteilhafter Weise reduziert werden.
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Insbesondere beträgt die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans weniger als 50% der Strömungsquerschnittsfläche der wenigstens einen Gasleitung.
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In einer ergänzenden Ausführungsform ist mittels eines ersten Drucksensors der Druck in der Exspirationsgasleitung erfassbar und in Abhängigkeit von dem erfassten Druck während der Exspirationsphase ist der Förderstrom der Gasfördereinrichtung steuerbar und/oder regelbar. Der erste Drucksensor erfasst den Druck in der Exspirationsgasleitung oder dem Patientenanschlussstück. Dieser erfasste Druck wird mit dem Atmosphärendruck außerhalb verglichen, der von einem entsprechenden weiteren Drucksensor für den Atmosphärendruck erfasst wird, und von einer Steuereinheit wird dann der Förderstrom der Gasfördereinrichtung dahingehend gesteuert und/oder geregelt, dass der gewünschte Restdruck erreicht wird.
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Vorzugsweise ist mittels eines zweiten Drucksensors der Druck in der Inspirationsgasleitung erfassbar und in Abhängigkeit von dem erfassten Druck während der Exspirationsphase der Förderstrom der Gasfördereinrichtung steuerbar und/oder regelbar. Der zweite Drucksensor erfasst den Druck in der Inspirationsgasleitung oder dem Patientenanschlussstück. Dieser erfasste Druck wird mit dem Atmosphärendruck außerhalb verglichen, der von einem entsprechenden weiteren Drucksensor für den Atmosphärendruck erfasst wird, und von einer Steuereinheit wird dann der Förderstrom der Gasfördereinrichtung dahingehend gesteuert und/oder geregelt, dass der gewünschte Restdruck erreicht wird.
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In einer Variante ist die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans, insbesondere pneumatisch mittels des Atemgases in der wenigstens einen Gasleitung, dahingehend veränderbar, dass bei einem größer werdenden Druck in der wenigstens einen Gasleitung die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans kleiner wird und umgekehrt. Während der Inspirationsphase wird die Gasfördereinrichtung mit einem hohen Förderstrom betrieben. Aufgrund des hohen Förderstromes während der Inspirationsphase tritt in der wenigstens einen Gasleitung ein hoher Druck auf, wodurch die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans kleiner wird. Dadurch strömt durch das Drosselorgan während der Inspirationsphase eine kleinere Gasmenge, so dass während der Inspirationsphase die Gasförderreinrichtung mit einem geringeren Förderstrom betrieben werden kann, weil ein geringerer Teil des von der Gasfördereinrichtung geförderten Atemgases bzw. Inspirationsgases nicht durch das Drosselorgan und damit auch die Exspirationsgasleitung strömt.
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Zweckmäßig ist in der Exspirationsgasleitung, insbesondere in Strömungsrichtung vor dem Drosselorgan, ein Ventil angeordnet und während der Inspirationsphase ist das Ventil geschlossen und während der Exspirationsphase ist das Ventil geöffnet. Aufgrund des während der Inspirationsphase geschlossenen Ventils wird durch die Exspirationsgasleitung bzw. das Drosselorgan keine Atemluft bzw. kein Inspirationsgas geleitet, so dass der gesamte während der Inspirationsphase von der Gasfördereinrichtung zur Verfügung gestellte Förderstrom von dem Patienten eingeatmet und dadurch die Gasfördereinrichtung während der Inspirationsphase mit einem geringeren Förderstrom energiesparend betrieben werden kann. Das Ventil dient ausschließlich zum Öffnen oder Schließen der Exspirationsgasleitung, d. h. es ist keine Steuerung und/oder Regelung der Strömungsquerschnittsfläche des Ventils möglich oder erforderlich, so dass dieses konstruktiv einfach aufgebaut und in der Herstellung preiswert ist.
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Das Verfahren zur künstlichen Beatmung eines Patienten mittels des Beatmungsgerätes nach den Ansprüchen 1 bis 8, bei dem durch wenigstens eine Gasleitung eines Atemluftleitungssystems mittels einer Gasfördereinrichtung Atemluft geleitet wird, durch ein Patientenanschlussstück der Patient Inspirations- und Exspirationsgas ein- und ausatmet, während der Inspirationsphase die Gasfördereinrichtung mit einem höheren Förderstrom betrieben wird als während der Exspirationsphase, der Restdruck des von dem Patienten ausgeatmeten Exspirationsgases in der wenigstens einen Gasleitung des Atemluftleitungssystems geregelt und/oder gesteuert wird, wobei der Restdruck größer ist als der Atmosphärendruck, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Restdruck mittels einer Steuerung und/oder Regelung des Förderstromes der Gasfördereinrichtung während der Exspirationsphase gesteuert und/oder geregelt wird.
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Insbesondere wird der Restdruck ausschließlich mittels einer Steuerung und/oder Regelung des Förderstromes der Gasfördereinrichtung gesteuert und/oder geregelt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird von einem Drosselorgan in der wenigstens einen Gasleitung der pneumatische Widerstand, insbesondere des Exspirationsgases beim Ausatmen, erhöht.
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In einer ergänzenden Variante hängt die von dem Drosselorgan verursachte Druckänderung des durch das Drosselorgan geleiteten Atemgases mit einer Abweichung von weniger als 30% in der zweiten oder dritten Potenz von dem durch das Drosselorgan geleiteten Volumenstrom an Atemgas ab.
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In einer weiteren Variante wird die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans, insbesondere während der Exspirationsphase, verändert und bei einem größer werdenden Druck in der wenigstens einen Gasleitung wird die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans kleiner und umgekehrt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Druck in der wenigstens einen Gasleitung, insbesondere in einer Exspirations- und/der Inspirationsgasleitung, erfasst und in Abhängigkeit von dem erfassten Druck der Förderstrom der Gasfördereinrichtung gesteuert und/oder geregelt, um den Restdruck während der Exspirationsphase zu steuern und/oder zu regeln.
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Insbesondere wird der Atmosphärendruck erfasst und der Restdruck während der Exspirationsphase gesteuert und/oder geregelt, so dass der Restdruck größer ist als der Atmosphärendruck, z. B. der Restdruck um mehr als 2 mbar größer ist als der Atmosphärendruck.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
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Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine stark schematisierte Darstellung eines Beatmungsgeräts in einer ersten Ausführungsform,
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2 ein erstes Diagramm mit einem an der Abszisse aufgetragenen Volumenstrom (Flow) und an der Ordinate aufgetragenen Druckabfall (Delta p),
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3 eine Darstellung des Beatmungsgerätes gemäß 1 in einer zweiten Ausführungsform,
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4 eine Darstellung des Beatmungsgerätes gemäß 1 in einer dritten Ausführungsform,
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5 eine Darstellung des Beatmungsgerätes gemäß 1 in einer vierten Ausführungsform;
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6 ein zweites Diagramm mit einem an der Abszisse aufgetragenen Volumenstrom (Flow) und an der Ordinate aufgetragenen Druckabfall (Delta p),
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7 eine Darstellung des Beatmungsgerätes gemäß 1 in einer fünften Ausführungsform,
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8 eine Darstellung des Beatmungsgerätes gemäß 1 in einer sechsten Ausführungsform und
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9 eine Darstellung des Beatmungsgerätes gemäß 1 in einer siebten Ausführungsform.
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In 1 ist schematisch ein Beatmungsgerät 1 in einer ersten Ausführungsform zur künstlichen Beatmung eines Patienten 7 dargestellt. Gasleitungen 10 des Beatmungsgerätes 1 bilden dabei ein als Atemluftkreissystem 37 ausgebildetes Atemluftleitungssystem 36, d. h. dass das von dem Patienten ausgeatmete Exspirationsgas für eine Rückatmung als Inspirationsgas wiederverwendet wird. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das Beatmungsgerät 1 auch dahingehend ausgebildet sein, dass das Exspirationsgas in die Atmosphäre ausgeleitet wird und als Inspirationsgas ausschließlich Luft aus der Umgebung bzw. der Atmosphäre verwendet wird, d. h. somit nicht das Exspirationsgas wenigstens teilweise als Inspirationsgas wiederverwendet wird. Das Beatmungsgerät 1 kann auch einen Anästhesiereflektor umfassen (nicht dargestellt).
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Die Atemluft wird mittels einer als Radialverdichter ausgebildeten Gasfördereinrichtung 2 durch die Gasleitungen 10 in einem Kreissystem geleitet. In der Gasleitung 10 ist ein erstes, inspiratorisches Rückschlagventil 4 und ein zweites, exspiratorisches Rückschlagventil 9 angeordnet. Dadurch bildet sich eine Exspirationsgasleitung 8 und eine Inspirationsgasleitung 5 als Teil der Gasleitungen 10 aus. An dem Ende der Inspirations- und Exspirationsgasleitung 5, 8 ist ein Y-Stück 35 angeschlossen, das mittels eines Patientenanschlussstückes 6 das Inspirations- und Exspirationsgas zu einem Patienten 7 leitet. Ein CO2-Absorber 11 absorbiert das in dem Exspirationsgas enthaltene CO2. Ferner wird mittels einer nicht dargestellten Zuführeinrichtung Sauerstoff dem Exspirationsgas zugeführt, um den von dem Patienten 7 verbrauchten Sauerstoff zu ersetzen. Ein Handbeatmungsbeutel 3 dient zur zusätzlichen manuellen künstlichen Beatmung des Patienten 7. Ein an der Exspirationsgasleitung 8 angeordneter erster exspiratorischer Drucksensor 32 erfasst den Druck in der Exspirationsgasleitung 8. Ein an der Inspirationsgasleitung 5 angeordneter zweiter inspiratorischer Drucksensor 33 erfasst den Druck in der Inspirationsgasleitung 5.
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Mittels eines Drosselorgans 13 mit Gehäuse wird der pneumatische Widerstand des Atemluftkreissystems 37 erhöht. In dem Drosselorgan 13 ist eine Blende 14 mit einer Öffnung angeordnet. Eine Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans 13, d. h. die Fläche der Öffnung der Blende 14, ist dabei um weniger als 50% kleiner als die Strömungsquerschnittsfläche der Gasleitung 10. Beispielsweise ist die Öffnung der Blende 14 kreisförmig und weist einen Durchmesser von 5 mm auf. Die Gasleitung 10 ist ebenfalls vorzugsweise im Querschnitt kreisförmig und weist einen Durchmesser im Bereich von 20 mm auf. Die Strömungsquerschnittsfläche für das durch das Atemluftkreissystem 37 geleitete Atemgas wird damit an dem Drosselorgan 13 wesentlich verringert, so dass sich ein Druckabfall 12 Delta p an dem Drosselorgan 13 einstellt. In der Gasleitung 10 bildet sich vor und nach dem Drosselorgan 13 ein Turbulenzgebiet, so dass der pneumatischer Widerstand bzw. die Druckänderung Delta p ungefähr quadratisch von dem durch das Drosselorgan 13 geleiteten Volumenstrom an Atemgas abhängt.
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In 2 ist in einem ersten Diagramm an der Abszisse der Volumenstrom des durch das Drosselorgan 13 geleiteten Atemgases in l/min angegeben. An der Ordinate ist der Druckabfall Delta p in mbar aufgetragen. Eine Kennlinie 28 stellt den Druckverlauf aufgrund der Gasleitungen 10 in dem Atemluftkreissystem 37 dar. Es handelt sich hierbei um eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Volumenstrom und dem Druckabfall in mbar aufgrund der laminaren Strömung innerhalb der Gasleitung 10. Die Kennlinie 29 zeigt den Druckabfall Delta p in mbar in Abhängigkeit von dem Volumenstrom in l/min für das Drosselorgan 13, wobei hier im Wesentlichen eine quadratische Abhängigkeit bzw. eine Abhängigkeit in der zweiten Potenz zwischen dem Volumenstrom und der Druckänderung besteht aufgrund der turbulenten Strömung im Bereich des Drosselorgans 13. Die Kennlinie 30 stellt die Summe aus der Kennlinie 28 und der Kennlinie 29 dar, d. h. es handelt sich um die Kennlinie des gesamten Atemluftkreissystems 37 mit der Gasleitung 10 und dem Drosselorgan 13. Der Gesamtwiderstand des Atemluftkreissystems 37, d. h. der Kennlinie 30, beträgt dabei 6 mbar bei einem Volumenstrom von 60 l/min.
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Während einer Exspirationsphase wird von dem ersten exspiratorischen Drucksensor 32 und dem zweiten inspiratorischen Drucksensor 33 der Druck gemessen und daraus ein Mitteldruck als Patientendruck mittels einer nicht dargestellten Steuerungseinheit ermittelt. Von der Steuerungseinheit wird während der Exspirationsphase die Gasfördereinrichtung 2 mit einem derartigen Förderstrom betrieben, dass der notwendige Restdruck bzw. PEEP-Druck an dem Patienten 7 vorhanden ist. Beispielsweise ist der Restdruck um 5 mbar größer als der Atmosphärendruck. Der Atmosphärendruck wird mittels eines nicht dargestellten weiteren Drucksensors erfasst und entsprechende Messsignale zu der nicht dargestellten Steuerungseinheit geleitet. Aufgrund des hohen pneumatischen Widerstandes des Atemluftkreissystems 37 mit dem Drosselorgan 13 genügt bereits eine geringe Veränderung des Förderstromes des Atemgases, um eine Druckänderung des Restdruckes zu erhalten. Ferner muss zur Erzielung des Restdruckes auch in vorteilhafter Weise die Gasfördereinrichtung 2 nur mit einem geringen Förderstrom betrieben werden, so dass dadurch der notwendige Energieaufwand zum Betreiben der Gasfördereinrichtung 2 während der Inspirationsphase gering ist.
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Während der Inspirationsphase wird die Gasfördereinrichtung 2 mit einem höheren Förderstrom betrieben als während der Exspirationsphase. In der Inspirationsphase atmet der Patient 7 das von der Gasfördereinrichtung 2 geförderte Inspirationsgas ein. Wegen des hohen pneumatischen Widerstandes des Drosselorgans 13 wird lediglich ein geringer Teil des von der Gasfördereinrichtung 2 geförderten Atemgases nicht von dem Patienten 7 eingeatmet, sondern strömt durch die Exspirationsgasleitung 8 und das Drosselorgan 13. Dadurch ist auch während der Inspirationsphase in vorteilhafter Weise nur eine geringe Antriebsenergie für die Gasfördereinrichtung 2 erforderlich. Das erste inspiratorische Rückschlagventil 4 verhindert, dass das von dem Patienten 7 ausgeatmete Exspirationsgas in der Gasleitung 10 in Richtung zu der Gasfördereinrichtung 2 strömt und das zweite exspiratorische Rückschlagventil 9 verhindert, dass Atemluft durch die Exspirationsgasleitung 8 zu dem Patienten 7 geleitet werden kann.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsform des Beatmungsgerätes 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden nur die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform des Beatmungsgerätes 1 gemäß 1 erläutert. Anstelle eines Drosselorgans 13 mit nicht veränderbarer Strömungsquerschnittsfläche wird in der zweiten Ausführungsform ein Drosselorgan 23 mit variabler Strömungsquerschnittsfläche eingesetzt. Das Drosselorgan 23 ist mit einer elastischen Membran 27 versehen. Ein Volumen 16 an der elastischen Membran 27 und außerhalb der Strömungsquerschnittsfläche des Atemgases steht mittels eines Verbindungsschlauches-Inspirationsdruck 15 fluidleitend in Verbindung mit der Gasleitung 10 zwischen der Gasfördereinrichtung 2 und dem ersten inspiratorischen Rückschlagsventil 4. Die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans 23 hängt damit von dem Druck in der Gasleitung 10 ab. Je höher der Druck in der Gasleitung 10 ist, desto kleiner ist die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans 23 und umgekehrt. Während einer Inspirationsphase wird die Gasfördereinrichtung 2 mit einem hohen Förderstrom betrieben, so dass an der Gasleitung 10 ein hoher Druck vorhanden ist und damit an dem Drosselorgan 23 eine kleine Strömungsquerschnittsfläche und damit die Druckänderung bzw. der Druckabfall 12 an dem Drosselorgan 23 sehr hoch ist. Während einer Inspirationsphase wird somit das von der Gasfördereinrichtung 2 geförderte Inspirationsgas ganz oder teilweise von dem Patienten 7 eingeatmet, weil das Drosselorgan 23 nur eine sehr kleine oder überhaupt keine Strömungsquerschnittsfläche zur Durchleitung von Atemgas aufweist. Die elektrische Energie zum Betreiben der Gasfördereinrichtung 2 während der Inspirationsphase ist damit sehr gering. Während einer Exspirationsphase wird die Gasfördereinrichtung 2 mit nur einem geringen Förderstrom betrieben. Dadurch tritt an der Gasleitung 10 ein geringer Druck auf, so dass die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans 23 groß ist. Das von dem Patienten 7 während der Exspirationsphase ausgeatmete Exspirationsgas kann damit durch die Exspirationsgasleitung 8 und das Drosselorgan 23 durchgeleitet werden. Der notwendige Restdruck während und nach der Exspirationsphase wird in analoger Weise zu der ersten Ausführungsform mittels einer Steuerung und/oder Regelung des Förderstromes der Gasfördereinrichtung gesteuert und/oder geregelt. Der Druckabfall 12 während der Exspirationsphase ist an dem Drosselorgan 23 dabei ausreichend hoch, dass auch geringe Veränderungen des Förderstromes der Gasfördereinrichtung 2 mit einer entsprechend großen Änderung des Restdruckes verbunden sind. Ein Volumen 16 (bzw. 18 in den folgenden Figuren) in dem Drosselorgan 23 weist den Vordruck auf.
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In 4 ist eine dritte Ausführungsform des Beatmungsgerätes 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden nur die Unterschiede zu der zweiten Ausführungsform gemäß 3 dargestellt. Anstelle des Verbindungsschlauches-Inspirationsdrucks 15 wird ein Verbindungsschlauch-Exspirationsdruck 17 für das Drosselorgan 23 verwendet, wobei der Verbindungsschlauch-Exspirationsdruck 17 in der Gasleitung 10 zwischen dem Drosselorgan 23 und dem zweiten exspiratorischen Rückschlagventil 9 angeschlossen ist. Das Drosselorgan 23 wird somit von dem Vordruck an dem Drosselorgan 23 in analoger Weise zu der zweiten Ausführungsform gesteuert und/oder geregelt. Der Vordruck hängt dabei von dem Volumenstrom an dem Drosselorgan 23 ab.
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In 5 ist eine vierte Ausführungsform des Beatmungsgerätes 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden nur die Unterschiede zu der dritten Ausführungsform gemäß 4 dargestellt. Anstelle des Verbindungsschlauches-Exspirationsdrucks 17 ist die elastische Membran 27 mit einem Verbindungskanal 19 bzw. einer Verbindungsöffnung versehen.
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In 6 ist in einem zweiten Diagramm an der Abszisse der Volumenstrom in l/min und an der Ordinate der Druckabfall Delta p in mbar aufgetragen. Die Kennlinie 28 zeigt in analoger Weise zu dem ersten Diagramm gemäß 2 den Druckabfall Delta p in Abhängigkeit von dem Volumenstrom für das Atemluftkreissystem 37 ohne dem Drosselorgan 13, 23. Aufgrund der laminaren Strömung in den Gasleitungen 10 tritt hier eine lineare oder direkt proportionale Abhängigkeit zwischen dem Volumenstrom und dem Druckabfall auf. In der zweiten, dritten und vierten Ausführungsform des Beatmungsgerätes 1 ist die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans 23 variabel, wobei bei einem höheren Druck in der Gasleitung 10 die Strömungsquerschnittsfläche des Drosselorgans 23 verringert wird oder umgekehrt. Der Druckabfall Delta p an dem Drosselorgan 23 mit variabler Strömungsquerschnittsfläche hängt damit kubisch oder in der dritten Potenz von dem Volumenstrom ab, der durch das Drosselorgan 23 geleitet wird. Die Kennlinie 31 zeigt die kubische Abhängigkeit des Druckabfalls Delta p in mbar von dem Volumenstrom in l/min. Die Kennlinie 30 zeigt die Summe aus der Kennlinie 28 und der Kennlinie 31, d. h. es ist der Gesamtdruckabfall des Beatmungsgerätes mit den Gasleitungen 10 und dem Drosselorgan 23 dargestellt.
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7 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Beatmungsgerätes 1. Im Nachfolgenden werden nur die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform gemäß 1 beschrieben. In die Gasleitung 10 zwischen dem Drosselorgan 13 und dem zweiten exspiratorischen Rückschlagventil 9 ist ein Ventil 34 mit Gehäuse eingebaut. Das Ventil 34 weist einen elektromagnetischen Hubkolben 20, eine Koppelstange 21 und eine Ventilmembran 22 auf. Die Ventilmembran 22 kann dabei bewegt werden, so dass das Ventil 34 entweder den Strömungsweg zwischen dem Drosselorgan 13 und dem zweiten exspiratorischen Rückschlagventil 9 öffnet oder verschließt. Während der Exspirationsphase ist das Ventil 34 geöffnet, so dass die Funktionsweise des Beatmungsgerätes 1 gemäß der fünften Ausführungsform der ersten Ausführungsform entspricht. Während der Inspirationsphase ist das Ventil 34 geschlossen, so dass durch die Exspirationsgasleitung 8 keine Atemluft strömen kann. Dadurch wird die gesamte von der Gasfördereinrichtung 2 beförderte Atemluft von dem Patienten 7 eingeatmet, so dass in vorteilhafter Weise die Gasfördereinrichtung 2 nur diejenige Energie verbraucht, die zum Fördern des Inspirationsgases benötigt wird.
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In 8 ist eine sechste Ausführungsform des Beatmungsgerätes 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden nur die Unterschiede zu der fünften Ausführungsform gemäß 7 dargestellt. Der elektromagnetische Hubkolben 20 und die Koppelstange 21 zum Bewegen der Ventilmembran 22 in der fünften Ausführungsform gemäß 7 sind in der sechsten Ausführungsform durch ein Servoventil 25, einen Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck 24 und einen Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck 26 ersetzt. Während der Inspirationsphase ist das Ventil 34 geschlossen und während der Exspirationsphase ist das Ventil 34 geöffnet. Während der Inspirationsphase wird die Gasfördereinrichtung 2 mit einem großen Förderstrom betrieben, so dass an der Gasleitung 10 zwischen der Gasförderreinrichtung 2 und dem ersten inspiratorischen Rückschlagventil 4 ein hoher Druck auftritt. Während der Inspirationsphase wird außerdem von dem elektromagnetisch betriebenen Servoventil 25 eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck 24 und dem Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck 26 freigegeben, so dass der hohe Druck in der Gasleitung 10 zwischen der Gasfördereinrichtung 2 und dem ersten inspiratorischen Rückschlagventil 4 auf die Ventilmembran 22 des Ventils 34 wirken kann, so dass das Ventil 34 geschlossen ist. Während einer Exspirationsphase wird die Gasfördereinrichtung 2 mit einem geringen Förderstrom betrieben, so dass an der Gasleitung 10 zwischen der Gasfördereinrichtung 2 und dem ersten inspiratorischen Rückschlagventil 4 ein geringer Druck auftritt. Während der Exspirationsphase ist das Servoventil 25 geschlossen, d. h. es besteht keine fluidleitende Verbindung zwischen dem Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck 24 und dem Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck 26 bzw. die fluidleitende Verbindung wird nur kurzzeitig freigegeben, so dass das Ventil 34 während der Exspirationsphase geöffnet ist und das Exspirationsgas durch die Exspirationsleitung 8 und das Drosselorgan 13 strömen kann.
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In 9 ist eine siebte Ausführungsform des Beatmungsgerätes 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden nur die Unterschiede zu der sechsten Ausführungsform gemäß 8 beschrieben. Der Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck 26 wird direkt an das Ventil 34 ohne ein Servoventil 25 und einen Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck 24 angeschlossen. Während einer Inspirationsphase wird die Gasfördereinrichtung 2 mit einem hohen Förderstrom betrieben, so dass an der Gasleitung 10 zwischen der Gasfördereinrichtung 2 und dem ersten inspiratorischen Rückschlagventil 4 ein hoher Druck auftritt. Dadurch wird von der beweglichen Ventilmembran 22 und dem hohen Druck in der Gasleitung 10 das Ventil 34 während der Inspirationsphase geschlossen. Während der Exspirationsphase wird die Gasfördereinrichtung 2 mit einem geringen Förderstrom betrieben, so dass an der Gasleitung 10 zwischen der Gasfördereinrichtung 2 und dem ersten inspiratorischen Rückschlagventil 4 ein geringer Druck auftritt. Aufgrund des geringen Druckes in der Gasleitung 10 ist das Ventil 34 während der Exspirationsphase geöffnet, so dass das Exspirationsgas durch die Exspirationsgasleitung 8 und das Drosselorgan 13 strömen kann.
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Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Beatmungsgerät 1 wesentliche Vorteile verbunden. Anstelle eines aufwendigen und kostspieligen PEEP-Ventils wird ein Drosselorgan 13, 23 verwendet und mittels einer Steuerung und/oder Regelung des Förderstromes der Gasfördereinrichtung 2 der Restdruck gesteuert und/oder geregelt. Ein aufwendiges und kostspieliges PEEP-Ventil ist somit nicht notwendig, so dass in besonders vorteilhafter Weise das erfindungsgemäße Beatmungsgerät 1 gut im Bereich der Notfall- und Transportmedizin eingesetzt werden kann und in der Herstellung preiswert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beatmungsgerät
- 2
- Gasfördereinrichtung
- 3
- Handbeatmungsbeutel
- 4
- Erstes Rückschlagventil, inspiratorisch
- 5
- Inspirationsgasleitung
- 6
- Patientenanschlusstück
- 7
- Patient
- 8
- Exspirationsgasleitung
- 9
- Zweites Rückschlagventil, exspiratorisch
- 10
- Gasleitung
- 11
- CO2-Absorber
- 12
- Druckabfall
- 13
- Drosselorgan mit Gehäuse
- 14
- Blende
- 15
- Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck
- 16
- Volumen an Membran (3)
- 17
- Verbindungsschlauch-Exspirationsdruck
- 18
- Volumen an Membran
- 19
- Verbindungskanal für Druckausgleich
- 20
- Elektromagnetischer Hubkolben
- 21
- Koppelstange
- 22
- Ventilmembran
- 23
- Drosselorgan mit variabler Strömungsquerschnittsfläche
- 24
- Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck nach Servoventil
- 25
- Servoventil
- 26
- Verbindungsschlauch-Inspirationsdruck vor Servoventil
- 27
- Elastischer Membran des Drosselorgans
- 28
- Kennlinie Druckabfall, laminar
- 29
- Kennlinie Druckabfall Drosselorgan, quadratisch
- 30
- Summe Druckabfall
- 31
- Kennlinie Druckabfall Drosselorgan mit variabler Strömungsquerschnittsfläche, kubisch
- 32
- Erster Drucksensor, exspiratorisch
- 33
- Zweiter Drucksensor, inspiratorisch
- 34
- Ventil mit Gehäuse
- 35
- Y-Stück
- 36
- Atemluftleitungssystem
- 37
- Atemluftkreissystem